Tabliers cantilever : diagnostic et réparations
Ir Patrice Toussaint, directeur f.f. Service Public de Wallonie Direction de l’Expertise des Ouvrages
1. Introduction
2. Ouvrages cantilever – Principes
– Points faibles
3. Quelques cas traités
4. Conclusions
Introduction :
Quelques mots sur la gestion des ponts
en Wallonie
La gestion des ponts
• Compétence Régionale
• Région Wallonne => Service Public de Wallonie (SPW)
– 5000 ouvrages (> 2 m pour les ponts)
– Gestion par Directions Territoriales (+/- province - 450 ouvrages max.)
– Inspections périodiques tous les 3 ou 6 ans
• En interne sauf exception
• Attribution d’un groupe de santé (A= dangereux F=sain)
• En fonction, demande d’une expertise complémentaire
SPW - Direction de l’Expertise des ouvrages
SPW - Direction de l’Expertise des ouvrages
Les tabliers « cantilever »
Principes
Les tabliers « cantilever »
Points faibles
Infiltrations d’eau (avec chlorures)
Dalle souple
Infiltrations d’eau
Infiltrations d’eau
Infiltrations d’eau
Infiltrations d’eau
Réduction brusque de hauteur
• Ferraillage important
• Avec câbles de post-
contrainte
• Enrobages mal
respectés
• Peu de place pour le
béton
Efforts de traction
• Variation de géométrie
• Efforts T et M importants
=> Fissuration à l’angle du
bec
Présence des appuis
Zone exigüe
• Inspection difficile
• Réparations complexes
Au final, zone très sensible et potentiellement
dangereuse
Au final, zone très sensible et potentiellement
dangereuse
Quelques cas traités
• Viaduc de la Concorde à Laval (Québec)
• Viaduc de Cheratte (Liège)
• Ponts sur le ring de Charleroi : 2 cas
Viaduc de la Concorde : 1971
CERES 8 Décembre 2008
Coupe longitudinale
• Pont cantilever
• Travées portantes : dalle épaisse en béton armé
Rupture du bec cantilever coté Sud-Est
Rupture du bec cantilever coté Sud-Est
Cause 1 : Conception
• Grande concentration d’armatures dans un même
plan => favorise une fissuration horizontale.
• Ancrage inadéquat des barres longitudinales
Cause 1 : Conception
Ancrage insuffisant (Ø 25.4 mm)
Ancrage insuffisant (Ø 43 mm)
Cause 2 : Réalisation
• Mauvaise implantation des armatures
Cause 2 : Réalisation
Résistance des barres diagonales
Cause 3 : Qualité béton
• Béton de qualité insuffisante pour résister aux
cycles de gel-dégel et à l’action des chlorures
Cause contributives 1 : Cisaillement
• Pas assez d’armatures de cisaillement (↑ trafic)
• Pas de chape d’étanchéité
• Dégradation du béton lors du remplacement du joint
CERES 8 Décembre 2008
Evolution de la fissuration
Coupes transversales dans le béton
CERES 8 Décembre 2008
Essais en laboratoire
Bec tel que construit
Bec tel que conçu
‘Remplacement du joint’
P = 1075 kN
Viaduc sur ring de Charleroi
Viaduc sur ring de Charleroi
Défauts
• Infiltrations d’eau
• Eclats de béton
• Armatures corrodées
jusqu’à rupture
Défauts
• Fissuration
Relevé visuel systématique
Relevé des fissures
Teneurs en chlorures
Stabilité
• Calculs – Sous charge de dimensionnement de l’époque (32t + foule 400kg/m²
- coefficient dynamique de 1.2 OU 60t dans la bande de droite et 32t
ailleurs SANS la foule),
– A l’ELU c-à-d sous la combinaison 1.35 charges permanentes + 1.5
charges variables,
Résultats : léger sous-dimensionnement (+-15%) des zones
extérieures des chevêtres (sous les appuis extérieurs) et légère
réserve de l’ordre de 15% partout ailleurs;
Décision
– vu la difficulté de réparer correctement les becs et l’incertitude sur la qualité
du résultat de cette opération,
– vu l’augmentation des charges de trafic actuel par rapport aux charges de
dimensionnement de l’ouvrage,
– vu les résultats de la vérification et,
– vu le caractère généralisé des dégradations observées sur quasiment tous
les chevêtres,
→ Soulager les becs en dimensionnant une nouvelle structure porteuse
prenant appui sur les piles des chevêtres et supportant les tabliers du
pont
Renforcement
– Type « quadripode »,
– Solution métallique pour plus de facilité de
montage et de construction,
– Dimensionnement :
• selon les eurocodes (NBN EN 1991-2 modèle 1
adapté à la « classe belge » selon l’ANB de la
NBN EN 1991-2, c-à-d coefficient α =0.8),
• pour reprendre 100 % des charges provenant
du tablier de pont (soulagement complet du bec
cantilever des chevêtres),
Exécution
• Surconsommation importante d’acier :
– erreur et simplification dans le prédimensionnement
– MAIS SURTOUT, VERIFICATION à la FATIGUE : nombreuses jonctions entre des éléments présentant des orientations différentes
• Modification du système d’ancrage en base => création de 4 socles en béton ancrés dans la colonne plutôt que platine courbe avec scellements chimiques,
• Montage de la structure => (utilisation d’attaches temporaires en face inférieure des chevêtres)
• Vérinage de la structure (via vérins plats au niveau des appuis qui restent définitivement en place) pour qu’elle décharge effectivement les becs.
Exécution
• Après vérinage, les quadripodes reprendront 80% des
charges permanentes + une partie des surcharge
Démolition aux abords des joints et dalles souples
Rupture d’armatures dans la courbure
3/10/2017
R9 Charleroi
Rupture d’armatures dans la courbure
Rupture de barres courbes
• Rayon de courbure trop faible
• Corrosion avec chlorures
• Acier écroui (TOR) donc moins ductile
=> Rupture sous l’impact du burineur
R = 46mm
Décapage du béton
Réparations localisées
Réparation à proximité des appuis
Mise en place des ½ structures métalliques
Mise en place des ½ structures métalliques
Bétonnage des appuis et vérinage sous les poutres
Viaduc de Cheratte (Liège)
→ 3 ouvrages d’art → 650 mètres de long sur 30 mètres de large
Situation projetée
Renforcement et élargissement
Etanchéité et joints à remplacer
Renforcement au droit du bec cantilever
• La structure est rendue hyperstatique (continue)
– Pour une plus grande résistance
– Pour une plus grande durabilité
=> découpe du bec existant
Avant - après
Variante Suisse
Le pont de l’abeille à Charleroi
Infiltrations via joint de dilatation
Investigations
Résultats:
Conclusions:
• Délamination importante du béton et très forte pollution par les chlorures
(jusqu’au cœur des becs à 40 cm de prof.)
• Pas de plans de ferraillage des becs impossible d’estimer la
sécurité résiduelle
• Des barres pourraient être ré ancrées à titre préventif pour assurer la
reprise des efforts tranchants et des moments de flexion :
– 1: horizontalement en partie supérieure des
becs inférieurs (M)
– 2: en oblique (T)
MAIS: • Pas de plans de ferraillage donc complexité de concevoir le renforcement
• Sensibilité au gel-dégel
• Fissuration à 45° depuis l’arrête intérieure du bec
DONC:
• Démolition du béton dégradé des deux becs et reconstruction totale de ces derniers.
Méthode:
• Soulèvement de la travée centrale
• Démolition et reconstitution complète des becs
• Replacement de la travée centrale sur l’ouvrage
Découpe du bec
Le pont de l’abeille après réouverture au trafic
Conclusions
• Les becs sont des éléments faibles et potentiellement dangereux
– Difficiles à inspecter
– Difficiles à réparer
• Un suivi de l’existant est nécessaire
• Dans le doute, des réparations/renforcements sont à prévoir
• Le moins possible de nouveaux becs dans le futur