Les avantages de la conception de ponts avec des solutions acier
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- Avantages des palplanches acier
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Les projets de construction de ponts modernes font face à de nouveaux défis. Le public, les régulateurs et les autorités locales exigent l’optimisation des coûts des nouvelles structures à toutes les étapes de leur cycle de vie, depuis leur planification, leur exécution, leur mise en service et jusqu’à leur démantèlement. Cela se traduit par une analyse de l’ensemble du cycle de vie, incluant aussi des coûts dits externes liés à la construction et à l’entretien de la structure.
Notre contribution aux projets innovants
Les décideurs doivent sélectionner des conceptions de ponts durables, pour lesquels le prix de la construction n’est que l’une des nombreuses variables. Il faut aussi tenir compte du temps de construction, de l’impact social (pendant la construction et l’exploitation), de l’impact environnemental, de l’entretien... Les pratiques actuelles tendent à favoriser la conception des ponts les moins chers avec les coûts de construction les plus bas, sans tenir compte des dépenses d’exploitation et d’entretien ni de l’impact que l’allongement des délais de construction aura sur les conditions de circulation et sur le public.
Environ 80 % des ponts qui composent le réseau routier européen peuvent être classés comme des structures de petite ou moyenne portée de moins de 50 m. Lors d'une analyse très simple, le béton armé et le béton précontraint semblent être les solutions les plus rentables qui existent. Cependant, il est largement admis dans l’industrie de la construction que les structures composées sont la meilleure solution, que ce soit pour des portées supérieures à 50 m, lorsque des restrictions de hauteur s’appliquent, ou encore si le temps de construction doit être réduit. Et au cours des dernières années, de nombreuses études et exemples ont démontré que les ponts mixtes acier-béton offrent des solutions économiques aussi pour les structures de courte et moyenne portée, même quand ces conditions préalables ne sont pas réunies.
Fiche d'information sur les culées de pont
Les culées de pont en palplanches acier offrent des avantages significatifs. Une étude comparative menée par l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) en 2018 a mis en évidence les avantages des ponts conçus avec des culées en palplanches.
Le bon choix de conception de ponts
Pour les ponts routiers à deux travées de moyenne portée avec culées traditionnelles, la construction de la culée représente environ 40 % du coût total de fabrication du pont si aucun batardeau temporaire n’est requis. Ce chiffre s’élève à environ 55 % lorsque des rideaux de soutènement temporaires sont nécessaires pour la construction [2]. Dans ces situations, les culées avec des palplanches sont une alternative intelligente à la construction traditionnelle, car les palplanches peuvent assumer les deux fonctions, servir de rideaux de soutènement et d'éléments structurels permanents et porteurs.
Les palplanches acier sont une solution très économique lorsque la construction de la structure nécessite des batardeaux temporaires. C’est le cas lorsqu’un changement du niveau du sol est prévu pendant la construction, lorsque la construction est réalisée sous la nappe phréatique ou lorsque l’excavation doit être protégée contre les inondations.
L'utilisation de culées en palplanches d'acier au lieu de culées avec des batardeaux temporaires peut réduire la durée totale de la construction d'au moins 10 %.
Il y a également des avantages significatifs lors de la construction du tablier d’un pont mixte acier-béton avec des profils à haute résistance en acier laminés à chaud. Pour réduire l'espace nécessaire au chantier, ces éléments composites peuvent être partiellement préfabriqués hors site et fournis au chantier en tant qu'éléments porteurs pendant la construction et les étapes finales. En outre, il est possible d'installer les poutres de pont préfabriquées pendant les brèves périodes de fermeture de la route traversée, ce qui évite de perturber considérablement les conducteurs et les navetteurs, en permettant au trafic de circuler sous le pont pendant que les travaux ultérieurs sont effectués en toute sécurité au-dessus de la chaussée.
Les coûts cachés des embouteillages
Il faut tenir compte non seulement des coûts directs de construction, mais aussi des coûts économiques et sociaux engendrés par la congestion de la circulation pendant le cycle de vie des ponts, comme par exemple les retards, l’augmentation de la consommation de carburant et de la pollution atmosphérique. La congestion a un impact économique important.
Selon des données publiées en 2016, le coût moyen par heure qu'un passager européen passe bloqué dans des embouteillages est estimé à 20€. Les coûts cachés de la congestion du trafic.
Le choix d'une conception avec un temps de construction réduit, et avec de faibles exigences d'entretien, devient une priorité lorsqu'une analyse globale prend en compte le coût des effets externes. D’autant plus que dans les années à venir, on prévoit une augmentation des investissements dans les infrastructures en Europe, et que le nombre de chantiers de construction perturbant la circulation va croître.
L’étude
Une étude de cas, réalisée par l’Institut de Technologie de Karlsruhe (Karlsruhe Institute of Technology, KIT), compare les coûts et les performances d’un pont traditionnel en béton par rapport à un pont mixte béton-acier dont les culées sont construites en palplanches acier. Cette comparaison est effectuée pour une superstructure à deux travées avec des portées de 22,50 m et une largeur de superstructure de 11,50 m représentant un franchissement standard d'une route nationale sur une autoroute à 3 voies avec un trafic journalier moyen (TJM) de 70 000 véhicules.
Option 1 : culée en palplanches d'acier (culée SSP)
• Pieux de 16 m de long sur la paroi frontale.
• Pieux de 13 m de long sur les ailes latérales.
Option 2 : Culée en béton armé (culée RC)
• 4 pieux par culée plus 2 par mur d'aile.
• Pieux en béton de 10 m de long et de 90 cm de diamètre.
Le choix d'un pont conçu avec des culées en palplanches d'acier et un tablier mixte construit avec des sections d'acier entraîne des avantages en termes de coûts globaux tels que :
- une différence de 8 % dans les coûts de construction globaux.
- Un avantage résiduel de 5 % dans les coûts du cycle de vie sur une période de 100 ans.
- Jusqu'à 27 % d'économies sur les coûts de construction associés à l'impact des facteurs externes au cours de la durée de vie de la structure.
- Une réduction confirmée d'au moins 10 % de la durée totale de construction pour les ponts utilisant des culées en palplanches par rapport à ceux utilisant un étayage temporaire.
- L'impact environnemental des culées en palplanches acier par rapport aux culées en béton armé diffère de 36 %, ce qui entraîne une différence de 12 % dans le potentiel de réchauffement global de l'ensemble de la structure du pont.
Technologies de construction de ponts du futur : rapides, efficaces et économiques à long terme
Les ponts mixtes acier avec culées en palplanches d'acier sont des structures robustes qui nécessitent peu d'entretien et de réparations. L'utilisation de techniques de protection contre la corrosion de pointe permet d'atteindre une durée de vie de 100 ans sans qu'il soit nécessaire de remplacer un quelconque composant.
Les profils en acier offrent l'avantage d'un démontage, d'une récupération et d'un recyclage faciles après la durée de vie du pont, garantissant qu'aucun résidu ne reste dans le sol et apportant une contribution précieuse à l'économie circulaire. Cela permet d'éviter l'utilisation abusive des ressources naturelles.
Références
- Friedrich H. : Aktuelle Herausforderungen und zukünftige Entwicklungen im Brückenbau im Bundesfernstraßennetz (Défis actuels et développements futurs pour les constructions de ponts dans le réseau autoroutier fédéral). Stahlbau 87 (2018), numéro 6.
- Schmitt V., Seidl G., Vogel C. : Untersuchungen zum verstärkten Einsatz von Stahlverbundkonstruktionen bei Brücken kleiner und mittlerer Stützweiten (Enquêtes sur l'utilisation accrue de structures composites en acier pour les ponts de petites et moyennes portées). P629 Forschungsvereinigung Stahlanwendungen e.V., rapport final, 2006.
- Grundbau-Taschenbuch. 8e édition, Ernst & Sohn, 2018.
- RI-WI-BRÜ - Richtlinie zur Durchführung von Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen im Rahmen von Instandsetzungs-/ Erneuerungsmaßnahmen bei Straßenbrücken, BMVBS, 2007.
- Zinke T. : Neue Brücken braucht das Land. Frankfurter Allgemeine Zeitung Verlagsspezial / Zukunft Stahl / 30 novembre 2017.
- Zinke T. : Nachhaltigkeit von Infrastrukturbauwerken - Ganzheitliche Bewertung von Autobahnbrücken unter besonderer Berücksichtigung externer Effekte (Durabilité des structures d'infrastructure - Évaluation holistique des ponts autoroutiers avec prise en compte particulière des effets externes). Karlsruhe : KIT Scientific Publishing, Dissertation 2016.
