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Viaduc de Verrières (1999-2002)
Nous sommes à une vingtaine de kilomètres au Nord de Millau et l’autoroute A75 doit franchir la vallée du Lumensonesque au niveau du village de Verrières. Afin d’éviter le surplomb de ce village, le tracé a été incurvé pour passer plus au Sud. Il en a résulté la nécessité de concevoir un ouvrage courbe, avec un rayon en plan de 1800 mètres.
L’ouvrage s’inscrit dans le désenclavement du Massif-Central, présenté en 1975 par le Président Giscard d’Estaing.
Avant la construction du viaduc de Millau, il a été le viaduc le plus haut de France.
Les principales contraintes du projet étaient les suivantes :
- pentes des versants de la vallée très accentuées, rendant délicate l’implantation des appuis ;
- fond de vallée comportant environ 10 mètres d’alluvions au-dessus du rocher ;
- régime de vents turbulents dans l’axe de la vallée nécessitant de prendre en compte les phénomènes dynamiques induits ;
- environnement très sensible, notamment en matière hydraulique.
Dans le cas du viaduc de Verrières, ces considérations ont conduit l’architecte André Mascarelli, en liaison avec les ingénieurs, à proposer la conception suivante :
- deux grandes piles en fond de vallée, implantées en pied des versants, la travée principale ainsi constituée atteint 144 mètres ;
- tablier en caisson (ossature mixte acier-béton ou béton précontraint) de hauteur constante. Cette disposition est imposée par la perception visuelle d’un ouvrage courbe dans une vallée encaissée ;
- limitation du nombre d’appuis dans les versants.
Ces différents critères ont conduit à proposer un ouvrage à six travées : 96m – 136m – 144m – 136m – 128m – 80m.
La consultation des Entreprises pour la réalisation du viaduc de Verrières a été conduite suivant la procédure de l’appel d’offres restreint. Deux solutions techniques étaient proposées :
- solution 1 : tablier en ossature mixte acier béton ;
- solution 2 : tablier en béton précontraint.
Pour la solution à ossature mixte, il a été reçu 18 candidatures (16 retenues) et pour la solution en béton précontraint, 9 candidatures (8 retenues). A l’issue de l’analyse des offres, la solution à tablier en ossature mixte acier-béton a été retenue par le Maître d’ouvrage et attribuée au groupement :
- SPIE-BATIGNOLLES – RAZEL – DODIN pour le génie civil et la coordination ;
- VICTOR BUYCK STEEL CONSTRUCTION pour la charpente métallique.
Le délai d’exécution était fixé à 40 mois. L’ordre de service de début des travaux a été notifié le 20 août 1998. L’ouvrage a été construit entre 1999 et 2002.
Les formes des piles ont fait l’objet d’études très importantes pour assurer :
- leur perception dans le site et affirmer leur élancement ;
- leur stabilité en construction et en service, et notamment leur résistance vis-à-vis des effets générés par le lancement de la charpente métallique ainsi que ceux dus au vent turbulent.
Fondations
Les piles sont fondées sur 2 puits marocains dont le diamètre varie de 5,50 m pour P5 à 7 m pour les deux grandes piles.
Dimensions des Piles
- Suivant l’axe longitudinal de l’ouvrage, les fûts ont une dimension constante égale à 14,0 m ;
- Suivant l’axe transversal, les fûts présentent un fruit constant égal à 3 % ; pour les grandes piles, le fruit atteint 12 % à la base. La largeur de P3 à la base est de 44 m ;
- L’épaisseur des parois des piles varie de 50 cm en bas à 40 cm en haut.
- La section des piles est raidie par des planchers intermédiaires espacés de 20 à 24 mètres ;
- Les grandes piles sont pleines sur une hauteur de 3 mètres en bas et de 4m en tête sur une hauteur de 4 mètres.
La plus grande pile (P3) a une hauteur de 141 m. Elle a détenu le record de France de la pile la plus haute, et peut-être du monde ?
Tablier
Il s’agit d’un tablier mixte acier-béton de 720 m de longueur. Le tablier est large de 23,50 m, et porte 5 voies de circulation. Il est constitué d’un caisson métallique sur lequel repose une dalle en béton armé, partiellement préfabriquée. Les encorbellements reposent sur des bracons triangulés.
Le caisson est de forme rectangulaire. Sa largeur est de 7,0 m pour une hauteur variant de 4,50 m au droit des âmes à 4,6375 m au centre. La forme en toit de la membrure supérieure du caisson permet de réduire le trainage de cisaillement dans la tôle supérieure et permet surtout de diminuer l’épaisseur de la dalle au centre.
Pour les membrures supérieures, les tôles ont une épaisseur variable de 20 à 35 mm en S355 et de 30 à 67 mm en S460. Pour les membrures inférieures, les tôles ont une épaisseur variable de 20 à 40 mm en S355 et de 40 à 67 mm en S460. Les tôles formant les âmes ont une épaisseur variable de 18 à 25 mm en S355 et de 25 mm pour les zones en S460.
Pour les membrures supérieures, les tôles ont une épaisseur variable de 20 à 35 mm en S355 et de 30 à 67 mm en S460. Pour les membrures inférieures, les tôles ont une épaisseur variable de 20 à 40 mm en S355 et de 40 à 67 mm en S460. Les tôles formant les âmes ont une épaisseur variable de 18 à 25 mm en S355 et de 25 mm pour les zones en S460.
Le raidissage longitudinal des membrures est assuré par des PRS en Té, espacés de 1 m transversalement. Les âmes sont aussi raidies verticalement par l’alternance de plats et de Té, tous les mètres. Tous les 4 mètres, un cadre assure la rigidité transversale et de torsion du caisson.
Le hourdis est une dalle en béton armé. Les encorbellements ont été préfabriqués sur le site. La bande centrale située sur le caisson est coulée en place ; son épaisseur varie de 25 cm sur les âmes à 20 cm dans l’axe ; la tôle supérieure du caisson sert donc de coffrage.
Afin de comprimer les joints longitudinaux entre dalles préfabriquées et partie coulée en place, une légère précontrainte transversale a été mise en place au droit des clavages sur pièces de pont. Elle est constituée de 4 monotorons gainés graissés, tendus en phase finale d’exécution de la dalle.
La charpente métallique comporte 39 tronçons, acheminés sur le chantier par la route depuis la Belgique, par demi-caissons de 16 à 24 m, pesant entre 60 et 100 tonnes.
Mode de lancement
Le mode de lancement, adapté au poids important de l’ouvrage (6300 t ) et à sa courbure, a consisté à utiliser un avant-bec de 60 m de longueur et un système de haubanage provisoire qui comporte un mât de 27 m de hauteur, posé sur le caisson et des haubans ancrés de part et d’autre, à environ 80 m du pied du mât. Le tablier est poussé par des vérins et l’ensemble glisse sur des appuis de type néoprène-téflon.
Particularités
Des calculs aux éléments finis ont été menés pour vérifier la stabilité vis-à-vis du voilement et du cloquage.
La justification du tablier en phase de construction a fait l’objet de nombreuses études vis-à-vis des effets du vent. Il n’était pas possible, compte tenu de l’ampleur des calculs, d’étudier toutes les phases de lancement. Seules les phases jugées critiques ont été prises en compte. En fait seules les phases d’arrêt prolongé ont été étudiées. Il a été estimé que le lancement devait se faire sous couverture météorologique, avec un vent inférieur à 20 m/s, cette vitesse étant réduite à 12,5 m/s pour les phases les plus délicates (grandes consoles).
Les principaux acteurs :
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