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Suspension axiale sur 360 m de long

GUILLAUME DELACROIX |  le 26/02/1999  |  BétonTechniqueConcoursTravailTransports

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LE CHANTIER Le viaduc du Chavanon, sur l'A89, entre Ussel et Clermont-Ferrand. LE PROGRAMME Le franchissement d'une brèche de 100 m de profondeur marquant symboliquement la frontière entre le Limousin et l'Auvergne. LES SOLUTIONS Un pont suspendu de 360 m de long, avec un double câble dans l'axe du tablier. Un caisson métallique préfabriqué mis en place par la méthode Tarzan, à l'aide de deux suspentes provisoires. Deux pylônes en « V » inversé, avec des jambes au parement gauche en béton poli.

Le viaduc du Chavanon s'annonce comme l'ouvrage majeur de l'autoroute A89, la transversale qui reliera dans quelques années Bordeaux à Clermont-Ferrand, en raison, notamment, d'une position géographique symbolique, à savoir la frontière entre le Limousin et l'Auvergne. Une attention toute particulière a donc été portée par la maîtrise d'ouvrage (Autoroutes du sud de la France) au franchissement de la rivière Chavanon, qui coule au fond d'une brèche escarpée d'une centaine de mètres de profondeur : « Nous avons voulu construire un beau pont, en évitant d'implanter des appuis sur les versants du vallon. Avec un effet de porte pour les futurs usagers de l'autoroute », commente-t-on chez ASF.

L'idée d'un ouvrage suspendu a alors fait son chemin, d'autant qu'elle offrait aux ingénieurs la perspective de réactualiser leur savoir-faire en la matière, en créant une nouvelle référence. En effet, le dernier pont suspendu construit en France, qui présente des dimensions équivalentes, est le pont d'Aquitaine, mis en service en 1967 !

A la suite d'un concours de maîtrise d'oeuvre puis d'un concours de conception, le bureau d'études Jean Muller International et l'architecte Jean-Vincent Berlottier ont proposé des pylônes en forme de « V » inversé, en raison des libertés qu'ils apportaient. La grande innovation, étonnante, consiste à accrocher le tablier à une suspension axiale, au lieu de deux nappes de suspension de part et d'autre du tablier. Un peu comme si l'on rapprochait les deux suspensions classiques l'une de l'autre, sur l'axe longitudinal du viaduc.

Immédiatement, la question de la torsion vient à l'esprit : comment la section transversale du pont ne bascule-t-elle pas ? « Pour résister à la torsion, le caisson métallique du tablier est fermé dans les parties proches des culées, répond Xavier Ailleret, ingénieur travaux de Scetauroute. Et sur ces culées, la torsion est reprise grâce à des appuis excentrés, constitués de bielles métalliques verticales. » La méthode de calcul d'un pont suspendu impose, par ailleurs, un calcul aux grands déplacements pour chaque cas de charge.

Des jambes inclinées fondées sur puits marocains

Les deux pylônes du Chavanon sont formés de deux jambes inclinées à 20° par rapport à la verticale. Ils ont été construits au moyen de coffrages grimpants et semi-grimpants, s'apparentant à un équipage mobile dont la géométrie doit être réglée d'une levée à l'autre, en tenant compte des déformations ultérieures.

Le béton B60 qui les constitue a été coulé à l'intérieur de coques en béton poli, utilisées en coffrage perdu (voir dans le dossier Béton de ce numéro, page 88). Deux demi-coiffes démontables viendront à terme dessiner la pointe de chaque pylône (une charpente métallique habillée des mêmes plaques en béton poli).

Les structures de génie civil sont fondées sur des puits marocains de 8,50 m de diamètre et de 4 à 8 m de profondeur, surmontés chacun d'une semelle de 9 m de diamètre et de 3 m d'épaisseur. Les culées mesurent, quant à elles, 22 m de large et reposent directement sur le rocher côté Bordeaux, et sur deux pieux de 18 m de profondeur côté Clermont-Ferrand.

4 000 km de fils à dérouler dans le vide

« A 80 m en arrière des pylônes, les chambres d'ancrage accueillent les deux faisceaux des câbles porteurs de suspension, explique Patrice Dublé, chef de service de GTM Construction. Ce sont des enceintes en béton armé de 20 m de profondeur, de 5,60 m de large, et de 25 m de long en tête, à l'intérieur desquelles une poutre curviligne de 2 m d'épaisseur descend jusqu'au fond. Cette poutre est ancrée dans le sol par 43 tirants T15.S de 25 m de long. C'est sur elle que viennent s'accrocher en éventail les câbles porteurs du viaduc, à raison de deux barres d'ancrage par toron, soit 244 barres d'ancrage par chambre. »

Chaque faisceau de câbles compte 61 torons et chaque toron 61 fils en acier galvanisé de 5,43 mm de diamètre. Les ancrages rayonnants assurent un transfert orthogonal et homogène des forces de traction vers le rocher (12 000 t par chambre d'ancrage).

Le premier fil est déroulé d'un pylône à l'autre par hélicoptère. Il sert à tirer ensuite huit torons qui supportent la passerelle à câbles. Grâce à des treuils équipés d'un câble en boucle de 600 m de long, on tire alors les fils, en les couplant à ce câble. En mesure définitive, les torons mesurent 533 m de long ; ils sont tous réglés à l'identique, en flèche et non en tension, à température stabilisée, c'est-à-dire de nuit. Au total : 3 966 586 m de fils, soit près de 4 000 km !

FICHE TECHNIQUE

Maître d'ouvrage : ASF.

Architecte : Jean-Vincent Berlottier.

Concepteur : Jean Muller International.

Maître d'oeuvre : Scetauroute-JMI.

Entreprises : GTM Construction (mandataire), Cimolai, et Baudin Chateauneuf.

Marché : 122 millions de francs hors taxes (18,6 millions d'euros).

Délai : 27 mois.

Livraison : fin 1999.

Les quantités totales du chantier :

Le génie civil : béton, 10 000 m3 ; aciers passifs, 1 000 tonnes.

La suspension : câbles, 740 tonnes ; pièces (colliers, etc.), 140 tonnes.

Le tablier : charpente métallique, 1 750 tonnes ; précontrainte transversale, 60 tonnes.

Heures travaillées : génie civil, 120 000 heures ; charpente métallique, 20 000 heures.

PHOTOS :

1. Le pont du Chavanon est le premier ouvrage suspendu construit depuis le pont d'Aquitaine en 1967. Sa grande innovation : une suspension axiale, au lieu de deux latérales.

2. Le viaduc est suspendu à une double nappe de câbles dans son axe longitudinal, ce qui est une première. La difficulté : résister à la torsion. - SCHEMA : Coupe transversale du tablier

3. Au fond de la chambre d'ancrage, les torons s'accrochent à une poutre curviligne, qui répartit 12 000 t d'efforts de traction dans le rocher.

4. Les deux câbles porteurs s'épanouissent en pied. Ils comptent chacun 61 torons torsadés, tous constitués de 61 fils de 5,4 mm de diamètre.

Un tablier poussé par la méthode Tarzan

Le tablier métallique du pont est assemblé en rive par moitié, sur des appuis provisoires. Il est lancé à l'aide d'un système de treuils (16 t chacun) et de poulies, qui le tirent et le retiennent en même temps. Son accrochage aux deux câbles porteurs est tout à fait singulier : baptisée méthode Tarzan, la technique consiste à s'accrocher à deux suspentes provisoires, mises en place respectivement à 20 m et à 30 m du pylône, en attrapant successivement l'une d'entre elles tout en lâchant l'autre. Ces suspentes bi-articulées - fixes sur les câbles principaux, mais qui se déplacent sur le tablier au fur et à mesure de sa progression - sont des plats en acier, qui s'accrochent en fond de caisson dans des oreilles provisoires. Renato Turato, ingénieur de Cimolai, commente : « Le tablier est suspendu à la suspente arrière - la plus proche du pylône (1) ; on le pousse d'environ 10 m (2) ; on accroche la suspente avant ; on recule et on détend la suspente arrière (3) ; on réavance de 10 m (4) et on accroche la suspente arrière sur le tronçon suivant ; on recule jusqu'à détendre la suspente avant ; et ainsi de suite... » En résumé : le tablier fait deux pas en avant et un pas en arrière.

Lorsque le tablier arrive à 80 m du pylône en porte-à-faux et à 50 m par rapport à la suspente active, deux autres suspentes provisoires plus proches du milieu du pont prennent le relais. « Le tablier repose toujours sur deux appuis. En arrière : une chaise à galets sur la culée ou sur une palée ; en avant : une suspente provisoire accrochée au câble », précise Xavier Ailleret, de Scetauroute. Quand on charge le câble en travée centrale, il a tendance à déplacer la selle vers le centre de l'ouvrage. En prévision de ce mouvement, les selles sont posées, en tête de pylône, à 70 cm de leur position définitive.

Lorsque les deux demi-tabliers se rejoignent à la clé, ils doivent être à la même altitude, avec la même pente. Un joint central est alors soudé. Le tablier peut ensuite être accroché au câble par un ensemble de colliers et par les suspentes définitives, qui sont constituées de 31 torons T15.S.

SCHEMAS

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