Pont Enpc
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Le code de la proprit intellectuelle du 1er juillet 1992 interdit expressment la photocopie usage collectif sans autorisation des ayants droit. Or, cette pratique sest gnralise, notamment dans lenseignement, provoquant une baisse brutale des achats de livres, au point que la possibilit mme pour les auteurs de crer des uvres nouvelles et de les faire diter correctement est aujourdhui menace. En application de la loi du 11 mars 1957, il est interdit de reproduire intgralement ou partiellement le prsent ouvrage, sur quelque support que ce soit, sans autorisation de lauteur, de son diteur ou du Centre franais dexploitation du droit de copie (CFC, 20 rue des Grands-Augustins, 75006 Paris). 2000 ISBN 2-85978-327-X 3e dition ISBN 2-85978-159-5 2e dition ISBN 2-85978-095-5 1re dition 28, rue des Saints-Pres 75007 Paris
Sommaire
AVANT-PROPOS .................................................................................................... 7 CHAPITRE 1 - Les ponts. Dfinitions. Donnes naturelles et fonctionnelles ....... 9 CHAPITRE 2 - Les diffrentes tapes de llaboration dun projet de pont routier ...................................................................... 43 CHAPITRE 3 - Les affouillements ...................................................................... 71 CHAPITRE 4 - Rgles et normes techniques. Bases de la scurit des constructions ..................................................................................... 93 CHAPITRE 5 - Le calcul des ponts: valuation des actions .............................. 137 ANNEXE au chapitre 5- Quelques aspects particuliers du calcul des ponts ..... 199 CHAPITRE 6 - Les quipements des ouvrages dart ......................................... 211 CHAPITRE 7 - Les fondations des ouvrages dart. Gnralits. Fondations superficielles ...................................................................... 263 CHAPITRE 8 - Les fondations des ouvrages dart. Fondations profondes sur pieux ............................................................ 299 CHAPITRE 9 - Les appuis de ponts. Les cules ................................................ 337 CHAPITRE 10 - Les appuis de ponts. Les piles ................................................ 367 CHAPITRE 11 - Les ouvrages courants en bton arm et prcontraint ............. 411 TABLE DES MATIRES ..................................................................................... 447
DC DCE DDE DR DTU DUP DVA EN ENV EPOA fib FIP ICTAAL ICTARN ICTAVRU INRETS LCPC LIER LOTI LNH PHEC
Directives communes (de 1979) relatives au calcul des constructions Dossier de consultation des entreprises Direction dpartementale de lquipement1 Direction des routes du ministre de lquipement Document technique unifi Dclaration dutilit publique Dossier de voirie dagglomration (projets routiers) Euronorme Euronorme provisoire tude prliminaire douvrage dart Fdration internationale du bton (cre en 1997, elle regroupe les anciennes associations CEB et FIP) Fdration internationale de la prcontrainte (voir fib) Instruction sur les conditions techniques damnagement des autoroutes de liaison (dernire dition 1985) Instruction sur les conditions techniques damnagement des routes nationales (texte remplac par lARP) Instruction sur les conditions techniques damnagement des voies rapides urbaines Institut national de recherche et dtudes des transports et de la scurit Laboratoire central des ponts et chausses Laboratoire INRETS/quipement routier Loi dorientation des transports intrieurs (1982) Laboratoire national dhydraulique (dpendant de la Direction de la recherche et du dveloppement dEDF) Plus hautes eaux connues
1. Dans le prsent ouvrage, lappellation ministre de lquipement est utilise systmatiquement, indpendamment des variations de dnomination conscutives certains changements de gouvernements.
Plus hautes eaux navigables Passage infrieur Projet douvrage dart (non courant) Passage suprieur Rglement particulier de lappel doffres Service dtudes techniques des routes et autoroutes Service technique central des ports maritimes et voies navigables (remplac en 1999 par le CETMEF) Schma de matrise douvrage (projets routiers) Terre-plein central Zone importante pour la conservation des oiseaux Zone naturelle dintrt cologique, faunistique et floristique
Avant-propos
La premire version du prsent ouvrage fut publie en 1987. Aprs deux ditions successives, il apparut ncessaire den reprendre substantiellement forme et contenu pour tenir compte des volutions les plus rcentes des connaissances, des techniques, du contexte administratif national et europen, et des codes de conception et de calcul. Sagissant du support dun cours profess lcole nationale des ponts et chausses, il est toujours malais, au moment de le rdiger, den cerner le volume utile: chacun des chapitres traits pourrait, lui seul, tre lobjet d'une publication hautement spcialise. Quoi quil en soit, lobjectif de cet ouvrage est double. En premier lieu, il sadresse aux tudiants des coles de gnie civil pour les aider faire une synthse des divers enseignements fondamentaux quils reoivent, directement lis la construction douvrages de gnie civil: rsistance des matriaux, bton arm et prcontraint, construction mtallique, mcanique des sols, procds gnraux de construction. En second lieu, il a lambition de sadresser des ingnieurs dbutants ou nonspcialistes qui peuvent avoir assurer des fonctions de matrise duvre dans le domaine des ponts. Ils devraient trouver, dans ce cours, le fil conducteur qui leur donnera une vue densemble de la problmatique de conception et de construction des ponts, ainsi que quelques pistes pour approfondir leurs connaissances. Cest donc dans le souci de satisfaire les besoins de formation des tudiants ou des ingnieurs dbutant une carrire technique, et dinformation des ingnieurs matres duvre, que la plupart des chapitres ont t rdigs. Certains dentre eux pourront paratre, de prime abord, plus dvelopps que dautres; cest quils traitent dun sujet pour lequel la documentation pdagogique est peut-tre moins riche ou moins accessible. La plupart des chapitres fournissent une bibliographie sommaire. Comme nous lavons dit, ce cours suppose une matrise de plusieurs disciplines fondamentales et il ne nous a pas sembl utile dexpliciter de longues listes douvrages gnraux qui ne sont pas directement axs sur la conception et la construction des ponts. Dailleurs, lorsque lon se trouve confront un problme particulier, la documentation doit tre essentiellement recherche dans les revues techniques et scientifiques spcialises, et dans les guides dits par les services centraux du ministre de lquipement.
Sur le plan technique, nous traversons actuellement une priode de transition qui verra trs prochainement le remplacement des codes de calcul nationaux par des normes europennes. Plusieurs chapitres du prsent ouvrage font rfrence cette nouvelle base, encore provisoire, mais qui donne une ide suffisamment prcise du futur dcor de la conception et de la ralisation des ouvrages de gnie civil. Il faut bien comprendre que, contrairement ce que certains pensent et parfois claironnent avec un haut degr dignorance, les normes europennes ne brideront pas la crativit des ingnieurs: elles leur fourniront un cadre conceptuel qui les amnera, dans les cas non courants, assumer un niveau de responsabilit plus lev que par le pass. Cest pour cette raison que deux chapitres ont t particulirement dvelopps: le chapitre 4, dcrivant les principaux concepts de la scurit des constructions, et le chapitre 5, traitant de lvaluation des diffrentes actions sollicitant les ponts. Ce sont des chapitres plus abstraits ou thoriques que les autres, mais quil nous a sembl indispensable de rdiger pour prparer les jeunes gnrations de nouveaux modes de pense dans lart de construire. Je serais particulirement combl si, en cette fin de sicle, les lecteurs prenaient du plaisir lire ce livre.
Jean-Armand CALGARO Aot 1999
CHAPITRE 1
1.1. INTRODUCTION
Dune faon gnrale, on appelle pont tout ouvrage permettant une voie de circulation de franchir un obstacle naturel ou une autre voie de circulation. Selon le cas, on distingue: pont-route, pont-rail, pont-canal. Cette dfinition est un peu imprcise dans la mesure o elle ne se rfre aucune notion de dimension, de forme ou de nature d'ouvrage. Pour les petits ponts hydrauliques, on parle couramment de ponceaux ou de dalots. linverse, on emploie de prfrence le terme de viaduc lorsquil sagit dun ouvrage de grande longueur possdant de nombreuses traves et gnralement situ en site terrestre. De mme, une buse est un ouvrage de franchissement que lon ne dsigne jamais par le terme de pont, mme si son ouverture est de dimension respectable. Enfin, certaines tranches couvertes rpondent la dfinition dun pont; cependant, elles ne sont pas traites dans le cadre de ce cours, car ce sont des structures dont la conception, le calcul et les procds dexcution les rattachent une famille de constructions assez diffrente de celle qui nous concerne. En rsum, on appellera pont tout ouvrage de franchissement en lvation construit in situ, ce qui exclut les buses totalement ou partiellement prfabriques.
UN PEU DE VOCABULAIRE La partie dun pont comprise entre deux appuis sappelle une trave. La distance entre deux points dappui conscutifs des lments porteurs principaux est la porte de la trave (Fig. 1.1). La distance mesure entre nus intrieurs de deux appuis conscutifs est louverture de la trave.
Figure 1.1 Dfinitions: porte, ouverture.
Lors de ltablissement dune voie nouvelle, les ponts courants construire sont appels passages suprieurs (PS) ou passages infrieurs (PI) suivant quils enjambent ou quils supportent cette voie nouvelle. Les ponts peuvent tre droits, biais ou courbes selon leur disposition en plan. Conventionnellement, langle de biais gomtrique est langle, exprim en grades, compris entre laxe longitudinal de louvrage et les lignes dappui transversales (Fig. 1.2).
Il ne doit pas tre confondu avec le biais du franchissement qui mesure langle entre les axes des deux voies qui se croisent.
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La conception dun pont doit satisfaire un certain nombre dexigences puisquil est destin offrir un service des usagers. On distingue les exigences fonctionnelles (ou donnes fonctionnelles) qui sont l'ensemble des caractristiques permettant au pont dassurer sa fonction douvrage de franchissement, et les exigences naturelles (ou donnes naturelles) qui sont lensemble des lments de son environnement dterminant sa conception.
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bilit na pas t prvue lors de la conception de louvrage. Les questions relatives aux quipements dun tablier de pont sont traites au chapitre 6.
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Pour les voies o la circulation pitonne est autorise, (route non classe comme route express) les passages ou trottoirs doivent tre dune largeur au moins gale 1 m; mais il est conseill de porter cette dimension minimale 1,25 m si le trottoir doit tre assez frquent (Chapitre 6). Le profil en travers est globalement caractris par sa largeur utile, compte entre nus des dispositifs de retenue extrmes. La chausse proprement dite comporte, sur ses bords latraux, des bandes drases. En ce qui concerne les profils autoroutiers, les diffrents lments du profil en travers en section courante (cest--dire en dehors des ouvrages dart) comprennent (Fig. 1.5): les chausses, composes dun nombre entier de voies de 3,50 m de largeur; le terre-plein central (TPC), se subdivisant en une bande mdiane et deux bandes drases gauches (BDG); les accotements, comportant une bande darrt durgence (BAU) ou une bande drase de droite (BDD) et une berme. La largeur totale du terre-plein central est de 2,50 m en labsence d'obstacle, 3 m en prsence dobstacle ponctuel (pile de passage suprieur) dpaisseur infrieure ou gale 0,50 m, 3,50 m en prsence dobstacle continu dpaisseur infrieure ou gale 0,50 m. Dans tous les cas, cette largeur doit tre compatible avec le bon fonctionnement du dispositif de retenue prvu pour isoler lobstacle et, sur des zones limites de longueur comprise entre 2 km et 4 km, le TPC peut comporter des plantations et sa largeur est alors suprieure ou gale 5 m. La largeur normale des bandes darrt durgence est de 2,50 m pour un trafic de poids lourds infrieur 1500 vhicules/jour la mise en service, 3 m dans le cas contraire. Dans le premier cas, il y a possibilit d'une rduction locale 2 m. Sur ouvrage dart de moins de 100 m de longueur (cas des passages infrieurs courants), la largeur du terre-plein central en section courante est conserve. La largeur des bandes darrt d'urgence est normalement de 2 m et la largeur courante des bandes drases gauches est de 1 m, mais elle peut tre rduite en fonction du dispositif de retenue.
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bande darrt bande darrt durgence (statut autoroutier) bande drase de droite bande drase de gauche surlargeur portant le marquage routier de rive terre-plein central bande mdiane
Si louvrage est bord de barrires de scurit non prcdes par une glissire (Chapitre 6), il ny a pas de passage de service. Si lon prvoit, de chaque ct, un passage de service encadr par un garde-corps ou une barrire et une glissire qui les prcde, la largeur de ce passage de service est de 1 m, compte entre nus avant des dispositifs de retenue. Si louvrage est bord par de simples garde-corps sans glissire, le passage de service, de 1 m de largeur, est surlev de 5 cm par rapport la chausse. Si le profil en travers est rduit en section courante, on peut galement disposer un profil en travers rduit sur ouvrage dart. La largeur du TPC est alors ramene 1,50 m en l'absence d'obstacle, 2,50 m en prsence dun obstacle dpaisseur infrieure ou gale 0,50 m, et 3 m en prsence d'obstacle continu de largeur infrieure ou gale 0,50 m. La bande darrt durgence est rduite 2 m ou remplace par une bande drase droite de largeur suprieure ou gale 50 cm (largeur conseille comprise entre 1 m et 2 m pour viter que les usagers ne la confondent avec une bande d'arrt d'urgence). Dans le cas des grands ouvrages de longueur suprieure 100 m, le projeteur a le choix, selon le profil en travers en section courante, entre des profils normaux et des profils rduits. Les diverses possibilits de profil en travers sont rsumes dans le tableau 1.II.
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2 3 voies
Ces dispositions ont t fixes par la circulaire de la direction des Routes du ministre de lquipement du 29 aot 1991. Les profils en travers deux tabliers spars ne conduisent gnralement pas un systme dappuis et de fondations conomiques et doivent, en principe, tre vits: les profils normaux ou rduits tablier unique conduisent des largeurs de chausses que lon installe facilement sur le hourdis suprieur dune poutrecaisson (Fig. 1.6). En ce qui concerne les autoroutes urbaines, lICTAVRU donne les possibilits de choix analogues celles de lICTAAL, mais plus adaptes la solution de problmes lis la circulation urbaine. Lorsque des pistes cyclables sont prvues, il est recommand de prvoir: une largeur normale de 2 m pour les pistes unidirectionnelles, avec des surlargeurs de 0,20 m sil y a lieu de prendre en compte des effets de paroi ou dabme, une largeur minimale de 3 m pour les pistes bidirectionnelles.
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titre dinformation, les caractristiques fonctionnelles des ouvrages ferroviaires sont fixes par la SNCF dans diverses notices constituant son Cahier des prescriptions communes (CPC). Les notices les plus importantes sont les suivantes: NG EF 1 C3, relative aux gabarits (fascicule n 1: implantation des obstacles; fascicule n 2: transports exceptionnels; fascicule n 3: gabarits disolement des pantographes); NG EF 2 C32 n 2, relative aux profils en travers types. Elles sont compltes par des documents techniques comme les documents EF7B (signaux) et EF9B (installation de traction lectrique). Pour ltablissement des projets douvrages dart neufs, une liste (non exhaustive) de renseignements ncessaires ltude est propose: pour un pont sur une ligne existante, dans la notice IG EF 1 G2 n 1; pour un pont sur une ligne nouvelle, dans la Procdure de collecte des lments de programme du manuel Qualit du dpartement VO . Mais, dans la pratique, un projet dbute toujours par une prise de contact avec le service comptent de la SNCF, sachant que les rgles de rpartition de la matrise douvrage et de la matrise duvre pour des oprations de construction de pontsroutes au-dessus de voies ferres sont donnes dans linstruction gnrale IG EF 1 GE n 1.
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Figure 1.7 Gabarit et hauteur libre ne se mesurent pas que selon la direction verticale.
La hauteur libre minimale sous ouvrage dart est: 4,30 m sur lensemble du rseau routier national, dpartemental et communal; 4,50 m sur les grandes routes de trafic international dcrites dans laccord de Genve du 15 novembre 1975 (AGR) et prcises par dcision ministrielle; 4,75 m sur les autoroutes. Dans certains cas particuliers, cette hauteur libre minimale peut tre rduite 4,50 m sur autoroute lorsque le contexte technico-conomique le justifie. Mais, en rgle gnrale, il convient de lharmoniser avec celle des ouvrages existant dans le maillage routier auquel appartient le nouvel ouvrage. De plus, la construction, une revanche de 10 cm doit tre ajoute ces valeurs pour tenir compte dinvitables renforcements ultrieurs de la chausse franchie et de possibles tassements des appuis de louvrage construire.
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Figure 1.8 Une mthode bien curieuse pour rduire le gabarit dhabitations (photo JAC).
Figure 1.9 Opration de relevage dun tablier qui noffrait plus une hauteur libre suffisante (photo Freyssinet Int.).
Dans le cas de passerelles pour pitons ou cyclistes, il est prudent d'augmenter ces gabarits de 0,50 m car les passerelles sont souvent assez lgres et donc beaucoup plus sensibles un choc de vhicule hors gabarit (Fig. 1.10). Enfin, au droit des trottoirs et des pistes cyclables, une hauteur minimale de l'ordre de 2 m doit tre respecte.
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Figure 1.10 Passerelle emporte par un vhicule hors gabarit (photo J.-F. Fontaine).
Dans le cas des ouvrages routiers sur voies ferres, voir 1.2.1.4. Enfin, dans le cas d'ouvrages franchissant des voies navigables, ce sont les services intresss de la Navigation qui dfinissent les gabarits respecter. Gnralement, ils se prsentent sous la forme dun rectangle trac au-dessus des plus hautes eaux navigables (PHEN), dont les dimensions sont trs variables selon la nature de la voie et du trafic qui l'emprunte, et l'intrieur duquel il est interdit d'implanter un appui. Signalons en dernier lieu quen cours de construction il convient souvent de respecter les gabarits dfinis pour la situation de louvrage en service; mais, dans certains cas, on peut admettre des gabarits rduits si la phase de construction est de dure relativement courte.
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Le niveau des PHEC permet de caler le profil en long de l'ouvrage. En effet, il est dusage de dessiner un pont en plaant ses appareils dappui au-dessus de cette cote pour viter leur dtrioration la suite d'immersions trop frquentes. Certains ingnieurs les placent systmatiquement 1 m au-dessus de la cote des PHEC, mais cette disposition peut, dans certains cas, savrer trop conservatrice. En fait, le problme hydraulique doit tre considr une plus large chelle. Louvrage projet ne doit pas provoquer, par des remblais daccs trop rapprochs, une rduction inacceptable du dbouch hydraulique du cours deau. Par ailleurs, il convient de sassurer de la ralit physique de la cote suppose des PHEC. Trs souvent, cette cote se rfre des crues qui se sont produites au sicle dernier. Or, en lespace dun sicle, le rgime hydraulique du cours deau a probablement volu la suite de certains amnagements (barrages, endiguements, rectifications de cours deau, etc.) ou de conditions de gestion particulires (extractions massives de matriaux ayant entran un abaissement graduel du lit).
Figure 1.11 Crue de la Seine Paris en 1910 au droit du pont Alexandre III (photo DR).
linverse, la connaissance de ltiage et de ses priodes permet dorganiser le droulement des travaux de faon que les fondations soient excutes dans les meilleures conditions possibles. La connaissance des niveaux de leau nest gnralement pas suffisante. Certaines donnes purement hydrauliques peuvent tre indispensables pour aborder ltude dun phnomne, correspondant un danger rel pour les ponts, qui est le phnomne daffouillement. Ce problme est suffisamment important et mal connu pour que des indications assez dtailles soient donnes au chapitre 3.
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tape de ltude. Mais, au-del des tudes et des dossiers, la prise en compte effective de l'environnement constitue lobjectif atteindre, depuis la conception jusqu la gestion correcte des infrastructures. La directive CEE n85-337 du Conseil des Communauts europennes du 27 juin 1985 concernant lvaluation des incidences de certains projets publics ou privs sur lenvironnement, entre en application obligatoire depuis le 3 juillet 1988, est compatible avec le systme dj en place en France. Elle introduit pourtant une obligation supplmentaire sur la ncessit de tenir compte le plus tt possible des incidences sur lenvironnement de tous les processus de planification et de dcision . Cette dmarche pourrait intervenir ds le niveau du jugement d'opportunit et rendrait ce stade obligatoire la fourniture dtudes, dinformation et la consultation du public. Plusieurs textes furent ensuite publis au niveau national: le dcret n 93-245 du 25 fvrier 1993 et la circulaire n 93-73 du 27 septembre 1993, relatifs aux tudes dimpact; la loi n 95-101 du 2 fvrier 1995 relative au renforcement de la protection de lenvironnement. Dans le domaine routier, les textes principaux sont les suivants: loi n 82-1153 du 30 dcembre 1982 Loi dorientation des transports intrieurs (LOTI); dcret n 84-617 du 17 juillet 1984 relatif lapplication de larticle 14 de la LOTI; instructions du 14 mars 1986 relatives aux mthodes dvaluation des investissements routiers en rase campagne et zones urbaines, modifies par la circulaire du 28 juillet 1995; circulaire du 22 mai 1987 sur lInstruction mixte; circulaire du 27 octobre 1987 relative aux autoroutes concdes; instruction du 7 juin 1990 relative aux conditions techniques damnagement des voies rapides urbaines (ICTAVRU, cf. Chapitre 2); circulaires du 15 novembre 1991 relatives aux APSI et aux DVA (cf. Chapitre 2); circulaire n 92-71 du 15 dcembre 1992 du ministre de lquipement sur la conduite des grands projets nationaux d'infrastructure, qui organise un dbat transparent et dmocratique ; circulaire du 5 mai 1994 relative aux oprations dinvestissement sur le rseau routier national non concd (cf. Chapitre 2); circulaire n 96-21 du 11 mars 1996 du ministre de lquipement relative la prise en compte de lenvironnement et du paysage dans les projets routiers;
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circulaire du 12 dcembre 1997 du ministre de lquipement relative la prise en compte du bruit dans la construction des routes nouvelles ou lamnagement des routes existantes du rseau national. Une premire phase de dbat doit tre organise ds la conception du projet et en amont des tudes de trac: elle permet aux lus, aux forces sociales, conomiques, associatives, au public de s'informer et de dbattre des enjeux conomiques, sociaux et environnementaux du projet. Aprs la dclaration dutilit publique, la liste des engagements de ltat en matire dinsertion conomique, sociale et de protection des espaces doit tre rendue publique, afin den permettre le suivi. Un bilan conomique, social et environnemental du projet doit tre tabli par le matre d'ouvrage dans les annes qui suivent la mise en service de linfrastructure.
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sauvegarde de la faune et de la flore. En ce qui concerne lutilisation optimale des ressources naturelles, la ralisation douvrages dart ncessite lemploi de matriaux nobles (aciers, granulats de qualit, etc.) et de matriaux plus courants (matriaux de remblais, eau de gchage, etc.). Lingnieur doit se souvenir que la production des matriaux nobles peut avoir de lourdes consquences environnementales (par exemple, extraction de sables de qualit dans le lit mineur dune rivire, engendrant des risques daffouillement gnral autour des piles des ponts existants) et il doit sinterroger en permanence sur ladquation entre la qualit requise des matriaux et leur destination relle. Leau est la base de notre environnement. Cest par elle que la nature existe, mais cest aussi par elle que la pollution se propage. La prise de conscience de la ncessit de protger les ressources hydrauliques, notamment aprs plusieurs priodes de scheresse relativement rcentes, a fait de la protection des eaux la plus grande priorit de la protection de l'environnement. Les projets routiers induisent trois types de perturbations: la modification des coulements en surface et sous terre; la pollution des eaux ruisselant sur la chausse; un risque de pollution accidentelle. La prise en compte des contraintes d'environnement doit se faire imprativement ds les tudes prliminaires de trac routier pour lloigner des zones sensibles la pollution. Pour les ouvrages implants en partie suprieure des cours deau, il ne faut pas oublier que la tte de bassin est un ensemble de zones humides conditionnant la qualit et les dbits de la ressource aval. Grands et petits ouvrages doivent tre conus et dimensionns pour permettre la libre circulation de la faune aquatique, notamment en priode dtiage. Lorsquun ouvrage doit franchir un fleuve, il faut toujours tudier des solutions vitant limplantation dappuis dans le lit majeur. Dans tous les cas, les fondations doivent tre suffisamment profondes pour viter les consquences des affouillements (Chapitre 3). La consolidation vgtale de berges est privilgier car elle permet la reconstitution de la fort alluviale et de sites de reproduction pour les poissons et invertbrs notamment. La faune et la flore sont deux lments tangibles de notre environnement, rsultat et partie d'un quilibre cologique parfois fragile. Raliser un projet routier qui va perturber le fonctionnement naturel du biotope (aire gographique correspondant un groupement d'tres vivants soumis des conditions dont les dominantes sont
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homognes) sans sinquiter de limpact court, moyen ou long terme de ces bouleversements, peut avoir des consquences trs dommageables sur celui-ci. Ainsi, un trac routier peut totalement isoler une espce de batraciens de son lieu unique et presque gntique de ponte. Il peut aussi couper un axe de dplacement de grands cervids. La nature dun remblai peut modifier le PH du sol et ainsi faire disparatre totalement une plante rare qui pouvait constituer un lment essentiel de l'alimentation de tel animal ou insecte. Les exemples ne manquent pas. Prendre en compte la faune et la flore dans un projet routier ne permettra peut-tre pas de conserver le biotope existant. Lobjectif principal est de donner au milieu naturel toutes les chances d'voluer vers une nouvelle situation qui prservera le mieux possible son intgrit. Des inventaires nationaux (ZNIEFF, zones naturelles dintrt cologique, faunistique et floristique, ZICO, zones importantes pour la conservation des oiseaux) ou europens (rseau NATURA 2000 en cours dlaboration) permettent de connatre la sensibilit potentielle des lieux dimplantation des ouvrages. Enfin, on ne saurait trop insister sur la ncessit de limiter les nuisances, quil sagisse des nuisances invitables en cours d'excution (bruits, chausses salies, vibrations pouvant endommager des constructions avoisinantes, etc.) ou des nuisances apportes par louvrage une fois mis en service. Si les riverains acceptent assez facilement les premires, dans certaines limites, ils ne tolrent pratiquement pas les secondes, notamment le bruit. Cest pourquoi, il est trs frquent de disposer, sur les ouvrages en site urbain ou suburbain, des quipements de type crans antibruit ou anti-vent en bordure des tabliers de ponts. Outre le fait quils sont onreux ( la fois en cot initial et en entretien), ils apportent des charges supplmentaires la structure porteuse, dont la conception et le dimensionnement peuvent tre sensiblement affects.
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sances relatives limpact visuel de certains dtails, amliorer laspect densemble du pont. La puissance publique a voulu mettre laccent sur limportance avec laquelle il y a lieu de considrer les problmes dinsertion dans le site d'un ouvrage dart en laborant une circulaire ministrielle en date du 23 janvier 1978 (circulaire n 7816) relative la mthodologie applicable pour ltablissement des dossiers dtudes dimpact en matire de projets routiers. Selon cette circulaire, tout projet routier de quelque importance doit donner lieu une tude dimpact qui prsente successivement: une analyse de ltat initial du site et de son environnement; une analyse des effets, sur lenvironnement (sites, paysages, faune, flore, etc.) de lopration envisage; les raisons pour lesquelles, parmi les partis envisags, le projet prsent a t retenu; les mesures envisages pour supprimer, rduire et, si possible, compenser les consquences dommageables du projet sur l'environnement, ainsi que l'estimation des dpenses correspondantes. La direction des Routes du ministre de lquipement mit une circulaire, en date du 24 septembre 1984, relative la qualit paysagre et architecturale des ouvrages routiers. Cette circulaire dtaillait un certain nombre de principes dont la mise en uvre devait naturellement sintgrer dans le processus dlaboration des projets routiers. Elle fut suivie par une lettre-circulaire ministrielle, en date du 21 novembre 1989, relative la qualit des tudes des ouvrages dart (Bulletin officiel n 91-2), rappelant que le concepteur dun pont tait un ingnieur, et non pas un architecte. Cependant, la circulaire du 5 mai 1994 (cf. Chapitre 2) dfinit de faon claire le cadre dintervention de larchitecte en matire douvrages dart.
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Depuis quelques dcennies, des travaux fondamentaux ont permis de mieux approcher les questions de durabilit. Dans le domaine des constructions en bton, citons les remarquables bulletins dinformation n183 Durable concrete structures et n 238 New approach to durability design dits respectivement en mai 1983 et mai 1997 par le Comit euro-international du bton. Le systme des Eurocodes, dont la mise en application est prvue au cours des toutes prochaines annes (Chapitre 5) fait une plus large part aux questions de durabilit que les textes nationaux actuels. Il suppose que la durabilit de tout ou partie dune structure dans son environnement est telle quelle reste apte son utilisation prvue pendant toute la dure d'utilisation de projet, moyennant une maintenance approprie, cest--dire sans entretien excessif imprvu. Il est mme stipul: Il convient que la structure soit conue de sorte que sa dtrioration ne nuise pas sa durabilit et ses performances, le niveau de maintenance prvu tant dment pris en compte. Pour assurer une durabilit adquate de la structure, il faut prendre en compte les facteurs interdpendants suivants: son utilisation prvue et, ventuellement, une utilisation future diffrente; les critres de performance requis; les influences escomptes de lenvironnement, cest--dire lensemble des actions chimiques et physiques auxquelles sont soumis la structure globale ainsi que ses lments constitutifs, et dont les effets ne sont pas inclus dans les hypothses de charge considres lors du calcul structural; la composition, les proprits et les performances des matriaux; le choix du systme structural; la forme des lments structuraux et les dispositions constructives; la qualit de la mise en uvre et le niveau de contrle; les mesures de protection spcifiques; la maintenance pendant la dure de vie escompte.
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furent conduites pour aboutir une formulation de bton hautes performances sur la base dindicateurs de durabilit rigoureusement slectionns (permabilit, coefficients de diffusion des ions chlore, profondeur de carbonatation, porosit accessible leau). Naturellement, les diffrents phnomnes physico-chimiques correspondant aux indicateurs de durabilit furent lobjet de simulations sur la base des valeurs mesures diffrentes chances jusqu 18 mois. Les questions de durabilit des constructions en bton sont lobjet de dbats et de recherches lheure actuelle. Il ne semble donc pas inutile de leur consacrer les quelques dveloppements qui suivent.
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par le jeu de l'adhrence, le bton subit un allongement gal celui de lacier; son module lastique est variable avec la dure des sollicitations qui lui sont appliques, mais on peut admettre une valeur moyenne de 30000 MPa; lallongement de 10-3 calcul pour lacier correspondrait ainsi une contrainte de traction de 30 MPa, soit environ 10 fois plus que sa rsistance la traction. La fissuration du bton est donc inluctable sous les charges de service. Ce fait tant admis, les concepteurs et les rdacteurs des codes se sont efforcs de limiter louverture des fissures dans les constructions en bton arm en service. Dans ce but, ils ont tudi le mcanisme de la fissuration, et montr que la largeur des fissures tait dautant plus faible que le diamtre des barres tait plus petit. La thorie de L.-P. Brice, qui figure en annexe des Rgles CCBA 60 et CCBA 68, en donne une dmonstration aujourdhui classique, partant de lhypothse que la contrainte dadhrence entre le bton et l'acier est constante. Des formules ont t dveloppes, reliant louverture moyenne probable des fissures diffrents paramtres tels que: la rugosit de la surface des barres; la rsistance du bton la traction; le diamtre des barres; le pourcentage dacier dans la section du bton tendu; la contrainte des aciers en service. Ces formules, pour les rgles franaises et antrieures aux rgles BAEL, entranaient une limitation assez stricte de la contrainte des aciers, dfinie en vue de limiter la largeur des fissures. Les rgles CCBA 60 considraient trois cas, avec trois valeurs diffrentes dun coefficient entrant dans la formule dfinissant la contrainte admissible de lacier: fissuration peu nuisible et ne compromettant ni la conservation des aciers, ni la dure de louvrage; fissuration des zones tendues prjudiciable parce que les lments sont exposs aux intempries, leau ou une atmosphre agressive ou bien parce quils doivent servir de support un revtement fragile; ouverture des fissures trs prjudiciable parce que les lments considrs sont en contact avec leau ou exposs un milieu particulirement agressif ou bien parce quils doivent assurer une tanchit. Les rgles CCBA 68 napportrent que des changements mineurs cette classification: dans la dfinition des cas, le qualificatif agressif de latmosphre sappliquait au cas de fissuration trs prjudiciable, et non plus de fissuration prjudiciable. Dans lesprit des rdacteurs des codes de 1960 et 1968, ces trois cas devaient correspondre des ouvertures de fissures respectivement de lordre de 0,3 - 0,2 - 0,
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l mm, encore que ces valeurs dussent tre accueillies avec prcaution, les codes eux-mmes exprimant de nombreuses rserves sur la prcision en attendre. Ces chiffres taient confirms par toute la littrature de lpoque et, en particulier, par le cours de bton arm de lcole nationale des ponts et chausses dispens, lpoque, par le professeur J.-R. Robinson.
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agents agressifs en mnageant autour delle une paisseur suffisante dun bton compact. Les progrs raliss depuis dix ans environ, grce lemploi des fluidifiants rducteurs d'eau, sont significatifs cet gard. En rsum, on peut affirmer que pour un ouvrage bien conu, et ralis avec soin (en particulier en ce qui concerne lpaisseur de recouvrement des armatures) avec un bton convenable, la durabilit ne dpend pas de la fissuration, sous rserve que louverture des fissures soit limite quelques diximes de millimtre. ce sujet, on peut dplorer la prime donne abusivement aux armatures de petit diamtre par les rgles CCBA 60 et 68: avec de telles armatures, les fissures sont plus fines et mieux rparties, mais souvent au prix dun encombrement excessif qui gne la mise en place du bton; il faut remarquer, en outre, que le primtre des aciers tant plus grand par rapport leur section, loxydation des barres de petit diamtre est souvent plus rapide que celle des grosses barres. Ces nouvelles notions sont aujourdhui entres dans les faits, grce en particulier la notion de bton hautes performances : lemploi dun adjuvant convenable permet de rduire la teneur en eau du bton, sans diminuer sa maniabilit, et dobtenir un bton haute performance et surtout de haute compacit, susceptible doffrir une bien meilleure protection des armatures vis--vis de l'oxydation.
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Lors de leur dition, les rgles BAEL 91 reprirent lancienne terminologie en distinguant les trois cas de fissuration: peu prjudiciable, prjudiciable et trs prjudiciable, et exprimaient le doute de leurs rdacteurs dans le commentaire de larticle 4.5.31: Les fissures de largeur excessive peuvent compromettre l'aspect des parements, ltanchit des parois, la tenue des armatures vis--vis de la corrosion. Il est cependant reconnu quil nest pas possible de fixer a priori une largeur de fissure respecter, vu la trs grande variabilit du phnomne; en outre, la durabilit des structures ne parat lie qu un ordre de grandeur de l'ouverture des fissures (quelques diximes de millimtre pour les cas les plus courants). Compte tenu du commentaire ci-dessus, il est impossible de fixer des rgles gnrales concernant le degr de nocivit, dautant plus que lapprciation dpend de nombreux facteurs parmi lesquels: lenvironnement: ce sujet le fascicule de documentation de l'Afnor P 18011 donne une classification des environnements agressifs; la nature de la structure: parmi les facteurs dfavorables, on petit citer les pices minces (treillis) et la multiplication des surfaces de reprise; lutilisation de louvrage avec comme facteurs dfavorables limportance des charges quasi permanentes aussi bien que des actions cycliques, ainsi que le contact rgulier avec des produits nocifs tels que les sels de dneigement; la prise en compte dans les calculs dune valeur de limite lastique de lacier suprieure la valeur la plus courante 400 MPa lpoque (la valeur courante est aujourd'hui 500 MPa); lexprience acquise sur des ouvrages analogues qui doit englober le cot initial (tenant compte du ratio d'armatures), le cot d'entretien et la durabilit effective trs variable en fonction du site et de la qualit de la construction. En fonction de ces critres, certains textes spcifiques fixent les rgles applicables; par exemple le fascicule 74 du CCTG (Cahier des clauses techniques gnrales) traite des rservoirs et chteaux deau. Pour les btiments et ouvrages assimils, la partie B (B 6.3 et B 7.3) donne certaines indications. dfaut, il appartient au CCTP (Cahier des clauses techniques particulires) de fixer les rgles applicables . La contrainte limite des aciers dans les Rgles BAEL 91 tait, initialement, proportionnelle la racine carre de la contrainte caractristique de rupture par traction du bton; cette relation fut introduite dans le double but de tenir compte des rapports rels entre contrainte des aciers et rsistance du bton la traction, et de
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favoriser lutilisation des btons de rsistance leve. Pour un bton moyen en gnie civil, dune rsistance caractristique en compression de 30 MPa et pour des armatures haute adhrence, demploi quasi universel aujourdhui, les limites de contrainte de lacier la traction en service taient les suivantes: fissuration peu prjudiciable: pas de limite (ltat-limite ultime est dterminant); fissuration prjudiciable: 215 MPa; fissuration trs prjudiciable: 176 MPa. Comme les rgles BAEL 80, les rgles BAEL 91 accompagnrent ces limites de dispositions constructives destines assurer une rpartition convenable de la fissuration (section minimale darmatures de peau pour les poutres de grande hauteur, cartement minimal des barres, etc.).
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dans le cas o la fissuration est considre comme trs prjudiciable: la contrainte des armatures tendues est limite la valeur 0,8 (MPa), lexpression de tant donne prcdemment. Les coefficients numriques ont t ajusts de faon donner des rsultats quivalents ceux des rgles BAEL 91 pour un bton de 40 MPa, valeur devenue courante aujourd'hui pour les ouvrages dart. Bien entendu, les dispositions constructives prescrites par les ditions antrieures des rgles sont intgralement conserves. Lapplication de ces formules suppose lemploi de la limite dlasticit relle des armatures, cest--dire 500 MPa dans les cas les plus courants1. En effet, la valeur de 400 MPa mentionne dans larticle 4.5,31 prcdemment cit, ne lest que dans le commentaire du dit article, et les commentaires du CCTG ne sont que des recommandations pour la rdaction des marchs (ils ne sont donc pas mettre sur le mme plan que le texte principal); de plus, elle nest cite que lorsque la fissuration est peu prjudiciable et ne constitue donc quun artifice permettant de limiter raisonnablement la contrainte de traction dans les armatures sous combinaisons de service par lintermdiaire dun calcul ltat-limite ultime.
1.5.1.6. LEurocode 2
LEurocode 2 (ENV1992-1), norme europenne publie comme norme exprimentale Afnor sous l'appellation XP ENV 1992-1, ne traite actuellement dans le dtail que des btiments courants mais prcise cependant que ses principes ont valeur gnrale. Dailleurs, la Partie 2, relative aux ponts, napporte pas de novation importante la Partie 1 en ce qui concerne la fissuration du bton arm. LEurocode consacre un chapitre la durabilit, essentiellement fonction selon lui de lenvironnement de la structure; les milieux se trouvent ainsi rangs en cinq classes comportant elles-mmes des sous-classes si bien quau total 9 cas possibles sont rpertoris (Tableau 1.III)2. Cette classification est utilisable pour tablir le degr de protection globale requis. LEurocode fournit une formule assez complexe pour dterminer une ouverture probable thorique des fissures, mais il admet que lon se dispense de lappliquer pourvu que certaines dispositions constructives soient respectes. Dans son article 4.4.2.1, il nonce le principe suivant: La fissuration est presque invitable dans les structures de bton soumises flexion, effort tranchant, torsion ou traction rsultant soit dun chargement direct, soit de dformations gnes ou imposes . Et, plus loin, il indique: En labsence de prescriptions spcifiques (telles que ltanchit), on peut admettre que, pour les classes d'exposition 2 4,
1. Les aciers trs haute limite dlasticit sont exclus du champ dapplication de ces rgles. 2. Le tableau 1.III reproduit le tableau 4.1 des classes dexposition de lENV1992-1, tableau identique celui dfini dans la norme dexcution ENV206.
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une limite de 0,3 mm de la fissure thorique maximale sous les combinaisons de charges quasi permanentes est gnralement acceptable pour les lments de bton arm des constructions en ce qui concerne laspect et la durabilit . LEurocode attire lattention des projeteurs sur la ncessit de prendre en compte, lorsquil y a lieu, de possibles attaques physiques pouvant tre dues labrasion, laction du gel et du dgel, la pntration de leau. En gnral, lattaque physique peut tre combattue en spcifiant convenablement les matriaux utiliss, en limitant la fissuration sous les effets des combinaisons de charge du projet, en adoptant une forme de structure minimisant labsorption dau ou lexposition lhumidit, en soignant les dtails de conception des lments ou des structures exposs tels les enrobages des armatures, le drainage ou ltanchit. Pour certains ouvrages ou lments douvrage, ltanchit est une condition essentielle. Cest le cas des dalles sous chausse des ponts en climat froid, pour lesquelles lutilisation de sel antiverglas est frquente en hiver. Pour assurer ltanchit dune paroi ou dune dalle, trois moyens peuvent tre envisags, sparment ou en combinaison: la limitation de la contrainte du bton une valeur assez basse pour viter sa fissuration; le recours la prcontrainte; lapplication dun revtement assurant limpermabilit. Le choix dpend de nombreux facteurs: forme et tendue de la surface, liaisons avec ses supports, et surtout nature des sollicitations qui lui sont appliques; il importe en effet de distinguer la traction de la flexion. Dans une paroi simplement flchie, les fissures ne sont pas traversantes et le bton de la membrure comprime par la flexion peut assurer ltanchit; en revanche, si la paroi est tendue, ce qui est en particulier le cas des dalles sous chausse des ponts mtalliques ou ossature composite, une plus grande prudence simpose.
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EXEMPLES DE CONDITIONS D'ENVIRONNEMENT Intrieur des btiments d'habitation courants ou bureaux intrieur des btiments humides (ex: blanchisseries) atmosphre extrieure terrains non agressifs et/ou saturs d'eau atmosphre extrieure avec risque de gel terrains non agressifs et/ou dans l'eau et exposs au gel composants intrieurs soumis une humidit leve et exposs au gel composants intrieurs et extrieurs exposs au gel et aux sels anti-verglas composants totalement ou partiellement immergs dans l'eau de mer, ou dans une zone d'embruns composants en atmosphre sature de sel (zone ctire) composants totalement ou partiellement immergs dans l'eau de mer ou dans une zone d'embruns et exposs au gel composants en atmosphre sature de sel et exposs au gel
2 Environnement humide
b avec gel
3 Environnement humide avec gel et emploi de sels anti-verglas a sans gel b avec gel
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4 Environnement marin
Les classes suivantes se rencontrent seules ou combines avec les classes ci-dessus: 5 Environnement chimique agressif a b c environnement chimique lgrement agressif (gaz, liquide ou solide) atmosphre industrielle agressive environnement chimique moyennement agressif (gaz, liquide ou solide) environnement chimique fortement agressif (gaz, liquide ou solide)
En conclusion, pendant plusieurs dcennies les ingnieurs se sont satisfaits dides prconues confortes par des thories mathmatiques sduisantes, mais non par lexprience. Lobservation du comportement des ouvrages en service aussi bien que les rsultats de nombreux essais en laboratoire montrent que la largeur des fissures du bton arm ne joue quun rle secondaire dans sa durabilit; pour celle-ci, lpaisseur et la qualit du bton qui entoure les armatures sont en revanche deux facteurs essentiels. La rponse des exigences de plus en plus prcises de durabilit passe par la slection de matriaux de qualit approprie, une conception soigne des dtails constructifs et, bien videmment, un contrle efficace de la qualit dexcution.
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processus chimique doxydation: par exemple, une augmentation de 10C double la vitesse de raction. En atmosphre marine, le processus de corrosion se dveloppe dans une mince couche dlectrolyte, la surface de l'acier, due aux chlorures marins en solution.
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CICAPAS) ou variable et de trs haute qualit. Le procd de laminage dit thermomcanique (acier 460 TM) permet daugmenter les performances mcaniques sans augmenter la teneur en carbone, ce qui amliore la ductilit et facilite le soudage. Les progrs dans le domaine de la soudure ont permis, en particulier, de rduire les risques de fissuration sous cordon et damliorer les techniques de contrle non destructif (radiographie et ultrasons). Lamlioration des techniques doxycoupage et de soudage a permis dobtenir une grande rgularit de la qualit de fabrication. Comme dans le cas des ouvrages en bton, lamlioration de la qualit des aciers, la matrise des phnomnes de fatigue travers des rgles de dimensionnement affines, et des principes de conception plus simples et plus sains , notamment des assemblages, ont permis de faire des progrs considrables en matire de durabilit des ponts mtalliques.
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