GCIV-5340 Conception des ponts

(1)

2007-10-26 Ponts en béton précontraint 1

GCIV-5340

Conception des ponts

Prof. Noyan Turkkan Faculté d’ingénierie, 119 G2 turkkan@umoncton.ca 506-858-4304

U. de Moncton

Conception de la superstructure

Ponts en béton

précontraint

(2)

BP - Principes

10 m

+8.3

-8.3

Principes

200

Section 600 A = 12 x 10

⁴

mm

²

I = 3.6 x 10

⁹

mm

⁴

Béton, fc’=30 MPa Aucune armature

0.6 30 3.3 MPa

f

r

= =

max

6 max

, 9

40 10

100 kN.m

4 4

(100 10 )300

8.3 MPa 3.6 10

s i

M PL

M y

f I

= = × =

= ± = × = ±

×

Tension (-) 40 kN

Béton fissuré

(3)

Principes

+8.3

-8.3 1000 kN

+8.3

+

3 , 4

1000 10

8.3 MPa 12 10

s i

f P A

= = × = +

×

=

+16.6 40 kN

10 m

1000 kN

Aucune fissure

Principes

10 m

1000 kN

80 kN

100 mm + =

+16.6

-16.6

+

-8.3

+8.3

+8.3 +16.6

•Charge double

•Compression excentrée

•Mêmes contraintes

•Pas de fissures

(4)

Méthodes de précontrainte

Câble dans une gaine Ancrage

Poutre

Vérin Précontrainte par post-tension

Post-tension

Pose des armatures enrobées dans une gaine isolante

Coulage du béton et durcissement

Mise en tension des aciers qui glissent dans leur gaine, le vérin hydraulique s’appuyant sur le béton durci

Blocage des aciers au cône d’ancrage. Injection du coulis dans la gaine

Le béton soumis au retrait se raccourcit

provoquant une chute de tension dans les aciers

(5)

Méthodes de précontrainte

Ancrage

Acier de précontrainte Banc de traction

Poutre Vérin

Précontrainte par pré-tension

Pré-tension

Mise en tension des armatures

Coulage du béton, durcissement, adhérence entre béton et acier de précontrainte (torons)

Suppression des tensions extérieures.

Première chute de tension provoquée par le raccourcissement élastique du béton sous la compression

Le béton soumis au retrait se raccourcit,

provoquant une deuxième chute de tension

(6)

Matériaux - Acier de précontrainte

195 1860

p pu

E GPa

f MPa

=

= Fils et torons

Barres

pu 1100

f = MPa

Matériaux - Acier de précontrainte

•

Relaxation normale

•

Basse relaxation

f _pu 1860 Mpa f _py 0.90 f _pu E _p 195 GPa

Toron standard à 7 fils Diamètre nominal

Relaxation – Diminution de contrainte

sous un allongement constant

(7)

Torons et barres de précontrainte

1018 36

148.4 16

804 32

140.0 15

531 26

98.7 13

314 20

74.2 11

177 15

54.8 9

Aire (mm

²

) Diamètre (mm)

Aire (mm

²

) Diamètre (mm)

Barres nervurées 1030, 1080 ou 1100 MPa Torons

Nuances 1760 ou 1860 MPa

Avantages

Durabilité – fissuration limitée, sections étanches

Économie et légèreté – augmente avec la longueur des portées

Rigidité et bon contrôle des déformations

Facilité de fabrication

Esthétique

(8)

Analyse

État limite d’utilisation

Vérifier les contraintes avec les charges d’utilisation

État limite ultime

Vérifier la résistance et la ductilité de la poutre (la poutre se comporte comme une poutre en béton armé)

Vérification des contraintes en ELUT (section mixte)

Centre de gravité des torons

y

_s

y

_i

Fibre supérieure, s

Fibre inférieure, i

A, I e, excentricité

, ,

s i

c c

sc ic

I I

S S

y y

I I

S S

y y

= =

y

_sc

y

_ic

Section mixte

B

_e

AN

AN Comp

(9)

Définitions

Précontrainte initiale Précontrainte finale

, , , Contraintes admissibles poids propre

surcharge aditionnelle surface d'usure

i e

ti ci t c

P P

f f f f D

SD SU

L camion

→

Contraintes – en transfert (avant les pertes)

i i D

s ti

s s

i i D

i ci

i i

P Pe M

f f

A S S

P Pe M

f f

A S S

= − + ≤

= + − ≤ ⁺

- f _s

f _i

Cambrure

(10)

Contraintes en utilisation (après les pertes)

Origine des pertes

Raccourcissement élastique

Retrait et fluage

Relaxation des aciers

Glissement à l’ancrage (post-tension)

Frottement (poste-tension)

+

-

f _s

f _i

e e D SD SU L

s c

s s sc

e e D SD SU L

i t

i i ic

P P e M M M M

f f

A S S S

P P e M M M M

f f

A S S S

+ +

= − + + ≤

+ +

= + − − ≤

Vérification de la résistance et de la ductilité en ELUL

Il faut vérifier :

,

)

) 1.25

) 0.3

r f

r cr p ps

c

a M M b M

M c f

f ρ

≥

≤

(11)

Usine de préfabrication

(12)

Torons

Étriers Armatures d’interface

Vérin

Déviateurs

ancrage

(13)

Poutres en forme de I

(14)

Poutres en forme de I

Poutres - NEBT

(15)

Transport

(16)

Mise en place

(17)

(18)

(19)

Conception préliminaire

Dalles pleines

h (mm)

Portée (m)

h

(20)

Dalles évidées

h h (mm)

Portée (m)

Caissons

h h

(mm)

Portée (m)

(21)

Poutres CPCI

Espacement des poutres

(mm)

Portée (m)

Poutres NEBT

Espacement des poutres

(mm)

Portée (m)

(22)

Élancement (L/h) pratiques

Poutres-caissons

Section const. (L < 70 m) : 20 ≤ L/h ≤ 28

Section variable (L > 70 m)

15 ≤ L/h ≤ 20 (aux appuis intérieurs

40 ≤ L/h ≤ 60 (à mi-travée) 40 ≤ L ≤ 200 m

Poutres en T coulées en place : 22 ≤ L/h ≤ 30 Poutre en I préfabriquées : 15 ≤ L/h ≤ 20 Caissons préfabriqués : 25 ≤ L/h ≤ 30 15 ≤ L ≤ 40 m