Module : OUVRAGES D’ART : Les appuis des pont

I. Généralités

I-1- Appuis des Ponts

Les appuis ont pour rôle de transmettre les efforts dus au tablier jusqu’au sol de fondation. L’étude des appuis ne peut donc être dissociée du tablier qu’ils supportent, ni de celle du sol de fondation sous-jacent sur lequel ils reposent.

La structure des appuis est composée de :

• Une superstructure : sur laquelle repose le tablier par l’intermédiaire d’appareils d’appui ;
• Une fondation reposant directement sur le sol d’assisse.

On appelle ‘’piles’’ les appuis intermédiaires des ponts à travées multiples.

On appelle ‘’culées’’ les appuis de rives des ponts. Il constitue un ensemble comprenant les organes de raccordement de l’ouvrage au terrain.

Le type de piles et de culées dépend des facteurs suivants :

• Type de fondations, donc de la nature du terrain ;
• Forme et largeur du tablier ;
• Conditions imposées à l’ouvrage, en particulier du site et des abords.

I-2- Fondations des pontsLe type de fondations dépend de trois facteurs :

• La contrainte de compression admissible sur le sol :
• Les risques d’affouillements dans le cas d’ouvrage en site aquatique ;
• Les phénomènes de tassements qui doivent être compatibles avec l’intégrité des superstructures.
• Les fondations adoptées peuvent être superficielles ou profondes en fonction de la proximité ou de l’éloignement du « bon sol » par rapport au niveau du terrain naturel.

II. Rappels sur les fondations :

II.1- les fondations superficielles :

Définition : une fondation est considérée superficielle si le rapport entre la profondeur d’encastrement D à la base B est inférieur à 4. (D/B < 4)
Une fondation est considérée comme profonde dans le cas contraire.

II.1.1- les fondations superficielles en absence de nappe :

Ce cas de figure est le plus simple que l’on puisse rencontrer. La fondation est alors constituée d’une semelle en béton armé, de forme rectangulaire, carrée ou circulaire. Cette semelle est exécutée au fond d’une fouille sur une couche de béton de propreté de 10 à 15 cm d’épaisseur.

Quel que soit le type de pile (ou d’appui) ou le nombre des éléments porteurs verticaux, la fondation comporte une semelle unique (figure 1), éventuellement raidie (figure 2) pour « absorber » les hétérogénéités locales du sol (points durs ou poches de moindre résistance).

La longueur des semelles est fixée par la dimension des appuis à leur base. Leur largeur est fixée par la qualité du sol de fondation au niveau considéré, par la descente de charges et son centrage, ainsi que par le poids des terres sus-jacentes.

Leur épaisseur doit être suffisante pour lui conférer une bonne rigidité, généralement constante, et dans tous les cas supérieure à 60 cm.

figure 1 : semelle simple figure 2 : semelle raidie

II.1.2- les fondations superficielles dans la nappe :

Lorsque le sol est le siège d’une nappe d’eau, il est naturellement préférable, si les conditions le
permettent, de placer la fondation au-dessus du niveau de la nappe. Si ce n’est pas possible, la semelle est
exécutée à sec sur massif en béton non armé coulé avec un blindage sommaire.
Dans le cas de fondation relativement profonde et lorsque l’emprise de l’intervention est limitée, la semelle
est exécutée à l’abri d’un blindage souvent réalisé en palplanches métalliques, et qui peut être en bois dans
le cas des chantiers d’importance limitée.

II.1.3- Dispositions constructives

L’épaisseur de la semelle doit satisfaire à la condition de rigidité, qui s’exprime par :
avec :

• B : la largeur de la semelle
• h : son épaisseur
• b : la largeur de l’appui.

II.2- Les fondations sur puits

Les puits, appelés couramment ‘’puits marocains’’, sont souvent prévus dans le cas de zones rocheuses surmontées par un manteau d’éboulis dont la stabilité est difficile à apprécier. Ils consistent à exécuter « à la main » des forages dans les éboulis par tranches d’un mètre de hauteur environ et on bétonne un anneau de stabilisation immédiatement après l’excavation. On réalise ainsi une fouille circulaire blindée par tranche de faible épaisseur jusqu’à ce que l’on trouve un sol d’appui satisfaisant.

Les puits marocains peuvent être de hauteurs très variables. Ils constituent un mode de fondation intermédiaire entre la fondation superficielle et la fondation profonde.

Principe de mise en œuvre :

• Excavation manuelle ;
• Blindage au fur et à mesure de la progression de l’excavation ;
• Remplissage de l’excavation par du béton armé ou non armé.

II-3. Les fondations sur caisson

C’est un cas particulier de fondations massives que l’on utilise lorsque le bon sol se trouve à grande profondeur ou quand il y a risque d’affouillements.

Principe des fondations sur caissons :

Ce principe consiste à faire descendre par gravité une boite sans fond (le caisson) en enlevant le sol qui se trouve à l’intérieur.

Suivant la méthode employée pour extraire les déblais, on distingue :

• Les caissons foncés par havage ;
• les caissons foncés à l’air comprimé.

II-3.1- Caissons foncés par havage

Le procédé par havage peut être employé dans tous les cas. Pour les profondeurs inférieures à 35 m, il entre en concurrence avec le fonçage à l’air comprimé qui s’avère plus économique. Au-delà de cette profondeur, le havage est le seul procédé envisageable.

Les fouilles à l’intérieur du caisson (Figure 3) peuvent être effectuées par dragage sous l’eau (Figure 4) (par benne preneuse, hammer-grab, …) ou à sec (Figure 5) lorsqu’il possible d’épuiser l’eau de la nappe par pompage.

Lors du procédé de havage, le caisson est soumis au frottement latéral des fouilles qui est normalement éliminé en surchargeant le caisson, en faisant des injections d’eau ou de bentonite, sinon, on est conduit à prévoir le fonçage à l’air comprimé.

Les conditions idéales d’emploi du havage se présentent lorsque la couche de fondation est à la fois résistante et meuble, sans points durs (sable ou gravier compact).

Après fonçage du caisson, on coule à sa partie inférieure un bouchon en béton dosé à environ 400 kg de ciment, si l’épuisement est impossible ; ensuite, on épuise et l’on continue le remplissage des alvéoles avec du gros béton dosé à environ 200 kg de ciment. Au sommet de la fondation on termine par la mise en place d’une semelle en béton armé dosé à environ 300 kg de ciment qui sert de liaison entre le caisson et les superstructures.

II-3.2- Caissons foncés à l’air comprimé

Le poids du caisson dans ce cas est beaucoup plus important que celui d’un caisson havé, les maçonneries au-dessus de la chambre de travail étant pleines. De plus, les lâcheurs de pression, en supprimant une partie de la poussée d’Archimède, permettent de lutter efficacement contre le frottement latéral.

En revanche, la profondeur de fondation est limitée à 35 m environ, profondeur limite d’emploi pratique de l’air comprimé.

Ce système est également beaucoup plus cher que celui par havage (augmentation des frais de main d’œuvre, durée du travail réduite…).

Il est déconseillé dans le cas de terrains mous (vase, argile molle, limons) dans lesquels le caisson risque de s’enfoncer brusquement, ainsi que dans le cas de la traversée de vases organiques qui dégagent des gaz rendant l’air comprimé inefficace.

Ce procédé est en phase d’abandon et tend à disparaitre à cause de son impact négatif sur la santé du personnel d’excavation. Il a généré de nombreux cas de ‘’maladie des caissons’’ causée de l’effet de la chute de pression du corps humain après sortie des caissons.

II-4. Les fondations sur pieux

Les pieux sont employés soit pour reporter les charges sur une couche résistante profonde, en passant à travers un mauvais terrain, soit pour répartir les charges dans un terrain médiocre et de grande épaisseur.

Dans ces deux cas, il est nécessaire de solidariser les pieux en tête par une semelle disposée au–dessous du niveau des plus grands affouillements.

La longueur minimum économique admissible pour les pieux est de l’ordre de 8 à 10 m. les pieux peuvent être Préfabriqués à l’avance et enfoncés dans le sol ;

 ou coulés en place en excavation de sol.

II-4.1- Pieux préparés à l’avance et enfoncés dans le sol

Les pieux utilisés dans ce cas sont soit en bois, soit en métal, soit en béton armé. Ils sont enfoncés dans le sol par battage, au moyen de vérins ou par vissage.

Dans la suite, on se limitera aux pieux en béton armé qui sont les plus couramment utilisés.

La section transversale des pieux en béton armé est le plus souvent carrée, parfois octogonale.

Les pieux carrés de 0,25 m, 0,35m et 0,40 m de côté sont courants, les dimensions supérieures sont exceptionnelles.

Leur élancement atteint couramment 40 à 50 (rapport de la longueur du pieu à sa plus petite dimension). Par exemple, un pieu de 0,40 m de côté peut avoir 20 à 30 m de longueur.

La pointe du pieu dont l’ouverture varie entre 60° et 90°, est généralement pourvue d’un sabot métallique solidement liaisonné au corps du pieu.

Confection :

Les pieux se bétonnent en position horizontale, leur ferraillage est confectionné en dehors du coffrage. Le dosage du béton est de 400 kg de ciment par mètre cube de béton. Le délai de séchage est d’environ 1 mois.

Battage :

Le battage s’effectue à la sonnette. Le poids du mouton ne doit pas descendre en dessous de la moitié du poids du pieu et il est préférable qu’il atteigne le poids de ce dernier.

Après battage, on procède au recépage qui consiste à dégarnir la tête des pieux sur une hauteur de 30 à 50 fois le diamètre des armatures longitudinales, de façon à permettre la liaison du pieu à la semelle.

II-4.2- Pieux coulés en place

Contrairement aux précédentes, ces pieux sont réalisés par excavation du sol à l’aide d’un procédé quelconque, puis par mise en place d’une cage d’armatures préfabriquée et bétonnage de l’excavation ainsi réalisée. Le sol n’est donc pratiquement pas refoulé par ce procédé de mise en œuvre. On distingue essentiellement les pieux forés sans tubage et les pieux forés à l’abri d’un tubage de travail.

II-4.2.1- Pieux forés sans tubage

Dans le cas général, le soutènement des parois du forage est assuré par une boue de bentonite. Le forage à la boue n’est pas envisageable s’il y a risque de pertes brutales de la boue, comme par exemple dans les sols calcaires ou gypseux dans lesquels on peut rencontrer des poches de dissolution dues à l’infiltration d’eau.

Pratiquement tous les types d’outils de forage s’accommodent à la présence de la boue, mais ils doivent être guidés en tête pour assurer la rectitude du forage, généralement par une tige métallique télescopique appelée « kelly » montée sur la machine foreuse.

La machine foreuse est en générale sous forme de grue multifonction sur laquelle peuvent être montés différents outils (de forage, de réglage, de guidage, de pose de ferraillage, …).

L’outil de forage le plus employé est le ‘’bucket’’ qui permet d’exécuter des forages dont le diamètre varie de 0,80 à 2,50 m assez couramment. Pour traverser les couches dures d’épaisseurs limitées, on emploie un trépan, c’est-à-dire une masse d’acier qu’on laisse tomber en fond de forage pour désagréger les couches
dures du terrain.

Le bétonnage des pieux se fait à l’aide d’un tube plongeur, initialement descendu jusqu’au fond du forage, puis remonté au fur et à mesure du bétonnage tout en restant noyé dans le béton de façon à permettre de faire remonter les impuretés en surface pour les enlever.

Contenu du module

Introduction générale sur les ouvrages d’art

Chapitre I : les ponts – Généralités, Définition et Classifications

Chapitre II : Les appuis des ponts

Chapitre III : les équipements des ponts

Chapitre IV : Les ponts et leurs domaines d’emploi

Au sommaire

I. Généralités
I-1. Appuis des ponts.
I-2. Fondations des ponts.
II. Rappels sur les fondations
II-1. Les fondations superficielles.
II-2. Les fondations sur puits.
II-3. Les fondations sur caissons.
II-4. Les fondations sur pieux.
III. Les appuis de ponts – les culées
III-1. Généralités.
III-2. Fonctions de la culée.
III-3. Les têtes de culées.
III-4. Les types de culées.
IV. Les appuis de ponts – les piles
IV-1. Introduction.
IV-2. Morphologie générale et conception des piles des ouvrages courants.
IV-2.1 Morphologie générale des piles
IV-2.2 Conception et types de piles
IV-3. Morphologie et conception des piles des ponts à poutres précontraintes préfabriquées.
IV-4. L’affouillement.