Piles et culées de ponts

Le fonctionnement d’un pont est très lié à ces appuis.

Les appuis des ponts sont leurs piles et leurs culées.

Dans son livre « piles, culées et cintres des ponts » M. ROBINSON a défini la culée :

« Dans son acceptation originelle qu’il a gardée, le mot de culée désigne le massif de maçonnerie qui équilibre une poussé sans le secours d’un contre poussée : la culée d’une voûte, d’un arc, d’un arc boutant. Mis le mot de culée désigne aussi l’ensemble de l’un de ces appuis et des organes destinés à assurer le raccordement, corps avec l’appui. C’est souvent dans ce sens qu’on parle des culées d’un pont voute ».

« Une plie culée est une pile susceptible de résister et de former ainsi culée si l’une des voûtes qu’elle supporte vient à être détruite ».

« Dans les ponts à poutres, un appui extrême est appelé culée même si la réaction de la travée qui s’y appuie est verticale ».

« Les appuis intermédiaires des ponts à travées multiples garde le nom de piles ».

Piles

En général, la forme (géométrie) des piles est très différente, et dépend du système d’ouvrage, de la largeur du tablier de sa propre hauteur, etc. Les piles se composent de 2 à 4 éléments au plus, dont l’agencement est toujours supposé symétrique, longitudinalement par rapport à un plan médiane verticale ; de haut en bas :

• Le chevêtre (il y a des piles sans chevêtre) est un parallélépipède rectangle ayant pour but de relier en tête plusieurs fûts : il est par conséquent continu, ou dans le cas des piles marteaux : il est cantilever.
• Le fut est constitué d’un ou de plusieurs éléments dont les sections horizontal doivent être circulaires, elliptiques, rectangulaire complétées ou non à l’extrémité par deux demi-cercle ou triangle ou trapèze.
• La Nervure est constituée d’un ou plusieurs parallélépipèdes rectangles jouant le rôle de simple soubassement s’il y en a autant que de futs) ou d’élément de répartition et de raidissement (s’il y en a une seule sous plusieurs futs).
• La semelle est constituée d’un (ou plusieurs) parallélépipède rectangle.

Liaisons : les appuis ayant pour but d’assurer la stabilité et le positionnement du tablier, sont liés à leur partie haute à celui-ci et à leur partie basse au sol.

La liaison au tablier peut être :

Rigide articulée : le sommet du chevêtre (ou du fut) exactement les déplacements de la section du tablier au droit de l’appareil d’appui et les efforts horizontaux se transmettent : intégralement du tablier à la pile. C’est le cas d’une articulation Freyssinet (section réduite de béton).

Elastique : le déplacement de chevêtre (ou du fut) par rapport au tablier est possible, mais il y a transmission totale des efforts horizontaux. C’est le cas des appareils d’appui en élastomère fretté.

Libre : le chevêtre (ou le fut) ne reçoit aucun effort horizontal du tablier (aux frottement prés) et ne se déplace pas sous les différents mouvements de celui-ci. C’est le cas des appareils d’appuis à rouleaux.

Liaison du sol

Deux types de fondation sont prévus:

Fondations superficielles : la pile repose directement sur le sol.

Le sol est parfaitement rigide (encastrement parfait) ou bien à un module d’élasticité fini ( la semelle peut tourner sous des charges excentrées.

Fondations profondes :

Sur pieux

Sur les puits

Sur les caissons

Formes et dispositions des piles

La forme d’une pile dépend du :

-type d’ouvrage

-type d’obstacle : route, autoroute, vallées, rivière, voie ferrée, lac, mer…

-Emplacement du pont : zone urbanisée, zone non urbanisée

-La nature de terrain environnant

-la hauteur d’ouvrage

-la largeur d’ouvrage

Pile en rivière

Les futs des piles des ponts en maçonnerie ou presque la forme d’un mur parallèle au courant.

Cette forme est aujourd’hui encore plus répondue pour les futs des piles en rivière. Elles procurent une excellente résistance aux chocs des corps flottants et s’adaptent à toute disposition des appuis des arches ou travées :

Voûte poutres multiples sous chaussées, poutres latérales.

Les becs reçoivent des formes simples, pour diminuer la pression du courant d’eau sur la surface des piles.

Les actions hydrodynamiques exercées par le courant sur la pile ont une résultante contenue dans le plan de symétrie on admet que cette résultante est horizontale.

Les charges appliquées aux piles

Il faut faire l’attention sur le fait que la justification des appuis ne constitue pas une annexe secondaire de la note de calcul, bien des ingénieurs ayant en effet le défaut de consacrer au tablier la majeure partie de leur étude pour traiter ensuite sommairement les problèmes particuliers aux appuis – article de M.G.DARPAS, « piles et culées des ponts routiers ».

Il faut tenir compte que la mauvaise conception de fondation est insuffisante détermination des charges sur les piles peuvent mettre en question la résistance de la pile d’une part et d’autre part la stabilité de tout l’ouvrage.

Chaque appui il faut étudier isolément. Par conséquent le tablier est remplacé par les efforts qu’il exerce au niveau des appareils d’appui. C’est le cas des piles qui ne sont pas liées rigidement avec le tablier. Ces efforts qui exercent au niveau des appuis sont des forces et des moments ; les forces étant différenciées en force verticales et forces horizontales.

Les moments ne se rencontre pas que pour le cas de l’encastrement au tablier.

Les forces verticales : sont composées des réactions :

1. Poids propre du tablier
2. Charge permanente
3. Surcharges

Ces réactions verticales résultent de la considération des lignes d’influence pour réaction.

Pour chaque type de la surcharge (C.P.C-Fascicule 61) il faut déterminer la réaction maximal et réaction minimale, suivant le chargement de lignes d’influences.

Culées

Les problèmes particulièrement posés par les culées tiennent à l’existence des remblais d’accès dont le tracé condition de la structure.

Les règles usuelles de tracé des remblais sont les suivantes :

• La pente du remblai est généralement établie suivant le talus naturel des matériaux utilisés qui est normalement voisin de tgα=2/3
• Il est possible de raidir ces talus par des moyens divers tel que : empilage des mottes de gazon ; perrés ; solutions qui permettent d’atteindre tgα =1
• Cependant un talus raidi exige un entretien constant, de telle sorte qu’il est finalement plus couteux d’établissement et d’entretien.
• -Si la revanche à l’arrière de mur en retour n’est pas suffisante, un creux se formera derrière celui-ci, creux qui pourra constituer l’amorce d’un ravinement du remblai.
• Pour la revanche entre le pied du remblai et le parement du mur de front, il convient de distinguer le cas de la culée sur berge de rivière.

Pour éviter les risques de voir le pied de talus mordre en avant du mur de front, ou de produire un glissement de la berge, il faut prévoir une revanche R dont la valeur est en rapport avec la hauteur (h) du remblai ; on peut admettre :

Pour      h inférieur ou égale à 5 m, R doit être supérieur ou égale à 0.5 m

Pour      h supérieur strictement à 5 m, R doit être supérieur ou égale à h sur 10.

-Rappelons enfin que dans le cas considéré (mur ne retour), l’extrémité du remblai se termine par un quart de cône ; ou plutôt un quart de tronc de cône, ou il est pratiquement impossible de réaliser avec un remblai un sommet de cône ponctuel.

Elèments de la culée

Une culée classique se compose de :

• Une semelle
• (2) mur de front
• Mur garde-grève
• Mur en retour ou en ails
• Dalle de transition.

L’équilibre de la culée au renversement s’étudie en supposant qu’elle constitue un solide indéformable ;

-La stabilité doit être assurée en service et à construction, ce qui conduit à prolonger la semelle par un talon empêchant le renversement vers l’arrière lors de la construction, lorsque le remblai n’est pas encore en place. Le poids des terres sur ce talon permet en outre de stabiliser la culée en service en évitant de donner au patin une longueur trop grande.

-Le garde grève doit être calculé non seulement pour la poussée du remblai. Mais aussi vis-à-vis de la surcharge routière (roues ou essieux), concentrées qui pouvant exercer localement des poussées importantes. D’autre part le garde grève doit être dimensionné de supporter l’appui de la dalle de transition et de contenir les organes de scellement du joint de chaussée.