Introduction

Un appareil d’appui est placé entre une structure (le tablier) et ses supports (le chevêtre, les colonnes, les piles ou les culées). Les fonctions de l’appareil d’appui sont de transmettre les charges verticales et d’absorber par rotation les déformations et par distorsion les translations de la structure.

Pour les ponts en béton avec une charge modérée, les appareils d’appui en élastomère frettée sont les plus adapté.

Schéma d’un appareil d’appui type CIPEC

Composition

Les appareils d’appui en élastomère frettée sont composé de feuillets d’élastomère, appelés néoprène et de frettes en acier.

L’élastomère et les frette sont liés par adhérisation au moment de la vulcanisation.

Les données géométriques

ts : épaisseur des frettes

t : épaisseur de l’élastomère

L’épaisseur nominal total T de l’élastomère est calculée par :

T=n.t

Avec n : nombre de frettes.

a : dimension en plan du côté parallèle à l’axe longitudinale de l’ouvrage ;

b : dimension en plan du côté perpendiculaire à l’axe longitudinal de l’ouvrage.

Données mécaniques de l’appareil d’appui

Module d’élasticité différé Gd=80 t/m2

Le module d’élasticité instantané Gi=160 t/m2

Coefficient de frottement f

L’effort horizontal susceptible de solliciter l’appui et la structure varie en fonction de nombreux paramètres tels que la nature des efforts d’application lentes ou rapides) et la nature des plans de glissement. De ce fait le coefficient de frottement ne peut être déterminé d’une manière rigoureuse

C’est pour cela qu’on opte pour des valeurs moyennes eux même fonction de la destination de l’appareil d’appui. Il existe des abaques permettant de déterminer le coefficient de frottement en fonction de la contrainte moyenne de compression et de la température.

Contrainte moyenne de compression

L’aire de l’appareil d’appui doit être telle que la contrainte de compression moyenne  reste inférieur aux valeurs maximale de la contrainte de compression est égale à :

Mise en œuvre des appareils d’appui

Pour assurer le bon fonctionnement de l’appareil d’appui, il faut respecter certaines prescriptions lors de l’implantation des appareils d’appui :

• Sur une même ligne d’appuis, les appareils doivent être de même nature de peur qu’ils induisent des tassements différents.
• Dans le but d’assurer une répartition correcte des contraintes il faut ménager une revanche de 10 à 15 cm minimum.
• Il est complètement déconseillé de placer au droit d’un même point d’appuis des appareils d’appui de différentes dimensions en raison de leur différence de rigidité.
• Il faut toujours placer les appareils d’appui au-dessus des plus hautes eaux connues.
• On évitera de mettre les appuis en contact avec les graisses et huiles. On doit concevoir, des sommiers et des chevêtres de telle sorte que les ruissèlements et les produits agressifs en provenance de la chaussée ne puissent atteindre les appareils d’appui. Cette précaution est impérative au droit des joints de chaussées.

Remarque : pour les ponts biais à poutre multiples, il est préférable de disposer sur une même ligne des appareils d’appui identiques dont le dimensionnement sera celui de celle la plus sollicitée.

Surveillance et remplacement des appareils d’appui

Surveillance des appareils d’appui

La surveillance des appareils d’appuis est un point très important. Les appuis doivent être conçus en respectant des dispositions constructives permettant un accès aisé aux appareils.

• L’élastomère ne doit pas se dégrader. On ne doit pas constater des déchirures du matériau.
• Les frettes ne doivent pas présenter des dégradations par oxydation. Ceci diminue la résistance des frettes à la traction et par conséquent la résistance de l’ensemble de l’appui est mise en cause.

Remplacement des appareils d’appui

Les appareils doivent être placés pour assurer leur remplacement ultérieur par soulèvement du tablier par des dispositifs provisoires (vérins). Cette solution est la plus utilisée vue son prix modéré et sa facilité d’exécution.

Dimensionnement des appareils d’appui

Principe

La méthodologie de dimensionnement des appareils d’appui est fondée sur la base de limitation des contraintes de cisaillement sollicitant l’élastomère au niveau des plans de frettage et qui sont les résultats des efforts appliqués et des déformations imposées à l’appareil.

1-Compression

L’effort normal sollicitant l’appareil d’appui induit des contraintes de cisaillement au niveau du plan de frettage. Cette contrainte est donnée par :

ou

et

2-Distorsion

Deux cas se présentent

Déformation lente

La déformation lente U1 de l’appareil est lente permet de déduire la contrainte de cisaillement par :

Avec

U1 : Déformation lente de l’appareil sous l’effet de la dilatation thermique, retrait et fluage.

Effort dynamique  H2

Sous l’effet d’un effort dynamique  H2 (freinage, vent…) la contrainte de cisaillement qui en résulte est donnée par :

Les spécifications concernant les appareils d’appui introduisent une contrainte conventionnelle de calcul donnée par :

3-Rotation

La contrainte maximale est donnée par :

Avec :

αt: angle de rotation d’un feuillet d’élastomère.

Limitation des contraintes

Contrainte de cisaillement

Les contraintes de cisaillement calculées au paragraphe précédent doivent être tel que :

Contrainte moyenne

L’aire de l’élastomère doit être conçu tel que :

Condition de non-cheminement et non-glissement

Les conditions du non-cheminement et du non-glissement sont assurée par les inégalités suivantes :

Avec

Si le contact se fait sur les frettes.

Si le contact se fait sur l’élastomère.

Condition de non-flambement

Se traduit par la double inégalité :

Condition de non-soulèvement

On doit avoir pour chaque cas de sollicitation :

Remarque :

En général les calculs des appareils d’appuis ne sont pas établis en suivant le plan de dimensionnement cité au paragraphe précédent. En effet ce dernier servira pour un calcul de vérification et la procédure réellement suivie pour le redimensionnement des appareils d’appui sera développée au paragraphe qui suit.

 Prédimensionnement des appareils d’appui

Le schéma réellement suivi pour le calcul des appareils d’appuis est le suivant :

• Dimension en plan de l’appareil : on calcul la surface minimale en admettant un taux de travail de l’élastomère fretté de 1500 t/m2. Le calcul de l’aire minimum des appareils d’appuis nécessite la connaissance de la réaction maximale d’appui dont la détermination sera effectuée en pondérant les charges routières civiles non exceptionnelles et en appliquant aux différentes charges, y compris la charge permanentent, un coefficient de majoration pour tenir compte de l’inégalité de réactions d’appuis entre les différents appareils d’une même ligne.
• Une fois les dimensions en plan déterminées, l’épaisseur totale de l’appareil d’appui est déterminée par la condition de non-flambement
• Les deux premières étapes nous ont permis la détermination de a, b et T et par conséquent le calcul des rigidités puis la répartition des différents efforts.

Par la suite, on procède à la vérification des appareils d’appui, sous différentes combinaisons.

Remarque importante

Les efforts horizontaux peuvent être différents d’un appui à l’autre et il peut arriver qu’à ce stade de calcul le projeteur soit tenu de modifier la répartition des efforts. Il en aura la possibilité en corrigeant par exemple la rigidité des appuis et donc leurs dimensions. Une telle opération ne peut se conduire que par approximations successives.