Parties secondaires des ponts: types et considérations de conception

Après avoir lu cet article, vous en apprendrez davantage sur les types et les considérations de conception des piliers dans les ponts.

Types de culées pour ponts:

La maçonnerie en brique ou en pierre, le béton de masse ou le béton armé peuvent être utilisés dans la construction de culées. Les types de culées généralement adoptés dans les ponts routiers sont illustrés à la Fig. 19.2. Dans les fondations de radier découvertes, les culées de maçonnerie ou de béton de masse sont couramment utilisées car elles fournissent le poids mort pour la stabilité de cette structure.

Les culées de piliers à chevalets sont des culées de type ouvert dans lesquelles le remblai n'est pas retenu par les culées mais est autorisé à déborder à travers les espaces du tréteau et un remblai en pente en avant de la culée est formé.

Le remblai en pente est protégé par des briques ou des rochers en pente contre les dommages causés par les courants d’eau. Ce type de culées présente l’avantage de ne nécessiter aucune construction spéciale, si ce n’est le soulèvement des pieux et la fourniture d’un capuchon de pieu pour soutenir la superstructure. Un mur de terre doit être fourni pour éviter que la saleté ou la terre des approches ne se répande sur les roulements.

Les piliers de type Counterfort sont des piliers de type fermés comportant des colonnes ou des contreforts reliés par une dalle frontale. L'espacement des contreforts est généralement de 2, 5 à 3 mètres.

La stabilité des piliers est assurée par le poids propre et le poids des matériaux de remblayage situés entre les talons et au-dessus du radier de fondation. Un radier ouvert, un pieu ou une fondation de puits convient à ce type de culées.

Les piliers de type ouvert avec colonnes RC (Fig. 19.2d) sont préférables lorsque la hauteur de formation est très élevée. Afin de soulager les culées de la pression excessive de la terre, il est permis à la terre de se répandre vers l'avant, comme dans les culées de piliers à chevalets.

L'espacement des colonnes est également plus ou moins similaire à celui des contre-espacements, c'est-à-dire 2, 5 à 3, 0 mètres. Un mur écran de 1, 5 à 2, 5 mètres de profondeur est nécessaire pour relier les colonnes et être suspendu à la poutre de recouvrement.

La fonction de ce mur écran est d'empêcher le mouvement de la terre de la zone supérieure juste derrière la culée en raison de surcharge, de vibrations, etc. Les fondations requises pour ce type de culées sont des fondations sur pieu ou sur puits. La fondation radeau peut être possible si elle repose sur le roc.

L'avantage des piliers de type ouvert est qu'aucune paroi d'aile ou de retour n'est nécessaire, mais l'inconvénient est que certains cours d'eau sont restreints par le remblai en pente situé en avant des piliers. Par contre, les culées de type fermé nécessitent des murs en aile ou des murs anti-retour pour la protection de la terre, mais ces culées assurent plus de débouché que les culées de type ouvert.

Considérations relatives à la conception des culées de pont:

Les piliers sont soumis aux charges et aux efforts suivants:

i) Poids propre des piliers, y compris le poids des matériaux de remblayage par rapport aux piliers.

ii) Charge morte et dynamique de la superstructure - charge dynamique minimale pour vérifier la tension et charge maximale pour la compression maximale.

iii) Température et effet de traction ou de freinage.

iv) Force horizontale due au vent sur la superstructure.

v) Force centrifuge si le pont est en courbe.

vi) Pression terrestre active à l'arrière, effet de surcharge compris. Tous les piliers doivent être conçus pour une surcharge de charge vive équivalant à 1, 2 mètre de hauteur de terre.

vii) Force sismique.

La dalle de recouvrement pour pilier de type ouvert ou à contrefort doit être conçue pour des charges verticales et horizontales. Habituellement, les chapeaux de pilier sont soumis à des contraintes de torsion et un renforcement de torsion adéquat doit être fourni.

La pression de la terre sur les colonnes pour les piliers de type ouvert doit prendre en compte l’action de la voûte exercée par la masse du sol. Pour éviter cet effet, on suppose normalement une augmentation de la pression du sol de 100% sur de telles colonnes de culée.

Il est très important de vérifier la stabilité de l'ensemble des piliers en ce qui concerne le glissement et le renversement lorsque ces piliers sont fondés sur des radeaux ouverts. La résistance des butées au glissement due à la force horizontale est résistée par µV, où p. est le coefficient de frottement entre le sol et la base de la fondation et V est la charge verticale totale sur la fondation.

Un facteur de sécurité adéquat contre les défaillances devrait être autorisé. Soit H la force de glissement horizontale totale et V la charge verticale totale. Pour la stabilité,

La valeur de µ est prise égale à tan θ = tan. 20 °. De même, il doit exister une marge de sécurité suffisante contre le renversement de l'ensemble des piliers autour de l'orteil. Cela peut être donné par,

Dans les culées hautes de type fermé, la pression totale de la terre sur les parois est relativement élevée et par conséquent, seul le frottement de base µV peut ne pas être capable de résister au glissement des culées. Dans de tels cas, la clé de cisaillement illustrée à la Fig. 19.3 est utilisée pour augmenter la résistance au glissement. La pression de terre passive devant la clé de cisaillement est utilisée à cette fin.

Certaines autorités recommandent de calculer la résistance passive en prenant le module de la réaction horizontale du sous-sol à 0, 7 fois le vertical. La résistance passive offerte par la terre devant les murs peut également être mise à profit si le sol est vierge et si la terre est bien compactée et si aucune possibilité de nettoyage de la terre en face n’est appréhendée.

La théorie de la pression terrestre et la conception des murs de type gravité ou de type contrefort peuvent être trouvés dans n'importe quel livre sur la théorie des structures et ne sont donc pas discutés ici. Les piliers de type ouvert peuvent être conçus de la manière indiquée ci-dessous.

Les parois de l'écran sont continues sur les colonnes et fixées au sommet avec le capuchon. Si l'attache est fournie en bas, le mur peut être supposé simplement supporté, mais parfois le fond est maintenu libre sans aucun support. Dans ce cas, le fond est supposé être en porte-à-faux libre.

La pression de la terre sur le mur écran est répartie sur celui-ci dans les deux sens en tenant compte des conditions de support. Les colonnes sont conçues avec des charges verticales et des moments dus à la pression de la terre et à d'autres forces similaires à celles des éléments soumis à une poussée et à une flexion directes. Le radier de fondation est une dalle continue sur les supports de colonne avec une pression du sol inférieure et peut être conçu en tant que tel.

Effet sismique du remblai sur les culées:

Pendant les perturbations sismiques, le matériau de remblayage situé derrière les culées vibre également et exerce donc une pression de la terre accrue qui peut être calculée comme indiqué ci-dessous. En raison de l'action du séisme ayant un coefficient sismique, on suppose à la fois un déplacement imaginaire de tan- ¹ _ng (voir Fig. 19.4) et le poids unitaire du remblai est multiplié avec un facteur de

La pression terrestre calculée par la théorie habituelle avec les modifications ci-dessus donne l'effet accru dû à la perturbation sismique des matériaux de remblayage. Outre l'augmentation de la pression exercée par la terre, il convient de prendre en compte l'effet sismique sur le pilier lui-même.

Exemple illustratif 1:

Calculez selon la théorie de Coulomb la composante horizontale de la pression terrestre normale et celle avec l'effet de tremblement de terre sur le remblai. Trouvez le pourcentage d'augmentation de la pression terrestre normale lorsque l'on considère l'effet sismique sur le remblai:

Par conséquent, il convient de noter qu’en raison de l’effet sismique, la pression terrestre horizontale augmente de près de 10% et 20% lorsque les coefficients sismiques sont respectivement de 0, 05 et 0, 10.

Supplément de charge vive:

Les culées doivent être conçues pour une surcharge de charge vive équivalente à 1, 2 mètre de hauteur de terre.

Trous de larmes:

Dans les culées de type fermé, un nombre adéquat de trous de drainage (Fig. 19.2) doit être prévu pour drainer l’eau accumulée à l’arrière des culées, sans quoi une pression horizontale supplémentaire sera exercée par l’eau accumulée sur les culées. Les égouttoirs doivent être creusés à l’extérieur pour faciliter le drainage.

Le dos des trous d'évacuation des eaux d'égout doit être correctement emballé et protégé avec des matériaux filtrants de tailles variées, les dimensions les plus grandes étant en contact avec le mur, de sorte que ni les matériaux de remblayage ni les matériaux de filtration ne puissent sortir par les orifices d'égouttage. La taille des trous d'évacuation des eaux d'égout peut avoir une profondeur de 150 mm et une largeur de 75 mm. L'espacement ne doit pas dépasser un mètre dans les directions horizontale et verticale.

Matériaux de remblayage:

Le remblai doit être constitué de matériaux granulaires autant que possible. Les sols sableux ou les limons sableux peuvent également être utilisés si des matériaux granulaires ne sont pas disponibles. La teneur en humidité optimale de ces matériaux granulaires doit être comprise entre 7 et 10. Le matériau filtrant situé derrière les trous de drainage.

s’il est utilisé sur l’ensemble de la partie arrière des culées, contribuera à un drainage plus rapide de l’eau accumulée et, en tant que tel, cette dernière disposition est meilleure que la première. utilisation de matériaux filtrants localisés juste derrière les trous de drainage.