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École Nationale d’Ingénieurs de Tunis COURS D’OUVRAGES D’ART Tome 3 : Exécution par Mongi BEN OUÉZDOU 1ère version : Mai 2006 ENIT, BP 3, Belvédère1002Tunis, 71-874-700, Fax:71-872-729 E-mail : [email protected] Exécution Sommaire Chap 1. Fondations. 1 Chap 2. Tabliers des ponts à poutre...

Description

École Nationale d’Ingénieurs de Tunis

COURS D’OUVRAGES D’ART Tome 3 : Exécution par

Mongi BEN OUÉZDOU

1ère version : Mai 2006

ENIT, BP 3, Belvédère1002Tunis,

71-874-700, Fax:71-872-729

E-mail : [email protected]

Exécution Sommaire

Chap 1. Fondations.

1

Chap 2. Tabliers des ponts à poutres.

25

Chap 3. Tabliers des ponts dalles et Portiques

63

Chapitre 1

LES FONDATIONS

1-1 Fondations superficielles 1-2 Fondations profondes 1-3 Pieux battus 1-4 Pieux forés

1 3 3 12

1-1 Fondations superficielles. Comme indiqué dans la conception des ponts, les fondations superficielles des ponts sont en général des semelles filantes. Elles sont aussi surmontées d’une nervure à la base des piles. Elles peuvent être conçues sur du gros béton si les qualités des sols d’assises ne sont pas très bonnes. 1-1-1 Excavation des fouilles. Après l’implantation des fondations, on procède à l’excavation des fouilles, en vue d’exécuter le gros béton (si nécessaire) ou du béton de propreté. 1-1-2 Exécution du gros béton. Le gros béton (généralement faiblement dosé) sert à améliorer la qualité de l’assise sous les semelles.

Photo N°1 : Exécution du gros béton (coulage du béton).

M. Ben Ouézdou, ENIT, Exécution des Fondations

Chap 1, page 1

1-1-3 Ferraillage de la semelle et de sa nervure. Le ferraillage d’une semelle peut être préfabriqué sur chantier ou façonnée sur place.

Photo N°2 : Ferraillage d’une semelle exécutée sur un gros béton. Photo N°3 : Ferraillage d’une semelle exécutée sur un béton de propreté (sans gros béton).

1-1-4 Coffrage et bétonnage. La semelle est coffrée et puis bétonnée. Un ferraillage en attente est prévu pour une liaison avec les appuis. Ces attentes ne sont pas arrêtées au même niveau mais de façon alternée.

Photo 4 : Semelle coffrée et bétonnée.

M. Ben Ouézdou, ENIT, Exécution des Fondations

Chap 1, page 2

1-2 Fondations profondes.

Pieu battu

Pieu foré

Avantages Inconvénients 9 Facile à exécuter 9 Exécution impossible pour les 9 Rendement important grandes profondeurs et dans les 9 Préserve mieux l’environnement zones urbaines (Pas de bentonite) 9 Mise en place délicate 9 Moins d’équipement 9 Absence d’auscultation précise 9 Meilleure qualité du béton (essai impédance) 9 Grandes profondeurs 9 Longue période d’exécution 9 Grand diamètre 9 Panoplie de matériel 9 Suivi continu de la nature des 9 Bentonite néfaste pour couches du site au cours du l’environnement forage 9 Suivi continu lors du bétonnage 9 Auscultation sonique facile et individuelle Tableau 1 : Comparaison entre les pieux battus et les pieux forés.

1-3 Pieux battus. Les pieux battus sont des pieux préfabriqués puis battus. Ils peuvent être en acier (Figure 1a), en béton armé (1b) ou en bois (1c). Compte tenu de la situation économique en Tunisie, le choix porte souvent sur des pieux en béton armé.

1a

1b

1c

Figure N°1 : Section des pieux battus ; 1a : Acier ; 1b : béton armé ; 1c : bois.

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Chap 1, page 3

Photos N°5 et N°6: Pieu en béton armé évidé.

Photo N°7 : Implantation des pieux métalliques inclinés. Nous présentons par la suite le cas des pieux en béton armé battus. 1-3-1 Préfabrication des pieux Les pieux sont préfabriqués sur chantier (photos N°8 et N°9) et ensuite ils sont stockés (photo N°10). Si la profondeur des pieux dépassent les 20 à 25 m, ils sont composés par deux éléments ou plus qui seront soudés.

Photo N°8 et N°9 : Préparation du ferraillage sur site.

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Chap 1, page 4

Photo N°10 : Stockage du ferraillage. Les éléments sont connectés lors du montage à travers des platines avec des liaisons males et femelles (voir photos N°11 et 12). Ces liaisons sont utiles surtout lors du battage mais la liaison finale sera assurée à travers la soudure. Des crochets de levage sont introduits dans le ferraillage.

Photos N°11 et N°12 : Introduction des plaques de liaison entre les deux tronçons des pieux. Les pieux sont pourvus des têtes métalliques (flèches) qui facilitent l’enfoncement dans le sol (photos N°13 et N°14).

Photos N°13 et N°14 : Tête d’ancrage introduit à la pointe du ferraillage du pieu.

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Chap 1, page 5

Ensuite, le ferraillage est introduit dans le coffrage en respectant l’enrobage nécessaire (N°15 et N°16). Les pieux déjà coulés peuvent servir de coffrage (photos N°17 et N°18) ou chaque pieu est constitué par son coffrage indépendant (Photos N°19 et N°20). L’avantage de ce dernier procédé est de pouvoir couler le béton en parallèle (en même temps) alors que l’avantage du premier procédé est de gagner sur le coffrage métallique.

Photos N°15 et N°16: Introduction du ferraillage dans le coffrage.

Photos N°17 et N°18 : Introduction du ferraillage dans le coffrage.

Photo N°19 et N°20 : Ferraillage introduit dans le coffrage métallique.

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Chap 1, page 6

1-3-2 Bétonnage des pieux Le bétonnage se fait de manière contenu (photo N°21). Un vibreur est employé pour éviter les ségrégations (photo N°22).

Photo N°21 et N°22 : Bétonnage des pieux battus. Les pieux sont ensuite décoffrés et stockés (Photos N°23, N°24, N°25 et N°26).

Photos N°23 et N°24 : Pieux après décoffrage (tête des pieux et présence des crochets de levage).

Photos N°25 et N°26 : Pieux stockés après décoffrage. M. Ben Ouézdou, ENIT, Exécution des Fondations

Chap 1, page 7

1-3-3 Battage des pieux Tout d’abord, les pieux sont transportés à l’emplacement du battage. Pour maintenir la stabilité lors de transport, une poutre métallique peut soutenir les pieux (photo N°27).

Figure N°2: Schéma de transport et photo N°27 : Transport d’un élément de pieu. Si les travaux sont exécutés dans les eaux, le battage peut être effectué sur un ponton flottant (Figure N°3 et photo N°27).

Figure N°3: Schéma de battage d’un pieu et photo N°27 : Battage sur un ponton flottant. Le battage est effectué par un mouton sur un casque de battage (Figure N°4 et photo N°28).

Figure N°4 et Photo N°28 : Battage d’un pieu. M. Ben Ouézdou, ENIT, Exécution des Fondations

Chap 1, page 8

Photos N°29 et N°30: Battage et casque de battage d’un pieu.

Photos N°31 et N°32 : Battage des pieux. Les pieux sont maintenus verticales à travers des profilés métalliques pour ajuster la direction verticale du battage (Photos n°33 et N°34).

Photos N°33 et N°34 : Maintien de la verticalité des pieux (à travers des profilés métalliques) M. Ben Ouézdou, ENIT, Exécution des Fondations

Chap 1, page 9

S’il existe plus qu’un élément, on les raccorde par emboitement (male et femelle) mais surtout par soudure, qui doit être effectué de manière très minutieuse (Photo N°35 au N°38).

Photos N°35 au N°38 : Soudure de deux éléments d’un pieu battu. 1-3-4 Essai sur pieux battus. L’essai sur les pieux, pour vérifier l’intégrité de pieux, est effectué par l’essai de mesure d’impédance (l’essai par echo ne mesure pas la force de frappe). Un marteau, attaché à un fil de mesure de force, est battu sur la tête d’un pieu. Les ondes vibratoires sont captées par une sonde et les résultats sont stockés dans un lecteur à mémoire (Figure N°5).

Figure N°5: Schéma de principe de l’essai d’impédance. M. Ben Ouézdou, ENIT, Exécution des Fondations

Chap 1, page 10

Figure N°39 et N°40 : Essai et matériel de l’essai d’impédance. 1-3-5 Recépage des pieux battus. Après le battage des pieux et après vérification par essai d’auscultation, on procède au recépage des pieux, c.à.d., enlever le béton de la partie supérieur des pieux en vue de les marier avec la semelle de liaison.

Photo N°41 : Pieux battus avant recépage.

Photos N°42 et N°43 : Recépage des pieux battus.

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Chap 1, page 11

1-3-6 Exécution de la semelle de liaison. Enfin, une semelle de liaison est exécutée pour lier les pieux et faire sortir des armatures en attente pour les piles (Photo N°44).

Photo N°44 : semelle de liaison des pieux et ferraillage en attente pou les piles ;

1-4 Pieux Forés Les pieux forés sont très employés en Tunisie. Les entreprises tunisiennes maîtrisent bien les techniques d’exécution de ce type des pieux. Les étapes d’exécution des pieux forés commencent principalement par l’enfoncement des gaines métalliques, à travers un vibrofonçage, servant comme coffrage perdu ou récupérable, ensuite le forage (par tarrière ou/et par bucket), introduction des cages d’armatures, bétonnage et recépage (Figure N°6).

Figue N° 6 : Etapes d’exécution des pieux forés

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Chap 1, page 12

1-4-1- Enfoncement de la gaine métallique. L’enfoncement des gaines métalliques se fait par vibrofonçage (Photo N° 45 au N°48). Les gaines peuvent être récupérables ou non selon la nature des sols. Généralement, la gaine n’est pas utilisée tout au long du pieu. Le reste du pieu, sans gainage, est tenu par la bentonite.

Photo N°45 : Vibrofonceur.

Photo N°46 eu N°48 : Vibrofonçage des gaines. 1-4-2- Forage Généralement, et si le sol est constitué du sable (notamment pour les couches supérieures), le forage se fait par une tarrière (Photo N°49). Puis, en arrivant aux couches d’argiles, le forage se fait par bucket et qui peut empocher le sol pour le déverser à l’extérieur (Photo N°50). L’excavation est accompagnée par la circulation de la bentonite qui permet de retenir les parois à l’intérieur des pieux (Photos N°51 et N°52).

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Chap 1, page 13

Photo N° 49 et N°50: Excavation du sol à la tarière (employée dans la partie supérieure du sol) ou par bucket.

Photo N°51:Excavation et circulation de la bentonite.

Photo N°52 : Nettoyage du fond du pieu.

1-4-3 Vérification de la nature du Sol. En excavant le sol par forage, on prend des échantillons pour le laboratoire en vue de valider les résultats des essais géotechniques (Photos N°53 et N°54).

Photo N°53 : Echantillon du sol après forage du pieu.

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Chap 1, page 14

Photo N°54 : Sol excavé montrant sa nature selon la profondeur. 1-4-4- Recyclage de la bentonite Lorsque la bentonite est introduite dans le pieu en cours d’excavation en vue soutenir ses parois, certaine quantité ne se colle pas aux parois. Cette bentonite est récupérée, mais comme il est mélangé avec le sol, elle doit être traité (purifié) avant de son utilisation de nouveau. Ce traitement est rentable pour deux raisons : 9 le coût de la bentonite est assez cher, la récupérer présente un gain important économiquement. 9 la bentonite est nocive à l’environnement. Nous devons minimiser son emploi et son rejet dans la nature.

Photo N°55 : Sacs de la bentonite stockée sur chantier.

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Photo N°56 : Circuit de recyclage de la bentonite.

Chap 1, page 15

Photo N°57 et N°58: Station de recyclage de la bentonite et son rejet du sol. Des essais de consistance sont effectués sur la bentonite en vue de son réutilisation de nouveau (Photo N°59 au N°64).

Photos N°59 et N°60 : Essai de la viscosité de la bentonite.

Photos N°61 et N°62 : Pesé de la bentonite en vue de déterminer sa viscosité.

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Chap 1, page 16

Photos N°63 et N°64 : Temps d’écoulement à travers un entonnoir normalisé. 1-4-5- Préparation du ferraillage Le ferraillage est constitué par des aciers longitudinaux et des cers (ou spirales qui ne sont recommandés pour les dispositions anti-sismiques). Au début, des aciers de montage sont employés pour faciliter la préfabrication des cages d’armatures. Ces cages de longueurs maximales de 12 m (longueur maximales d’une barre d’acier) sont préfabriquées sur chantier puis seront introduit dans les pieux. Une longueur de mariage est prévue pour le scellement des aciers.

Photos N°65 et N°66 : Préparation du ferraillage des pieux.

Photos N°67 et N°68 : Préparation du ferraillage et stockage des cages d’armatures.

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Chap 1, page 17

Des tubes d’auscultation soniques sont introduits et scellés dans la cage d’armature (Figure N°7 et Photo N°69). Un des tubes est plus grand que les deux autres en vue d’injection des coulis de ciment en fin d’exécution des pieux. Ces tubes sont introduits dans le 1er cage. Pour les cages d’éléments annexés, les tubes sont soient introduit ultérieurement (au moment de l’introduction des cages d’aciers dans le trou des pieux, soient scellés aussi en même. L’important est d’avoir la concordance entre les tubes des différents éléments.

Figure N°7 et Photo N°69 : tube d’auscultation sonique introduit et scellé à la cage d’armature. Des cales d’enrobage (15 cm de diamètre généralement) sont introduites dans les aciers pour respecter l’enrobage (ronde pour aider aussi l’introduction des cages dans les coffrages et les trous des pieux (Figure N°8 et Photo N°70).

Figure N°8 et Photo N°70 : Cale d’enrobage introduite dans les aciers.

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Chap 1, page 18

1-4-6- Mise en place du ferraillage Les cages d’armatures sont introduites dans le trou de forage (photo N°71 au N°74).

Photo N° 71 et 72: Transport et emplacement des cages d’armatures dans le trou des pieux.

Photos N°73 et N°74 : Blocage de la cage d’armature, lors de l’introduction des aciers, pour introduire les tubes d’auscultation sonique.

Photos N°74 et N°75 : Introduction des tubes d’auscultation sonique dans la cage d’armature. M. Ben Ouézdou, ENIT, Exécution des Fondations

Chap 1, page 19

1-4-7 Bétonnage Les étapes de bétonnage des pieux forés sont présentées dans la figure N°9.

Figure n°9 : Etape de bétonnage d’un pieu foré. On commence par introduire le tube plongeur au fond des pieux (Photo N°76). Le coulage se fait de bas en haut (photo N°77) : le béton pousse la partie supérieure, mais on effectue un retrait de certains nombres de tube au fur et à mesure (photo N°83 et N°84). Avant le bétonnage, on vérifie la fluidité du béton à travers le slump test (Photos N°78 au N°80).

Photo N°76 et N°77 : Introduction des tubes plongeurs au fond de pieu, puis bétonnage. M. Ben Ouézdou, ENIT, Exécution des Fondations

Chap 1, page 20

Photos N°78 au N°80 : Slump test.

Photos N°81 et N°82 : Coulage du béton (en continue). Lors de coulage du béton, on vérifie le volume théorique et le volume de béton coulé pour voir s’il n’existe pas des encoches (la vérification se fait à travers un fil à plomb gradué, Photo N°85).

Photo N°83 et N°84 : Retrait de certain tubes plongeurs du pieu. M. Ben Ouézdou, ENIT, Exécution des Fondations

Chap 1, page 21

Enfin, le coulage de béton s’arrête au dégorgement, qui montre un béton mélangé avec la bentonite. Le retrait des derniers tubes plongeurs libère l’espace et le volume du béton dans le pieu est diminué.

Photo n°85 : Fin de bétonnage : le dégorgement. La photo montre aussi le fil gradué. 1-4-8 Recépage A la tête des pieux, le béton est généralement mélangé avec des impuretés et notamment la bentonite (photo N°86). De plus, pour effectuer une semelle de liaison et avoir un ferraillage attente, on enlève le béton à la tête des pieux : c’est l’opération de recépage : Généralement, on utilise un marteau piqueur (photo N°87 et N°88).

Photo N°86 : Pieux avant recépage.

Photos N°87 et N°88 : Opération de recépage des pieux forés. M. Ben Ouézdou, ENIT, Exécution des Fondations

Chap 1, page 22

1-4-9 Auscultation

Figure N° 10: Principe d’auscultation sonique (les zones hachurées sont les zones auscultées). Pour vérifier l’intégré et la compacité des pieux, on effectue l’essai d’auscultation de pieux. On introduit deux sondes en parallèle (sur une poulie pou avoir la même profondeur). Une est émetteur des ondes et la deuxième est réceptrice. S’il y a des défauts, la vitesse de la propagation du son augmente indiquant des anomalies.

Photos N°89 et N°90 : Auscultation sonique des pieux forés.

1-4-10- Semelle de liaison Enfin, une semelle de liaison avec une armature en attente pour les piles, est exécutée.

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Chap 1, page 23

Photos N°91 et N°92 : Exécution de la semelle de liaison.

Photos N°93 et N°94: semelle de liaison des pieux

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Chap 1, page 24

Chapitre 2

TABLIER DES PONTS A POUTRES

2-1 Exécution des ponts à poutres en BA 2-2 Exécution des ponts à poutres en BP.

25 42

Dans cette partie, nous allons nous limiter à l’étude d’exécution des tabliers des ponts couramment employés en Tunisie. Ces ponts sont : les ponts à poutres en BA (TI-BA) et les ponts à poutres en BP (VI-PP), les ponts dalles en BA (PSI-DA) et les portiques en BA (PI-PO).

2-1- Exécution des ponts à poutres en BA Les ponts à poutres en béton armé sont les plus couramment employés dans les zones rurales (comme ouvrage hydraulique sur les oueds) en Tunisie. Ils sont de porté unitaire d’environ 20 m par travée. L’avantage principal est qu’on peut préfabriquer les poutres. Ainsi, le tablier est exécuté sans voir recours à un échafaudage : un avantage important si le pont est sur un oued présentant un risque d’écoulement des eaux à tout moment. De plus, on peut commencer à préfabriquer les poutres dès les travaux de fondations et des appuis. Dès que les appuis sont près et les poutres déjà préfabriquées en avance, on peut mettre les poutres en place, ce qui permet de gagner un temps considérable. Voici ci-après les étapes d’exécution des tabliers des ponts à poutres préfabriqués en béton armé. 2-1-1- Préfabrication des poutres. La préfabrication des poutres se fait sur site. 9 1) Préparation de la zone de préfabrication et de stockage des poutres. 9 2) Préparation des socles d’assises en béton pour les poutres (Photo 1), en prévoyant une contre-flèche pour l’obtenir dans la poutre.

Photo 1 : Assise pour une poutre M. Ben Ouézdou, Tablier des ponts à poutres

Photo 2 : Ferraillage posé sur le socle. Chap 2, page 25

9 3) Installer un coffrage inférieur d’une poutre (bois). 9 4) Installation du ferraillage de la poutre (photo 2), avec les cales d’enrobage en bétons accrochés aux aciers et le coffrage de3 cm (photos 3a et 3b).

Photo 3a et 3b : Cales d’enrobage en béton à mettre entre les aciers et le coffrage. 9 5) Particularité du ferraillage : façonner les aciers tel que crochets et éléments d’acier transversaux (cadres), procéder aux arrêts des barres (photo 4), intercaler les lits par des aciers de séparation. 9 6) Mettre des éléments en polystyrène pour créer des encoches (à enlever plus tard), au niveau inférieur des poutres et au passage des futurs aciers d...