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Projet de Fin d'Etudes

De
81 pages
Niveau: Supérieur, Master, Bac+5

  • mémoire


MEMOIRE Projet de Fin d'Etudes Auteur : LANDAIS Ghislaine Elève- ingénieur de 5ème année, INSA Strasbourg, Spécialité Génie Civil Diaphragmes non connectés, réelle optimisation des Ouvrages Mixtes Ferroviaires ? Analyse technico-financière Tuteur Entreprise : ZIMMERMANN Eric Responsable Etude de Prix et Méthodes, GTM Alsace Tuteur INSA Strasbourg : FAVIER Gilles Directeur Bureau d'Etudes Favier-Verne

  • tableau récapitulatif des ponts mixtes

  • ouvrages mixtes

  • directeur bureau d'etudes favier-verne

  • comparaison avec les tonnages réels

  • hourdis inférieur

  • réalisation du tablier du viaduc d'haspelbaechel

  • analyse des longrines de clavage du hourdis inférieur

  • comparaison technique des diaphragmes

  • impacts sur la réalisation des ouvrages

  • présentation de l'entreprise


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Projet de Fin d’Etudes


MEMOIRE
Diaphragmes non connectés, réelle optimisation des
Ouvrages Mixtes Ferroviaires ?
Analyse technico-financière






Auteur : LANDAIS Ghislaine

èmeElève- ingénieur de 5 année, INSA Strasbourg, Spécialité Génie Civil
Tuteur Entreprise : ZIMMERMANN Eric

Responsable Etude de Prix et Méthodes, GTM Alsace

Tuteur INSA Strasbourg : FAVIER Gilles

Directeur Bureau d’Etudes Favier-Verne Ghislaine LANDAIS Projet de Fin d’Etudes





REMERCIEMENTS



Je tiens tout d’abord à remercier Monsieur Laurent LEBERT, directeur de l’agence
GTM Alsace pour l’accueil qu’il m’a réservé au sein de son entreprise.


Je remercie fortement Monsieur Eric ZIMMERMANN, Chef de service et responsable
de mon projet au sein de l’entreprise pour sa disponibilité et son aide tout au long du projet.


Je tiens également à remercier Monsieur Gilles FAVIER, gérant de l’entreprise Favier-
Verne et tuteur de mon projet de fin d’études à l’INSA, qui a mis à ma portée les moyens
informatiques et techniques nécessaires, en m’accueillant au sein de son entreprise.


Le savoir et les conseils apportés par mes deux tuteurs m’ont permis de mener à bien
mon projet de fin d’études.


J’associe à mes remerciements tout le personnel de ses deux entreprises pour leur
accueil, leur aide et le temps qu’ils m’ont consacré.


Par ailleurs, je remercie Monsieur Pierre KEUSCH, ingénieur structure et Monsieur
Francis ROOS, ingénieur études dans l’entreprise EIFFEL, pour leurs grande participation.


Enfin, je remercie Monsieur DAUDE et Monsieur BOIREAU, ingénieurs structures au
sein de l’entreprise SECOA, pour leurs disponibilité et leur aide dans la compréhension des
différentes notes de calculs utilisées dans ce projet.






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Ghislaine LANDAIS Projet de Fin d’Etudes

SOMMAIRE

Partie A : Présentation de l’entreprise et technologie des ponts mixtes5

1. Présentation de l’entreprise ......................................................................................... 6
1.1 Le groupe VINCI ..................................... 6
1.2 GTM Construction ................................... 7

2. Présentation des ponts mixtes ..................................................................................... 9
2.1 Ouvrages mixtes à poutres ....................... 9
2.2 mixtes en caisson ................... 12
2.3 Ouvrages mixtes ferroviaires ................. 15

3. Présentation des éléments transversaux ................................................................... 17
3.1 Les entretoises ........................................ 17
3.2 Les pièces de pont .. 17
3.3 Les diaphragmes .... 18

4. Présentation du hourdis inférieur des ponts ferroviaires bipoutre ....................... 20

Partie B : Le sujet du Projet de Fin d’Etudes ..................................... 21

5. Présentation du Projet de Fin d’Etudes ... 22

6. Réalisation d’un tableau récapitulatif des ponts mixtes réalisés ........................... 22
6.1 Présentation du tableau .......................................................................................... 22
6.2 Analyse du tableau ................................. 24

7. Analyse des Formules du SETRA ............................................. 25

8. Etude des diaphragmes connectés et non connectés au hourdis supérieur ........... 26
8.1 Présentation des Viaducs ....................................................................................... 26
8.2 Comparaison technique des Diaphragmes ............................. 27
8.3 Comparaison économique des diaphragmes retenus ............. 41

9. Analyse des longrines de clavage du hourdis inférieur ........................................... 49
9.1 Description d’une longrine de clavage .................................. 49
9.2 Etude économique sur le mode de réalisation des longrines . 50
9.3 Comparaison des notes de calcul des connexions des hourdis inférieurs .............. 52
9.4 Calcul des efforts de traction présents dans la longrine de clavage ....................... 53

10. Étude de l’équipage mobile - plateau central .......................................................... 63
10.1 Description et explication de l’objectif .............................. 63
10.2 d’un équipage mobile ..................................... 63
10.3 Cinématique de réalisation d’un plot de bétonnage ........... 64
10.4 Dimensionnement du plateau central ................................. 66
10.5 Choix des accessoires et des éléments portant le plateau central ...................... 70
10.6 Vérification des HEB 600 .................................................................................. 73

11. Etude du hourdis inférieur ........................ 74
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Ghislaine LANDAIS Projet de Fin d’Etudes


INTRODUCTION

Le sujet principal du projet de fin d’études porte sur la différence entre les
diaphragmes connectés ou non (abaissés de 70 cm environ) à la dalle des ouvrages mixtes
ferroviaires. La question étant de savoir quelle solution est la plus intéressante, autant du point
de vue technique qu’économique. L’étude est basée sur le Viaduc d’Haspelbaechel du lot 47
de la LGV Est qui possède la particularité d’avoir des diaphragmes non connectés au hourdis
supérieur, et dont l’entreprise GTM Alsace participe à la construction.

Le projet s’est déroulé au sein de l’entreprise GTM Alsace et pendant un mois dans le
bureau d’études techniques Favier-Verne.

Le projet de fin d’études est composé d’une étude principale et de plusieurs sujets
annexes :

Dans un premier temps, il sera intéressant de prendre connaissance de la technologie
des différents types de ponts mixtes routiers et ferroviaires. Ensuite, un tableau de synthèse
des ouvrages mixtes construits par l’entreprise GTM Alsace sera élaboré. À partir de ce
tableau, les formules de prédimensionnement du SETRA donnant un tonnage de charpente
estimatif pour les ponts mixtes routiers feront l’objet d’une comparaison avec les tonnages
réels mis en place et une adaptation pourra être envisagée pour les ouvrages ferroviaires.

Pour continuer, le sujet principal du projet sera abordé. C’est-à-dire la comparaison de
diaphragmes connectés ou non. Ce sujet consistera à étudier en premier lieu le point de vue
technique, fait à partir d’un modèle Robot® puis le point de vue économique pour
comprendre les impacts sur la réalisation des ouvrages.

La troisième étude portera sur l’analyse des longrines de clavage des hourdis inférieurs
(contreventement) des ouvrages mixtes ferroviaires. La question étant de savoir si l’instant de
réalisation de la longrine (avant ou après la dalle) possède un impact sur la structure, tout en
ne négligeant pas le point de vue budgétaire.

La quatrième étude sera consacrée à l’élaboration d’un plateau central dans le cadre de
la réalisation du tablier du Viaduc d’Haspelbaechel, tout en prévoyant le matériel nécessaire
(tiges, treuils...), et en vérifiant que la structure de l’équipage mobile soit toujours adaptée.

Enfin, le dernier sujet de ce projet de fin d’études sera basé sur l’étude économique
entre un hourdis inférieur métallique ou en béton. L’étude sera faite sur un ouvrage existant
composé d’un hourdis inférieur métallique.

Ce mémoire présente les travaux que j’ai réalisés pendant les vingt semaines du projet
de fin d’études. Il sera décomposé en 10 chapitres. Je commencerai par présenter l’entreprise
GTM Alsace, qui m’a accueilli pendant ce stage, avant de décrire la technologie des ouvrages
mixtes dans les chapitres 2 à 4. La présentation du projet de fin d’études, du tableau
récapitulatif et de l’analyse des formules du SETRA feront l’objet des parties 5 à 7. Le sujet
principal sera ensuite analysé, et suivi par l’étude des longrines de clavage. Les derniers
chapitres porteront sur le dimensionnement d’un plateau central et l’étude économique entre
un hourdis inférieur béton ou métallique.
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Partie A : Présentation de l’entreprise et technologie des
ponts mixtes












Ghislaine LANDAIS Projet de Fin d’Etudes

1. Présentation de l’entreprise

1.1 Le groupe VINCI

GTM fait partie de l’entreprise VINCI, premier groupe mondial de concessions et de
constructions. L’organisation de l’entreprise VINCI :



Présentation des secteurs d’activité :


Vinci Autoroutes : Premier opérateur autoroutier en Europe, Vinci
Autoroutes agit pour rendre l’autoroute plus sûre, respectueuse de
l’environnement et plus conviviale. Son chiffre d’affaires était de 4 095 M€ en
2010.

Vinci Concessions : Entreprise qui développe de nouvelles concessions et
qui possède des savoirs faires en matière de conception, financement,
construction, exploitation et maintenance. 804 M€ de chiffre d’affaires en
2010


Vinci Energies : Entreprise performante dans les domaines de l’énergie et
des systèmes d’information. Elle intervient en conception, réalisation,
maintenance et exploitation dans 4 domaines d’activités (les infrastructures,
l’industrie, le tertiaire et les télécommunications). 4 339 M€ de chiffre
d’affaires en 2010.


Eurovia : Un des leaders mondiaux des travaux d’infrastructures de
transport et d’aménagement urbain, Eurovia gère également une production
industrielle et s’occupe de la maintenance des réseaux routiers. Son chiffre
d’affaires était de 8 003 M€ en 2010.



Vinci Construction : Leader en France et major mondial de la
construction, Vinci Construction possède des compétences dans les

domaines du bâtiment, du génie civil, des travaux hydrauliques et des

services. Avec son chiffre d’affaires de 14 549 M€ en 2010, Vinci

Construction est la plus grande filiale de Vinci.

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Ghislaine LANDAIS Projet de Fin d’Etudes

1.2 GTM Construction

GTM Construction fait partie de la filiale VINCI Construction.


1.2.1 L’histoire de GTM

En 1891, six ans après la dernière épidémie de choléra qu’a connu Marseille, les
milieux d’affaires marseillais entreprennent de doter la ville d’un réseau d’égouts moderne et
créent GTM : Grands Travaux de Marseille.
èmeL’entreprise se développe alors à un rythme soutenu, dès le début du 20 siècle, en
exportant son savoir-faire hors de l’hexagone, notamment dans les pays du Maghreb et en
Egypte (travaux de dragages pour le Canal de Suez).
Après la fusion en 1982 entre GTM et Entrepose (une société métallurgique),
l’entreprise devient filiale de Dumez en 1985, puis est rattachée au groupe Lyonnais des
Eaux-Dumez en 1990. En 1994, GTM-Entrepose devient le pôle de construction de la
Lyonnaise des Eaux. GTM-Entrepose devient le Groupe GTM en 1997.
En 2000, la SGE (Société Générale d’Entreprise) lance une offre Publique d’Echange
(OPE) amicale sur le Groupe GTM, qui aboutit à la fusion des deux groupes et à la naissance
du numéro 1 mondial de la construction et des Travaux Publics. Le groupement des
entreprises change alors de nom et devient VINCI.
Vinci Construction fédère alors Dumez-GTM, GTM Construction, Sogéa, Campenon
Bernard et Freyssinet, pour devenir l’une des principales entreprises européennes dans les
métiers du bâtiment, des travaux publics, de l’hydraulique, des services et de la maintenance.



1.2.2 L’agence GTM Alsace



erL’agence GTM de Mundolsheim a été créée le 1 Septembre 1998 par Monsieur Denis
ELBEL, actuel Directeur Délégué Est. L’agence n’était alors que le centre de Travaux Alsace,
erfiliale de GTM. Le 1 juillet 1994, GTM Centre Alsace élargit son champ d’action au grand
Est de la France, le centre de travaux se transforme alors en Agence TP Est. Puis, le 8
décembre 1999, la Direction Régionale Est de GTM Construction est créée, comprenant les
entités suivantes : GTM Agence TP Est, GTM Agence Lorraine, Dumez Anstett et Savonitto.
Pendant 7 ans, GTM Agence TP Est et Sogéa resteront des concurrents (mais faisant
partie du même groupe Vinci). Puis en 2006, sous une nouvelle direction, les deux entreprises
fusionnent et créent Vinci Construction France. A ce moment-là, GTM Agence TP Est
devient GTM Alsace et GTM Agence Lorraine devient GTM Lorraine (qui recouvre
également la Champagne-Ardenne). GTM Alsace est une entreprise spécialisée dans les
ouvrages d’art, et plus particulièrement dans la réalisation de ponts.







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Ghislaine LANDAIS Projet de Fin d’Etudes


Quelques chiffres de l’entreprise Vinci Construction France :


Répartition du chiffre d’affaires par métier

Figure 1 : Evolution et répartition du chiffre d’affaires de Vinci Construction France.
Source : www.vinci-construction.fr
Concernant la Direction Déléguée Est de Vinci Construction France, elle représente
environ 1200 hommes et un chiffre d’affaire de 200 M€.





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Ghislaine LANDAIS Projet de Fin d’Etudes

2. Présentation des ponts mixtes


Les ponts mixtes représentent l’association mécanique entre l’acier et le béton afin
d’obtenir un tablier résistant. L’acier résistant à la traction sous forme de poutres et le béton à
la compression par le biais d’une dalle en béton armé. Ces deux éléments étant reliés par une
connexion mécanique afin de garantir la compatibilité de leurs déplacements.



Figure 2 : Comportement d’une structure mixte isostatique connectée (sous moments positif et négatif).
Source : ponts mixtes acier-béton, Sétra.

Dans le cas d’un moment positif, le centre de gravité des sections est assez haut. La
dalle est donc comprimée et une grande partie de la charpente métallique est tendue. Ceci
représente un fonctionnement économique puisque chaque matériau est sollicité selon ses
capacités.
Au contraire, dans le cas d’un moment négatif, le béton de la dalle est tendu et donc
considéré non participant (seules les armatures du béton résistent). La charpente métallique
est, quant à elle, soumise à de la traction en partie supérieure et de la compression en partie
inférieure, ce qui provoque des risques d’instabilité. Ici les matériaux ne sont pas utilisés pour
leurs capacités, et cela provoque souvent des augmentations de la section d’acier.

2.1 Ouvrages mixtes à poutres


Les ouvrages mixtes à poutres sont des ouvrages très répandus, car ils s’adaptent à
diverses situations :
- milieu rural ou urbain
- portée principale de 30 à 130 m
- longueur totale d’une dizaine de mètres à plus d’un kilomètre
- largeur totale de 7-8 mètres à une vingtaine de mètres
- ouvrage standard très économique ou ouvrage plus sophistiqué
De plus, leur construction est facile et fiable. Ils sont constitués de deux poutres
principales connectées à la dalle par des connecteurs (souvent des goujons) et reliées par des
poutres secondaires de divers types.

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Ghislaine LANDAIS Projet de Fin d’Etudes

Les poutres principales sont des Profilés Reconstitués Soudés (PRS) ou, dans le cas de
ponts à portées modestes, des profilés laminés à chaud du commerce. L’épaisseur des
semelles, la hauteur et l’épaisseur des âmes peuvent être variables. La largeur des semelles
quant à elle, est en général constante essentiellement pour des raisons de lançage de la
charpente. En effet, si les largeurs des semelles sont modifiées, les dispositifs de lançage le
seront également et cela engendrera un temps de main d’œuvre important. Les connecteurs
permettent de bloquer les déplacements entre la dalle et la charpente (glissement,
soulèvement).


2.1.1 Ouvrages de type bipoutre à entretoises

Les ouvrages de type « bipoutre à entretoises » représentent la majorité des ouvrages
mixtes. Leur domaine d’utilisation se situe pour des largeurs de tablier inférieur à 13 ou 14 m.
Ils sont constitués de deux poutres principales reliées par des poutres secondaires appelées
« entretoises » qui ne présentent aucun contact avec la dalle. Ces entretoises sont
généralement des profilés du commerce. Elles sont soudées sur les poutres principales par
l’intermédiaire de profilés en Té soudés sur les faces intérieures des âmes appelés
« montants ».



Figure 3 : Bipoutre à entretoises. Source : www.gramme.be


2.1.2 Ouvrages de type bipoutre à pièces de pont


Lorsque le poids de la dalle devient pénalisant pour la charpente, c’est-à-dire soit
lorsque la largeur du tablier est supérieure à 13 ou 14 m soit lorsque la portée maximale
dépasse 90 m environ, les bipoutres à pièces de pont deviennent plus intéressants que les
bipoutres à entretoises. Ce type d’ouvrage représente la seconde grande famille des ouvrages
mixtes à poutres et ils sont plus complexes à réaliser que les bipoutres à entretoises. En effet,
les pièces de pont étant connectées à la dalle, cela complexifie la mise en œuvre du point de
vue du charpentier (nécessité de prévoir des connecteurs), mais également pour l’entreprise
réalisant le tablier (problème de ripage du plateau central d’un équipage mobile).
Les pièces de pont, contrairement aux entretoises, sont reliées à la dalle à l’aide de
connecteurs.
Il est possible d’avoir des ouvrages à pièces de pont avec consoles et sans consoles.
Ces consoles permettent de soutenir les encorbellements de la dalle.

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