System de ponts en poutres mixtes prĂŠfabriquĂŠes
Information générale La construction mixte se distingue par l’utilisation des matériaux acier et béton et par un haut degré de préfabrication résultant dans une construction efficace, tout en prenant en compte les matériaux et les charges exercées. Un domaine de la construction mixte est les ponts économiques à grandes portées avec de poids faibles et des sections d’assemblage facile à manier, comprenant en même temps la réalisation d’hauteurs de construction raisonnables et la construction sans cintres.
caractéristiques positives des matériaux acier et béton, s’impose déjà en cas de portée plus grand que 25 m dans quelques conditions particulières contre la construction en béton précontraint. Les avantages de cette méthode se présentent également pour les phases de construction pendant lesquelles un effet mixte intermédiaire peut être exploité ou pour les travées de poutres continues en utilisant un double effet mixte. En raison de la grande rigidité contre la traction par flexion, les poutres en acier sont habituellement utilisées en tant que éléments porteurs principaux. Pour le tablier, les propriétés avantageuses du béton sous compression sont exploitées. Ainsi, des charges individuelles ponctuelles sont distribuées aux surfaces des éléments porteurs principaux. La méthode mixte en acier permet la construction de ponts élancés et exigeants pendant une courte durée de temps. Ces ponts sont des structures porteuses robustes, efficaces et simples à entretenir et inspecter.
La construction moderne de ponts en acier connaît deux méthodes compétitives qui s’opposent à la construction en béton précontrainte: la construction en acier avec tablier orthotrope et la construction mixte avec un tablier en béton effectif. Une construction purement orthotrope n’est en général économique qu’en cas de grandes portées ou dans quelques cas particuliers. La construction mixte en acier, qui se distingue par la combinaison optimisée des
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Section régulière: Nouvelle construction du pont routier sur la Saale, part de la route fédérale B181 Merseburg; cadre à travée unique en méthode VFT® pour un pont routier à quatre voies sur la Saale, section mixte ouverte avec 2 x 4 âmes, poutre en acier S355J2 + N à âme pleine soudée avec hauteur réglable des âmes, membrure supérieure préfabriquée C45 / 55, largeur de la membrure sup. 2,56 m, portées 55,40 m, élancement centre de la travée 1 / 31,7, élancement coin de cadre 1 / 21,7, épaisseur béton coulé sur place 0,25 m, angle de croisement 100 gon, culées fondées chacune sur 8 pieux forés ∅ 1,20 m, poids d’assemblage poutres VFT® env. 69 t.
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Pont routier sur l’autoroute A8 ouest, pont cadre intégral en méthode VFT®, portée 47,25 m, angle de croisement 84,4 gon, élancement centre de la travée 1 / 48,5, élancement coin de cadre 1 / 22,8
La méthode de construction VFT® La méthode VFT® s’inspire à la méthode de construction avec éléments préfabriqués en béton précontraint mise en œuvre avec succès, et combine tous les avantages de cette technique. Une poutre soudée, en général une poutre ouverte (double T) ou en caisson creux en forme de U, est complétée d’une aile de compression en béton d’environ 3 cm de largeur liée à l’atelier à la membrure supérieure. Cette aile stabilise la poutre mixte en direction horizontale pendant le transport et l’assemblage, et l’effet mixte augmente considérablement la rigidité en direction vertical déjà dans l’état de construction. Au chantier, les poutres sont placées par des grues mobiles côte à côte sur des échafaudages temporaires (arrangés devant la culée et les fûts des piliers), directement sur des sommiers d’appui ou sur les poteaux de portique dans le cas des structures cadres intégrales. L’assemblage des poutres se fait à une distance de 2 cm entre les joints des membrures supérieures en béton. Les membrures supérieures en béton larges servent, en plus de leur fonction statique, également de coffrage pour le bétonnage effectué sur place liant les poutres mixtes à l’élément coulé sur place dans la zone des axes d’appui en direction transversale afin d’en faire un tablier de pont monolithique. D’un point de vue statique le bétonnage sur place crée le deuxième effet mixte qui augmente encore la rigidité des poutres mixtes en tant que éléments longitudinaux pour distribuer les charges permanentes ainsi que les actions du trafic. En raison de la grande rigidité transversale des poutres mixtes, des connexions de raidissement ne sont pas nécessaire pour la construction du tablier coulée sur place. Dans les constructions mixtes conventionnelles, les charges dues à la construction du tablier en béton coulé sur place ne s’exercent en
tant que contrainte que dans la poutre en acier car il n’y a pas d’effet mixte initial à ce moment. Ce n’est qu’après le durcissement du béton de la membrure supérieure que les charges du tablier complété et du trafic agissent sur la section mixte. Membrure supérieure et inférieure de la poutre en acier sont donc à dimensionner et à raidir en conformité avec la distribution des charges du bétonnage du tablier. Dans le cas de la poutre VFT® les charges agissent par contre déjà sur la section mixte initiale complétée préalablement. Tous les moments de poids propre sont distribués par la section mixte très rigide. Il est alors possible de faire de grandes économies en acier structurel par rapport à la construction mixte traditionnelle. D’autres économies résultent de la suppression de raidisseurs contre le voilement dans les âmes et surtout de la suppression de liaisons stabilisantes pendant la construction. La poutre VFT® présente des analogies à la méthode habituelle de poutres en béton précontraint mais avec un poids plus faible. Des longueurs jusqu’à 60 m sont possible pour le transport routier, et
1 Poutre VFT® soudée avec hauteur de construction constante 2 Poutre VFT® soudée avec hauteur de construction variable, surtout pour ponts à poutres continues / intégraux ou semi-intégraux 3 Poutre VFT® en section creuse soudé hermétiquement avec hauteur de construction variable 4 Développement de la poutre VFT® ouverte soudée, sans membrure supérieur / sans goujon de cisaillement, avec rang de goujons en section mixte 5 Comparaison du poids de transport / d’assemblage des poutres préfabriquées en béton précontrainte (en forme de T) avec poids des poutres VFT® 6 Viaduc Oberharthmannsreuth, 2 x 2 poutres VFT® ouvertes soudées avec hauteur de construction de 2,65 m, largeur de la membrure sup. préfabriquée 3,10 m, utilisation d’un chariot de coffrage pour construction du tablier mixte, épaisseur couche coulée sur place 29 à 34 cm, poids d’assemblage max. 80 t (avec grue mobile de 850 t)
Élément en béton coulé sur place C35 / 45 (épaisseur 25 cm à 40 cm)
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Membrure supérieure préfabriquée en béton C50 / 60 Poutre en acier soudée (âme ouverte, alternative: poutre en caisson creux)
Membrure inférieure, dimensionnée selon exigences statiques (largeur de la membrure en général 0,60 – 0,80 m)
Petite membrure supérieure en acier pour goujons de cisaillement Poutre en acier soudée S355 Voûté vers le pilier / culée
Pas transportable
5 Poids [tonnes] 180 160 140 120 100 80 60 40
Eléments préfabriqués < 100 t Eléments préfabriqués > 100 t
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VFT® Longueur [mètres]
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Poutre en caisson creux hermétique
Voûté vers le pilier/culée
Poutre en acier soudée S355 avec bande de goujons mixtes
jusqu’à environ 100 m pour le transport naval dépendant de la longueur des écluses. Au début des années 1990, la construction de ponts mixtes a été basée sur les poutres enrobées en béton, couplées par des traverses coulées sur place, permettant un effet continu sans travaux de soudage supplémentaires. La méthode de poutres VFT® s’intègre très bien dans ce system avec ses ailes préfabriquées en béton armé. Des traverses en béton coulé sur place sont arrangées dans les axes d’appuis par lesquelles les poutres VFT® forment des poutres continues. Les forces de compression des ailes inférieures en acier sont distribuées par des joints de contact et les forces transversales par des goujons de cisaillement. De simples connexions de l’armature à la membrure de compression préfabriquée en béton créent dans
l’état de construction le couplage par force de traction, l’armature restante est intégrée dans l’élément en béton coulé sur place pour créer l’effet continu. Par analogie, les poutres VFT® s’incorporent dans les coins de cadre des ouvrages intégraux.Le soudage aux poutres en acier est également possible, mais est en pratique une exception comparé aux techniques simples de couplage par
Pont routier sur le canal Oder-Spree, pont cadre entièrement intégral à travée unique, portée 49,98 m, largeur du tablier 16,75 m, section avec 6 poutres VFT® ouvertes soudées, largeur de la membrure sup. en béton 2,62 m, hauteur de construction aux coins de cadre 2,29 m (élancement 1 / 21,7), au centre de la travée 1,59 m (élancement 1 / 31,44), angle de croisement 76 gon, dans le rayon 1,175
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Comparaison de la section du pont avec différents types d’exécution comme système continu, portée 35 m: 1 Poutre en T à deux âmes en béton précontraint coulé sur place, construite sur support de lançage, poids total d’assemblage de la superstructure env. 725 t 2 Section de poutre en T à cinq âmes en béton précontraint, préfabriquée, poids total d’assemblage de la superstructure env. 78 t 3 Section de double poutre en T à dix âmes en béton précontraint, préfabriquée, poids total d’assemblage de la superstructure env. 37 t 4 Section de poutre VFT® en T à quatre âmes, poids total d’assemblage de la superstructure env. 25 t
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traverses en béton coulé sur place. Des travaux de construction métallique ne sont en général plus nécessaires sur le chantier. Les traverses finales sont en tout cas à réaliser en béton afin d’éviter la construction de culées accessibles et donc laborieuses à ériger, qui sont ont général obligatoires pour les traverses finales en acier. En plus de ces avantages, d’autres aspects sont à souligner qui font que la construction de ponts en segments habituellement en béton précontraint soit attrayante: Le haut degré de préfabrication combine des poids faibles, de grandes portées à hauteur de construction constante et la possibilité de choisir de nouveaux systèmes statiques. La qualité des éléments de construction est nettement augmentée par la production de poutres VFT® à l’atelier sous des conditions inchangées de fabrication sans influence du temps (dans
des conditions particulières il est bien sûr possible de bétonner la membrure supérieure en béton en position latérale à la poutre en acier sur place avant l’assemblage des poutres). Les poutres préfabriquées sont livrées au chantier et assemblées avec une grue relativement légère par rapport à celles utilisées pour les poutres en béton précontraintes. L’aile en béton crée une connexion rapide à la poutre en acier, ce qui permet de générer des systèmes continus, mais aussi des systèmes cadres, simplement en connectant l’armature. En particulier les systèmes cadres mixtes permettent de grands élancements au centre des travées. Des conditions géométriques changées, résultant de la suppression de piliers centraux et du choix de diamètres intérieurs plus grands, peuvent être enjambées par des portées nettement plus grandes avec les poutres VFT® avec les mêmes hauteurs de construction.
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Construction sous conditions de maintien du trafic Lors de la nouvelle construction ou des remplacements de ponts dans le réseau de transport, la priorité est d’influencer le moins possible les flux de trafic sur les routes, la disponibilité opérationnelle des lignes ferroviaires ou des voies d’eau. Pour les ponts construits en béton en dessus des voies de transport, des poutres en béton précontraintes aux portées jusqu’à 30 m pour les ponts ferroviaires et jusqu’à 40 m pour les ponts routiers ou des ponts en béton sont érigés qui sont construits sur place à l’aide d’échafaudages ou de supports de lançage. L’utilisation économique de supports de lançage requiert un nombre minimum de travées à construire et limite la portée à 50 m. Les échafaudages nécessitent temporairement une hauteur de construction supplémentaire qui en général n’est pas disponible en milieu urbain. La conséquence en est la construc-
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1 Poutres soudée complétée (section ouverte) au dépôt de l’entreprise de la construction métallique 2 Table de coffrage pour construction de la membrure sup., des portes-àfaux extérieurs, face avant avec courbure analogue au tracé en forme de S 3 Construction de la membrure sup. à l’atelier de préfabrication, vue sur la poutre en acier dans le coffrage, armature de la membrure sup. et des goujons de cisaillement 4 Poutre VFT® sortant de l’atelier de préfabrication 5 Transport des poutres VFT®, env. 50 m longues par transport routier, poutres VFT® avec sécurisation transversale de transport 6 Assemblage de 4, env. 80 t lourdes, poutres VFT® d’un pont routier sur le canal du Flake, portée 56,25 m, largeur du tablier 10,0 m, angle de croisement 65 gon; hauteur de construction au centre 1,82 m, hauteur de construction au coin de cadre 2,60 m, élancement centre de la travée 1 / 30,9, élancement coin de cadre 1 / 21,6 7 Assemblage de la poutre VFT®, env. 70 t lourde, par grue mobile 8 Pont ferroviaire sur le canal de Teltow, assemblage d’en total sept 49,5 m longues et 64 t lourdes poutres VFT® comme poutres à travée unique en dessus d’installations ferroviaires à 7 voies pendant une fermeture la nuit avec grue mobile de 800 t, hauteur de construction des poutres VFT® 1,75 m, élément coulé sur place 0,25 m 9 Ponts continu à poutres VFT®, assemblage en dessus d’installations ferroviaires, poutre sur support temporaire, couplée par traverses en béton coulé sur place
tion laborieuse d’échafaudages et d’installations d’abaissement du niveau temporaire de construction en dessus du gradient réel et engendre des coûts additionnels diminuant la compétitivité de ces ponts. Ici, l’avantage des ponts mixtes en méthode VFT® est évident car la construction mixte préfabriquée avec une grande rigidité et des poids d’assemblage modérés (ou un poids nettement plus bas par rapport aux éléments préfabriqués en béton précontraint) permet la construction de grandes portées sans perturbation essentielle de l’opération. Par rapport à la construction en béton, les ponts en dessus des autoroutes ou des chemins de fer sont généralement possibles sans pilier central dont la construction est toujours une intervention considérable dans le flux du trafic. Le haut degré de préfabrication des poutres VFT® raccourci la durée de la construc-
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1+2 comparaison de sections longitudinales: Route fédérale B19 en dessus de l’autoroute A3 Nuremberg-Francfort, part de l’élargissement de l’autoroute de 4 à 6 voies, échangeur Heidingsfeld. Nouvelle construction du pont routier en dessus de l’autoroute à 6 voies, 2 bandes d’arrêt d’urgence et la voie de l’échangeur. Comparaison d’un pont routier traditionnel comme poutre continue à 3 travée en béton précontraint avec appuis et joints avec un pont cadre intégral sans supports, appuis et joints en méthode VFT®. Poutres VFT® avec hauteur de construction réglable en caissons soudés en acier, portée 63,50 m. 3 Nouvelle construction du pont routier sur la Saale, part de la route fédérale B181 Merseburg; cadre à travée unique en méthode VFT® pour un pont routier à quatre voies sur la Saale, section mixte ouverte avec 2 x 4 âmes, poutre en acier S355J2 + N à âme pleine soudée avec hauteur réglable des âmes, membrure supérieure préfabriquée C45 / 55, largeur de la membrure sup. 2,56 m, portées 55,40 m élancement centre de la travée 1/31,7, élancement coin de cadre 1/21,7, épaisseur béton coulé sur place 0,25 m, angle de croisement 100 gon, culées fondées chacune sur 8 pieux forés ∅ 1,20 m 4 Nouvelle construction du pont ferroviaire part de la ligne Francfort (Oder); cadre à travée unique en méthode VFT® pour un pont routier à deux voies sur la ligne ferroviaire à 2 voies, section mixte ouverte à 4 âmes, poutre
en acier S355J2+N à âme pleine soudée avec hauteur réglable des âmes, membrure sup. préfabriquée C45/55, largeur de la membrure sup. 2,50 m, portées 27,30 m, élancement centre de la travée 1/32,9, élancement coin de cadre 1/18,8, épaisseur béton coulé sur place 0,25 m, angle de croisement 100 gon, culées fondées chacune sur 4 pieux forés ∅ 0,90 m, assemblage poutres VFT® pendant fermeture des voies ferrées la nuit 5 Nouvelle construction du pont routier sur installations ferroviaires, part de la route J.S Bach Straße, Fürstenwalde; cadre à travée unique en méthode VFT® pour un pont routier à trois voies sur la ligne ferroviaire à 4 voies, section mixte ouverte à 6 âmes, poutre en acier S355J2 + N à âme pleine soudée avec hauteur réglable des âmes, membrure sup. préfabriquée C45 / 55, largeur de la membrure sup. 2,82 m, portées 55,40 m, élancement centre de la travée 1 / 32,7, élancement coin de cadre 1 / 20,0, épaisseur béton coulé sur place 0,25 m, angle de croisement 79 gon, fondation superficielle, assemblage poutres VFT® pendant fermeture des voies ferrées la nuit
tion et les perturbations du réseau de transport. La forte rigidité de l’effet mixte initiale provenant de la préfabrication des poutres VFT® permet de grands élancements déjà dans l’état d’assemblage ainsi que la conception de structures cadres à grandes travées, prédestinées à enjamber des voies de transport existantes. La construction de ponts avec poutres VFT® se fait presque sans intervention dans le réseau existant et sans perturbation du trafic. L’unité de fonctionnalité et d’esthétique Les systèmes de ponts mixtes se distinguent par leur fonctionnalité élevée et leur efficacité économique en ce qui concerne l’utilisation des matériaux de construction. En plus de leur fonctionnalité, ces ponts sont des objets marquants architectoniques. Vu leur grande rigidité provenant de l’effet mixte initiale, la grande rigidité
transversale de l’aile supérieure en béton et la possibilité de distribuer les moments positifs de coin par des simples connexions de l’armature, les ponts VFT® sont très appropriés aux projets de ponts cadres et permettent la construction de ponts élancés et esthétiquement exigeants par la connexion ferme de la superstructure aux culées. Les éléments porteurs en acier sont produits avec des âmes voûtées à hauteur de construction réglable et montrent optiquement le flux des forces de la structure porteuse. Une conception exigeante qui combine fonctionnalité et efficacité économique est la caractéristique marquante des constructions mixtes en acier qui sont le mieux représentées par la méthode des poutres VFT®.
Poutre VFT® sur remorque avec sécurisation latérale de transport
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Coûts de construction et d’entretien efficaces La décision pour une méthode appropriée de construction d’un pont est souvent guidée par l’aspect des coûts de la construction. Pourtant, déjà dans cette phase préparatoire il faut tenir en compte des facteurs tels que les coûts des utilisateurs, de l’inspection et de l’entretien ainsi que les coûts pour une augmentation ultérieure de la capacité portante. Coûts de construction Les constructions mixtes préfabriquées se distinguent surtout par un système porteur économique incluant une combinaison de matériaux optimale déjà lors du premier effet mixte ainsi qu’une utilisation optimisée des matériaux. Ainsi, il est possible d’atteindre des économies considérables en acier structurel par rapport aux
constructions mixtes traditionnelles. Des quantités de seulement 100 à 180 kg d’acier de construction par m2 de surface de pont suffisent en général. En ce qui concerne les prix, ces systèmes sont une alternative compétitive aux constructions en béton précontrainte ou en béton armé avec petites ou moyennes portées et surtout par rapport aux éléments préfabriqués en béton précontraint dont le champ d’utilisation est limité aux portées de max. 30 à 40 m par leur grand poids propre. Dû au haut degré de préfabrication des poutres VFT® et à la possibilité de réaliser de grandes portées sans support central, les travaux de construction de fondations et de piliers supplémentaires ne sont plus nécessaire et la durée de construction est minimisée.
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1 Vue de la membrure supérieur préfabriquée de la poutre assemblée 2 Poutres VFT® temporairement déposées à la tête du pieux, connexion des poutres pour pont à travées multiples, coulée sur place, transmission des forces de compression par chapeau supérieur et coulis haute performance, position des poutres VFT® polygonale aux appuis linéaires 3 Vue de la culée avec connexion monolithique des poutres VFT®, pont cadre intégral 4+5 Section longitudinale / détail du pont semi-intégral à trois travées sur installations ferroviaires, travées 33,0 / 42,0 / 33,0 m, largeur du pont 12,0 m, section avec 4 poutres VFT® ouvertes avec hauteur de construction réglable / légèrement voûtées vers les fût des piliers, poutres VFT® connectées de manière monolithique aux piliers dans la zone des culées, support mobile, hauteur structurelle - superstructure 1,38 m et 2,30 m, élancement 1 / 30 or 1 / 15, angle de croisement 134 gon, fondation sur pieux forés, culée fondée sur fondation superficielle
Coûts des utilisateurs La mise en œuvre de la méthode VFT® minimise les interventions dans le flux du trafic dans le réseau existant et réduit ainsi les retards et perturbations du flux. Ces coûts des utilisateurs sont souvent sous-estimés et ne sont pas suffisamment pris en compte. Pourtant, ils peuvent se situer à un montant bien plus élevé que les coûts de construction par exemple lorsqu’il y a des bouchons ou des retards de trains. Coûts d’inspection et d‘entretien Pendant le cycle de vie d’un ouvrage, les coûts pour l’entretien, la rénovation et l’inspection s’élèvent habituellement à 0,7 à 1,5 % des coûts de construction. Ces coûts dépendent fortement du système et de l’équipement de l’ouvrage. Aux ponts en forme de structures
cadres intégrales, les coins de cadre remplacement les joints et joints de dilatation qui nécessitent un entretien particulier. Les ponts mixtes sont faciles à inspecter, et, si nécessaire, ils peuvent être adaptés aux capacités portantes plus élevées par le soudage de goussets en acier sur les poutres en acier. Le haut degré de préfabrication à l’atelier lors de la construction de ponts mixtes sous des conditions inchangées de production, assure une qualité de fabrication élevée en ce qui concerne la géométrie, le respect de tolérances, la formation de la soudure et la protection anticorrosion. Dans le contexte de la durabilité et de l’aptitude au service, cette méthode dispose de l’avantage de réduire les coûts d’entretien et d’inspection.
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Les constructions mixtes en acier sont des systèmes économiques relatif aux coûts de construction et aux coûts courants des ouvrages. La méthode VFT® réduit les coûts de construction et d’entretien. La durée de la construction est diminuée et une qualité plus élevée est garanti. Avantages de la méthode VFT® - La méthode de poutres VFT® est applicable, en dehors de l’utilisation de poutres préfabriquées en béton précontraint, aux systèmes de poutres à travée unique et poutres continues, aux viaducs et surtout aux systèmes cadres.
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- Le concept de poutres VFT® remplit les exigences élevées aux méthodes modernes de construction. En général, la mise en œuvre des sections de poutres VFT® est analogue à celle des poutres préfabriquées en béton. - Les matériaux béton et acier sont utilisés de manière ciblée. Le besoin en acier structurel est minimisé considérablement dû au premier effet mixte déjà atteint à l’atelier, ce qui résulte dans des coûts de production très économiques. - Le poids faible des poutres VFT® et leur grande rigidité à la flexion ouvre de nouvelle dimensions de portées de ponts préfabriqués. La grande rigidité à la flexion pendant la construction résulte dans de faibles déformations lors de la fabrication des éléments coulés sur place, la grande rigidité à la flexion dans l’état final permet de petites dimensions et des ouvrages élances et esthétiques.
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- La méthode VFT® permet la mise en œuvre d’ouvrages cadres intégraux. Le manque de joints et d’appuis auprès de tels systèmes cadres réduit les efforts d’entretien et minimise les émissions de bruits causées par les joints. Surtout pour les ponts ferroviaires il y a des avantages relatifs à la dynamique de conduite en raison du faible angle de rotation de la tangente finale. De surcroît, les ponts cadres VFT® peuvent être entièrement construits à côté des ponts ferroviaires existants et être lancés latéralement pendant de courtes périodes de fermeture. - La méthode VFT® permet la construction des ouvrages de croisement très oblique. - Des ailes en béton en tant que membrure supérieure des poutres de la section mixte livrent une grande rigidité trans-
versale. Cela évite en général des raidisseurs contre le voilement dans les âmes ainsi que des raidissements temporaires pendant la construction. En outre, ces membrures supérieures servent en tant que coffrage monolithique de l’élément coulé sur place. - Le haut degré de préfabrication des poutres VFT® réduit les travaux sur le chantier; ensemble avec les poids légers de transport et d’assemblage cela rend les travaux de montage très économique et entraîne des périodes efficaces d’assemblage et peu de perturbations du trafic. Ceux-ci sont des avantages considérables en ce qui concerne l’application en dessus et sur les lignes routières et ferroviaires en service.
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- La préfabrication des poutres VFT® à l’atelier permet une qualité très élevée et une grande robustesse, et mène à de faibles coûts d’entretien avec des poutres en acier bien accessibles et un tablier monolithique en béton coulé sur place. - La méthode VFT® n’exige en général pas de travaux de construction métallique sur le chantier. - La connexion des poutres VFT® aux traverses coulées sur place en dessus des piliers et culées est effectuée par des poutres de couronnement, des goujons de cisaillement et des dalles de compression spécialement conçus. - Le moment de support dans les systèmes continus dans l’état de construction est distribué par de simples connexions de tirants. - La méthode VFT® permet le bétonnage continu et économique d’un tablier en béton coulé sur place. - La méthode VFT® offre de grandes réserves de capacités de charges par des effets favorables de déplacement de charges. Ponts ferroviaires En raison de hautes charges ferroviaires concentrées, les ponts ferroviaires doivent être très rigides afin d’assurer le contact roue / rail lors des vitesses habituelles d’opération. Pour les ponts en acier en particulier et les ponts mixtes en aciers, l’étude de structure doit prendre en compte des considérations importantes statiques et dynamiques pour garantir l’utilisation ininterrompue et durable. En général la méthode de construction mixte de ponts ferroviaires est très adéquate car les ponts mixtes ne sont pas susceptible aux dé-
1+2 Viaduc Oberharthmannsreuth part de l’autoroute A93; travées: 34,80 + 3 x 44,0 + 34,80 m, 2 x 2 poutres VFT® soudées avec une hauteur de construction de 2,65, largeur de la membrure supérieure préfabriquée 3,10 m, chariot de coffrage pour la construction du tablier mixte, épaisseur béton coulé sur place 29 – 34 cm, poids d’assemblage max. 80 t (grue mobile de 850 t) 3+4 Pont routier sur la Werra, pont intégral à 3 travées; travées: 30,5 / 40 / 30,5 m, section mixte ouverte à 4 âmes, poutres en acier comme poutres soudées à pleine âme avec hauteur réglables des âmes, membrure sup. VFT® préfabriqué C45 / 55, largeur de la membrure sup. 2,56 m, élancement centre de la travée 1 / 29,2, élancement coin de cadre 1 / 17,0, épaisseur béton coulé sur place 0,25 m, culées fondées chacune sur 3 pieux forés ø 0,90 m 5 La beauté des ponts mixtes 6 Pont sur l’autoroute A96, pont cadre intégral avec 2 poutres VFT® en caisson soudé, connexion monolithique aux culées, portée 36 m
formations, ils ont une longue durée de vie et sont facile à inspecter. Un élément essentiel est la conception structurelle soigneuse des détails structurels qui requiert une section orientée au flux des forces et avec peu d’entailles diminuant ainsi la susceptibilité à la fatigue. Ces détails qui sont d’une grande importance concernant la durabilité et l’aptitude au service, nécessitent une mise en œuvre constante lors de la fabrication à l’atelier et lors de l’assemblage au chantier.
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La majorité de ponts nouvellement construits, surtout en milieu urbain, est aujourd’hui réalisée en tant que structures cadres en béton armé (sur place ou en position latérale avec lançage transversale) ou en tant que poutres WIB® (poutres enrobées en béton) mixtes. Pour toutes les dimensions de portées, les systèmes de poutres mixtes préfabriqués proposent des conditions idéales à la construction de ponts ferroviaires intégrales performants. La structure en acier permet en combinaison avec le tablier préfabriqué en
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Gauche en haut: Remplacement de plusieurs ponts ferroviaires en méthode VFT® sur la rivière Saale et sa zone inondable. Le pont à voie unique sur la rivière a été planifié comme ouvrage à deux travées voûtées aux travées de 2 x 32,50 m sur des appuis conventionnels. L’offre alternative d’un ouvrage cadre intégral en méthode VFT® avec une hauteur de construction au centre de la travée de 1,95 m (élancement 1 / 15,64) et de 2,85 m au coin de cadre (élancement 1 / 10,70) comprenant deux poutres VFT® (largeur de la membrure en béton 3,50 m, épaisseur de l’élément coulé sur place 0,30 m) a été mise en œuvre. Par l’effet cadre les forces de freinage des trains sont beaucoup mieux distribuées dans les fondations qu’il est le cas des systèmes avec appuis, entraînant des économies considérables en ce qui concerne la construction des fondations en pieux forés. Le pont sur la zone inondable a également été planifié comme cadre intégral à travée unique avec une portée de 34,40 m par méthode VFT®. Gauche en bas: Pont sur le canal de Teltow à Berlin (cf. point 3)
1 Pont ferroviaire Schongau; pont à voie unique sur 3 travée, en méthode semi-intégrale (superstructure connectée de manière monolithique aux piliers), poutres VFT® soudées avec connexion de torsion (courbées) 2 Section régulière du pont ferroviaire Schongau 3 Nouvelle construction d’un pont ferroviaire part de la ligne Berlin Südkreuz – Ludwigsfelde; cadre à travée unique en méthode VFT® pour un pont ferroviaire à deux voies sur le canal de Teltow, section mixte ouverte à 4 âmes, poutre en acier S355J2 + N à âme pleine soudée avec hauteur réglable des âmes, membrure supérieure préfabriquée C45 / 55, largeur de la membrure sup. 2,50 m, portées 42,50, élancement centre de la travée 1 / 21,8, élancement coin de cadre 1 / 14,4, épaisseur béton coulé sur place 0,40 m, angle de croisement 79 gon, culées fondées chacune sur 5 pieux forés ∅ 1,50 m, poids d’assemblage poutres VFT® env. 75 t
béton armé, surtout dans des cadres hybrides, des superstructures élancées avec peu de déformations qui sont rigides avec une section orientée au flux des forces et avec peu d’entailles diminuant ainsi la susceptibilité à la fatigue. Le haut degré de préfabrication de la méthode VFT® engendre de courtes durées de construction et de fermeture et ainsi une plus grande disponibilité opérationnelle dans les zones des chantiers.
1
42.50
Les ponts à travée unique et à poutres continues sont parfois susceptibles aux déplacements longitudinaux et verticaux défavorables causés par une flexion induite par les actions verticales du trafic, surtout en cas de conception désavantageuse de la traverse finale à la culée avec appuis en surplomb ou le cas où la superstructure a une grande hauteur de construction concernant la portée (p. ex. ponts mixtes en treillis à tablier supérieur).
2
Les ponts cadres en poutres mixtes préfabriquées se prêtent particulièrement à prévenir les effets négatifs suivants: - Avantages des culées intégrales / portiques: - réduction de la déflection - Réduction de la rotation aux limites (angle de la tangente) et diminution des distorsions des voies - Suppression des appuis et joints d’expansion - Réduction de la taille des culées - Amélioration du risque de résonance
3
40.50
4 Elancement (-) 60
Ponts routiers: béton précontraint
50
40
Ponts routiers: poutres VFT®
30 Ponts ferroviaires: béton armé Ponts ferroviaires: poutres VFT®
20
10
0 0.0
5.5
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
50.0
55.0
60.0
65.0
70.0
Longueur (mètres)
5
Superstructure
Culée
1 Nouvelle construction d’un pont ferroviaire part de la ligne Berlin Südkreuz – Ludwigsfelde; cadre à travée unique en méthode VFT® pour un pont ferroviaire à deux voies sur le canal de Teltow, section mixte ouverte à 4 âmes, poutre en acier S355J2 + N à âme pleine soudée avec hauteur réglable des âmes, membrure supérieure préfabriquée C45 / 55, largeur de la membrure sup. 2,50 m, portées 42,50, élancement centre de la travée 1 / 21,8, élancement coin de cadre 1 / 14,4, épaisseur béton coulé sur place 0,40 m, angle de croisement 79 gon, culées fondées chacune sur 5 pieux forés ∅ 1,50 m, poids d’assemblage poutres VFT® env. 75 t. 2+3 Nouvelle construction du pont ferroviaire part de la ligne Francfort (Oder) – Guben; cadre à travée unique en méthode VFT® pour un pont ferroviaire à deux voies sur une route, section mixte ouverte à 4 âmes, poutre en acier S355J2 + N à âme pleine soudée avec hauteur réglable des âmes, membrure supérieure préfabriquée C45 / 55, largeur de la membrure sup. 2,73 m, portées 40,50, élancement centre de la travée 1 / 19,1, élancement coin de cadre 1 / 12,4, épaisseur béton coulé sur place 0,43 m, angle de croisement 100 gon, fondation superficielle, construction du pont en position parallèle au pont existant avec lançage transversale dans 120 h de fermeture (vendredi 23.00 h à mercredi 23.00 h), voie de lançage env. 33,0 m, poids de lançage env. 3 500 t. 4 Champ d’application de différents types de superstructures pour ponts ferroviaires / routiers, comparaison de poutres coulées sur place / poutres précontraintes préfabriquées / poutres VFT® 5 Dépendance géométrique à la culée due aux déformations de la superstructure 6 Principes des effets de l’angle de rotation de la tangente finale due aux déformations de la superstructure
6 Poutre à travée unique
α1
Cadre
α2
f2
f1
Valeurs limites de l’allure de déformation à la superstructure, causée par l’action du trafic Travée L de la travée finale
Vitesse planifiée ve
Valeur limite δ
< 3 m
ve < 160 km / h
δ3 = 5 mm
< 3 m
160 km / h < ve < 230 km / h
δ3 = 4 mm
< 3 m
ve > 230 km / h
δ3 = 3 mm
> 25 m
Pour tous ve
δ25 = 9 mm
3 m < L < 25 m
Valeurs intermédiaires à interpoler linéairement δL = δ3 + (L-3) * (δ25- δ3) V22, L (m)
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