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Etude technique d'un pont metallique: cas du pont Katsya en ville de Butembo

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par Jean-Pierre MUKOKO
IBTP/Butembo - Ir Technicien 2012
  

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ETUDE TECHNIQUE D'UN PONT METALLIQUE 2012

REPUBLIQUE DEMOCRATIQUE DU CONGO

ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET UNIVERSITAIRE

INSTITUT DU BATIMENT ET DES TRAVAUX PUBLICS

BP : 124 BUTEMBO

ETUDE TECHNIQUE D'UN PONT
METALLIQUE : CAS DU PONT KATSYA II EN
VILLE DE BUTEMBO

Par MATHE MUKOKO Jean-Pierre

Travail de fin de cycle présenté et défendu en vue de l'obtention du diplôme d'Ingénieur Technicien en bâtiment et Travaux Publics

SECTION : BATIMENT ET TRAVAUX PUBLICS

Directeur : ASS. Ir MAPENDO KABYABU Feja

Encadreur : Ir KANGITSI KYAVULIKIRWA
Pascal

ANNEE ACADEMIQUE 2011-2012

Page 0 sur 84

DEDICACE

Ce travail étant le fruit des efforts consentis de tous, je le dédie à :

- Tout le monde ayant pour frère, père et grand-père Mr KASEREKA MUKOKO Edmond ;

- Particulièrement aux familles KATEMBO MUKENGESHAY et KITSA MUKOKO ;

- Tous les amis et proches collaborateurs à l'instar de PALUKU

KINYASWIRI Piscas, KITSA MUYAYALO Benjamin, KINGANI OPIPO Albert.

REMERCIEMENTS

La reconnaissance restant la seule base d'une évolution, nos sincères remerciements s'adressent à :

- L'Omniprésent ayant mis en nous la capacité d'affronter ce travail

- Toute la famille MUKOKO ayant servi de cadre sans se lasser durant toute notre carrière de vie,

- La famille MUKENGESHAY pour son dévouement afin de nous conduire vers un avenir radieux,

- Le corps enseignant de l'IBTP/Butembo ayant concouru à notre bonne formation intellectuelle notamment l'Ir PALUKU KAHIGHANA Julien, l'Ir NGWALI Bertrand, l'Ass. YALALA LUSENGE,

- Mon directeur l'Ir MAPENDO KABYABU Feja, mon encadreur l'Ir KANGITSI KYAVULIKIRWA Pascal ainsi qu'à tous les collaborateurs du présent travail pour sa bonne prestation,

- Aux amis intimes et aux connaissances.

Bref, l'accomplissement de ce travail a connu la participation de tous ceux qui le voulait. Ainsi, que chacun d'entre eux trouvent ici l'expression de notre sincère gratitude.

PREFACE

La science ne restera utile que si elle apporte des solutions aux problèmes de la société .Elle se rend utile dans sa partie technique ou pratique. Certains ont tendance à laisser passer la théorie et de ne retenir que la pratique, pourtant basée sur la maitrise des concepts fondamentaux de la science.

Parmi les grands problèmes de la ville de Butembo, les voies de circulation trouvent une place d'honneur. Comme la ville regorge une ribambelle d'institutions d'enseignement supérieur, les jeunes âmes intellectuelles doivent se mettre à l'oeuvre pour présenter des solutions à un certain nombre de problèmes.

Cette recherche se veut une tentative de palliation à un problème aussi récurrent dans la ville concernant le franchissement d'obstacles sur les voies publiques. L'usage des ponts en acier était trop coûteux. Actuellement, nous nous sommes rendu compte que réaliser un pont en acier est mieux dans certains cas qu'un pont en Béton Armé ou en maçonnerie en analysant la durée de vie. La plupart des ponts en béton périssent soit par flexion du tablier, soit par déstabilisation des culées. Pourtant dans ce cas, s'agissant d'un pont en acier, on peut encore récupérer certains éléments de la structure et en faire usage dans la suite.

Rappelons en passant que le pont Katsya II est à sa première conception en acier. Cependant il n'en est pas de même pour celle en béton armé. Il a été plusieurs fois reconstruit avant même l'âge normal d'un pont. En répétant cette construction on dépasse de loin ce que couterait l'acier en usage normal.

Ayant analysé ce fait nous nous sommes assigné la noble tache de faire une amble et petite étude technique d'un pont en acier et montrer à tous qu'il ne s'agit pas d'un mystère de le projeter.

0. INTRODUCTION GENERALE

L'étude technique envisagée dans cette recherche est une

application des notions et principes de construction des ponts et s'adapte mieux à l'endroit où cet ouvrage sera érigé. Il ne constitue pas un prêt-àporter pour tous les projets de pont en acier. Il dépend d'un certain nombre de paramètres propres à l'obstacle franchi comme la visibilité dans ce petit virage.

Toutefois, certaines valeurs peuvent être réduites tout en respectant les règles de calcul en cas de défaut de moyen pour l'exécution.

0.1. PROBLEMATIQUE

Le quartier Katsya, et tous les environs, bénéficiant d'un droit de passage permanent doivent aussi franchir tous les obstacles qui s'y localisent sans devoir peiner comme actuellement. Pourtant la réalité reste triste en constatant que ce problème semble se poser seulement pour ceux qui ne savent pas comment procéder pour y trouver une solution.

Le pont Katsya II quant à lui, a connu une modification répétée du lit au lieu le mieux indiqué pour sa bonne mise en place. De fois on cherche à le décaler suite à ce fait pourvu que l'ouvrage donne une impression d'être stable. Cette situation ne tarde pas à empiéter sur les parcelles voisines sans résoudre le problème de visibilité de la voie en ce lieu.

En conservant cette courbure qui ne respecte pas les normes topographiques de part son rayon de courbure, on se heurte à un problème de circulation en cet endroit. Il se crée une sorte de goulot d'étranglement du trafic surtout aux heures de pointes.

A part ces facteurs, un petit cours d'eau presque saisonnier se trouve à la sortie du pont en se dirigeant vers le quartier Katsya. Ce dernier lui, avait été mal redirigé de sorte que lorsqu'il pleut abondamment, ses eaux n'hésitent pas à surgir devant les anciennes culées et occuper la chaussée. Ces eaux déterrent progressivement les culées.

0.2. HYPOTHESES

En nous basant sur notre cours de pont ainsi tous ceux se rapportant aux matériaux de construction, nous pouvons provisoirement estimer que les problèmes des ponts en cet endroit se focalisent sur des faits suivants :

- Le manque d'un pont métallique qui devrait en diminuer le coüt

comparativement à une répétition de la construction d'ouvrages en

béton non protégés contre les phénomènes atmosphériques.

- L'estimation des dimensions du pont qui souvent néglige certaines

eaux du parage ne passant pas par le lit de ladite rivière mais ayant

un impact sur le bon fonctionnement de l'ouvrage.

- La mauvaise confection et utilisation du béton, celle-ci étant due à la mise en oeuvre des matériaux non adaptés pour le béton ou mieux non essayés.

0.3. METHODE DE TRAVAIL

La détermination des éléments constitutifs d'un pont se fait selon l'ingéniosité du chercheur. Pour mon cas, j'ai usé de toutes mes capacités intellectuelles et physiques pour avoir accès à tout ce qui m'a été utile. Pratiquement, l'usage des méthodologies telles que les renseignements auprès des usagers dudit ouvrage, l'exploitation de mes facultés d'observation intelligente, le prélèvement et la consultation de certains documents de construction des ponts ont été utiles pour mener à bien mes recherches.

De mes renseignement par interview directe, j'ai obtenu le niveau de débordement jusque-là le plus extreme, le degré d'encombrement de la voie en ce lieu malgré l'existence d'un ouvrage en béton, les particules que la rivière entraine avec elle pendant la pluie.

L'observation intelligente quant à elle, a permis d'avoir une appréciation du milieu du point de vue pédologique, d'adopter la forme de

l'ouvrage et d'énumérer les facteurs à retrouver exceptionnellement en cet endroit comme la courbure, le comportement des eaux supplémentaires .

Le prélèvement a consisté à prendre les mesures du lit, quantifier le débit ainsi que les autres facteurs similaires à ceux-ci. Après cette étape, l'adoption des données normalisées a suivi pour faire une étude scientifique adéquate en la matière.

La consultation des documents relatifs à la construction des ponts a finalisé cette étude technique et a abouti à des résultats détaillés dans la suite du présent travail.

0.4. SUBDIVISION DU TRAVAIL

Dans ce travail on retrouve agencé les points essentiels suivants :

L'introduction et la conclusion présentent un caractère habituel de tout travail de recherche scientifique. Ils ne contiennent que des éléments visibles chez tout chercheur.

Le premier chapitre retrace une brève présentation du pont métallique en retraçant l'histoire de son évolution dans le temps. Il englobe la majeure partie des données prélevées au site et la déduction des facteurs facilitant le calcul d'un pont.

Le deuxième chapitre quant à lui effectue une conception des
éléments de structure du pont tels que le tablier, les appareils d'appui et les
culées. Il dimensionne ceux-ci après leur conception et vérifie leur stabilité.

Le troisième chapitre propose un procédé de gestion rationnelle de l'ouvrage. Celui-ci consiste en une protection durable de la structure, la protection de la berge contre l'érosion et les éboulements et une méthode saisonnière de cure du lit.

0.5. DIFFICULTES RENCONTREES

A l'instar de tout travail de recherche technique dans notre milieu, nous avons été confrontés au problème de données fondamentales. Ceux-ci se sont présentés surtout lors du prélèvement du débit, de la classification des sols du lieu et l'accès aux manuels nécessaires pour le calcul de

l'ouvrage. Les données climatiques ne se sont pas épargnées de ce genre de problème étant donné que le milieu n'a pas d'archives de ce domaine.

Une autre catégorie des difficultés auxquelles nous avons été soumis sont ceux liés aux aléas de la nature qui nous ont poussés à travailler hors des conditions normales.

0.6. CHOIX ET INTERET DU SUJET

L'ingénieur ayant pour tâche d'apporter des solutions pratiques aux problèmes techniques de la société, le transport des personnes et de leurs biens pose encore problème en ville de Butembo. Pourtant les gens doivent se déplacer avec leurs biens pour vivre. J'ai apporté ma pierre pour la construction de ce secteur en proposant une étude technique d'un pont en acier. Par ce fait, je compte sauver des milliers des personnes qui franchissent le cours d'eau en cet endroit surtout en allant et/ou en revenant du centre-ville. Ce chemin servant aussi de passage raccourci aux personnes allant vers Musienene et même aux élèves. Ayant observé que les ponts en béton décevaient chaque jour et qu'on pouvait profiter au maximum de l'acier, il m'a paru génial de faire usage d'un ouvrage métallique.

A part cette cause, le souci majeur qui m'a motivé à mener ma recherche dans cette filière est lié surtout au genre d'ouvrage. Les constructions en acier sont tellement rares que l'on peut vieillir sans jamais participer à leur utilisation dans ce milieu si l'on n'y penche pas. Pourtant la révolution de la science plonge les constructions dans l'usage de l'acier de part ses avantages qui croissent avec le temps.

Sachant que les clients actuels se penchent vers une durée de vie des ouvrages très élevée, l'utilisation de l'acier est à leur faveur surtout dans le domaine de pont comme on ne les réhabilite qu'après des siècles ou presque pas.

CHAP I : APERCU GENERAL

I.1. CONSTRUCTIONS METALLIQUES

Tout pont est un ouvrage servant à franchir un obstacle. Le pont métallique quant à lui, possède une certaine particularité liée au genre de

matériaux utilisés, au procédé de calcul et de mise en oeuvre de ses composants.

Les matériaux utilisés sont des métaux soit à leur état pur, soit alliés à d'autres métaux selon qu'on désire améliorer telle ou telle propriété. Dans

la plupart des cas actuels on préfère faire usage de l'acier. Les constructions
métalliques constituent un domaine important d'utilisation des produits

laminés sortis de la forge. Elles utilisent souvent des tôles ou des profilés selon que l'on désire réaliser tel ou tel ouvrage. Les structures constituées à partir de ces éléments nécessitent des opérations préalables de décapage, de perçage et de soudage en usine. Les opérations sur site sont limitées à des assemblages des modules primaires après les opérations de ripage ou de levage, permettant de rapprocher les zones d'assemblage.

Le tableau ci-dessous résume les trois catégories d'aciers généralement utilisées. Pour des raisons esthétiques ou de sécurité, d'autres types d'aciers peuvent être parfois rencontrés: acier Corten, acier inoxydable, ...1

Désignation de la

nuance de l'acier

 

Résistance à la rupture, en MPa

 

Résistance à la limite élastique en MPa

 

Allongement du métal à la rupture, en %

Acier doux ordinaire 360 à 510 235 à 355 >15

Acier à haute résistance 510 à 1000 355 à 690 >15

Acier à très haute

résistance pour la
constitution des câbles

1500 à 1800 1200 à 1400 1,5 à 2,5

Pour des raisons de sécurité, on ne fait travailler l'acier dans les ouvrages
que très au-dessous de sa limite élastique; la fatigue limite les contraintes à
environ la moitié de cette limite, soit 120 MPa pour l'acier doux ordinaire et

1 www.wikipedia.com, mai 2012

180 MPa pour l'acier à haute résistance. C'est cette limite en fatigue qui sert de référence dans le calcul des structures.

D'autres caractéristiques peuvent également intervenir: la résilience à basse température, la résistance à la corrosion sous contrainte, la tenue en ambiance saline,...

Le cout élevé des matériaux de base conduit à rechercher le poids minimal et à développer l'emploi de l'acier pour les domaines très spécifiques permettant de mettre en valeur les qualités suivantes : la légèreté, la rapidité de mise en oeuvre, l'adaptation aux transformations ultérieures et les propriétés mécaniques (limite d'élasticité, ductilité, résistance à la fatigue).

Les domaines d'application des constructions métalliques sont très nombreux. Ils concernent d'abord les bâtiments et les ouvrages d'art (ponts, grandes couvertures). Même dans les pays en voie de développement, les charpentes industrielles se montrent compétitives, grâce à la facilité de montage et de l'expédition des éléments par voie maritime ou terrestre.

Les ponts et les passerelles forment un secteur de pointe lequel on distingue les suspendus de grande porté et les ouvrages démontables ou déplaçables.

I.2. TERMINOLOGIE DU PONT

Voici quelques mots usuels dans les travaux de construction de

ponts :

a. Largeur de la rivière

Il s'agit de la distance entre les appuis extremes d'un ouvrage franchissant cette rivière2.

2 Ir MAPENDO KABYABU, Cours de ponts, BUTEMBO, IBTP, inédit, 2011-2012

b. Débouché superficiel

Par ce mot on entend la somme des surfaces offertes à l'écoulement de l'eau c'est-à-dire la somme des surfaces mouillées.

c. Surface mouillée

Elle est constituée par la section droite d'un cours d'eau limitée par les parois et la surface libre de l'eau

d. Débouché linéaire

Il s'agit de la largeur de la rivière déduite de celle des culées et des piles.

e. Rayon hydraulique

C'est le rapport entre la section mouillée et le périmètre mouillé. Il est utilisé dans le calcul de la vitesse d'une rivière, par conséquent dans la détermination du débit.

I.3. PONT METALLIQUE
I.3.1. HISTORIQUE

Un pont métallique désigne tout pont dont la structure est réalisée en métal du genre fer, fonte ou acier. Le tout premier pont métallique a été réalisé en fonte au cours de l'année 1770 et appartient aux Anglais. Vers 1810, les ponts en fer se développent, surtout aux Etats-Unis.

C'est avec l'apparition des techniques de fabrication performantes de l'acier que vont vraiment se multiplier les ponts métalliques, en parallèle avec le développement du réseau ferroviaire. Les aciers utilisés pour les ponts sont des alliages fer-carbone. Cet alliage est habituellement faible et varie de 0.15 à 0.20% de carbone.

En République Démocratique du Congo, ce genre d'ouvrages date de l'époque coloniale. Ce secteur semble attirer l'attention des personnes habilitées à cette tache seulement en cas d'incident malheureux. L'utilisation des ponts en béton armé semble l'emporter. Pourtant quand ceux-ci présentent une partie défectueuse avant l'âge, ils exigent qu'on les

abandonne sans même une moindre idée de réemploi. On devrait donc exploiter les autres types de ponts comme ceux en acier vu que le facteur défectuosité est à l'honneur dans ce pauvre pays surtout pour les structures en béton armé résultant du caractère des matériaux non essayés.

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