Les ponts sont généralement considérés comme des structures statiques. La vérité est qu’ils agissent en fait plus comme des êtres vivants dynamiques. Ils changent constamment, répondant à différentes charges, conditions météorologiques et autres types de stress pour fonctionner. Dans certains cas, tout comme une personne subissant un traumatisme, les ponts doivent « réagir” à des événements extrêmement stressants tels que des accidents, des explosions, des incendies, des tremblements de terre et des ouragans pour survivre.

Dans cet article, nous examinerons comment différents types de ponts sont conçus pour gérer le stress. Nous examinerons également certaines des forces les plus courantes qui mettent l’accent sur les ponts. Ces facteurs de stress peuvent avoir un impact important sur la façon dont les ponts vieillissent, tombent en déclin et peuvent potentiellement échouer.

Les comprendre peut aider les ingénieurs à développer des structures durables et les inspecteurs et le personnel de maintenance à prolonger la durée de vie des structures existantes.

Le dilemme de la gravité

La force la plus profonde affectant les ponts est la gravité, qui tire constamment sur eux, essayant de les entraîner vers la terre. La gravité n’est pas si grave lorsqu’il s’agit de bâtiments, y compris les grands comme les gratte-ciel, car le sol en dessous d’eux repousse toujours.

Ce n’est pas le cas en ce qui concerne les ponts. Leur terrasse s’étend sur un espace ouvert. « L’espace » ne fournit aucun support contre la gravité. Les ponts plus grands qui enjambent des espaces plus longs sont plus vulnérables à la gravité que les ponts plus courts. De même, les structures plus lourdes sont plus susceptibles d’être victimes de la gravité que les structures plus légères.

Les pannes de pont sont relativement rares. Alors, qu’est-ce qui les empêche de dégringoler à cause de la force de gravité?

La réponse est à peu près la même quel que soit le type de structure:

• La compression (une force qui pousse ou serre vers l’intérieur) est soigneusement équilibrée avec la tension (une force qui s’étire et tire vers l’extérieur).
• Cet équilibrage se fait en canalisant la charge (le poids total de la structure du pont) sur les culées (les supports à chaque extrémité du pont) et les piles (les supports qui passent sous le pont sur toute sa longueur).

Ces forces sont réparties de différentes manières sur différents types de ponts :

Pont à poutres

Un pont à poutres a son tablier (poutre) en tension et en compression. (Le faisceau peut être pressé et étiré en fonction des conditions.) Les piliers sont en compression, ce qui signifie qu’ils sont toujours pressés.

Pont en arc

Un pont en arc supporte les charges en répartissant la compression sur et en bas de l’arche. La structure pousse toujours sur elle-même.

Pont suspendu

Les tours (piles) d’un pont suspendu sont en compression et le tablier est suspendu à des câbles qui sont en tension. Le pont lui-même est à la fois en tension et en compression.

Pont à haubans

Un pont à haubans est similaire à un pont suspendu. Cependant, le pont est suspendu directement aux piles sur des câbles. Les piles sont en compression et les câbles sont en tension. Le pont subit les deux forces.

Pont en treillis

Un pont en treillis est une variante d’une structure de poutre avec des renforts améliorés. Le pont est en tension. Les fermes gèrent à la fois la tension et la compréhension, avec les diagonales en tension et les verticales en compression.

Un pont en arc supporte les charges en répartissant la compression sur et en bas de l’arche. La structure pousse toujours sur elle-même.

Pont en porte-à-faux

Un pont en porte-à-faux est l’une des formes les plus simples à comprendre. Fondamentalement, il aborde les forces de tension (traction) au-dessus du tablier du pont et celles de compression (poussée) en dessous.

Découvrez ces ponts qui gèrent les forces de manière unique:

The Rolling Bridge, Londres

Cette structure sculpturale est un type de pont communément appelé pont de curling. Il est composé de huit sections triangulaires articulées ensemble. Le pont est capable de ”déboucher » pour permettre aux piétons de le traverser et de ”se recroqueviller » pour laisser passer les bateaux.

Lorsque la structure est dans son état ”non enroulé », elle ressemble et fonctionne un peu comme un pont en treillis. Un système de pistons hydrauliques est utilisé pour le faire rouler dans sa forme octogonale fermée.

Par Loz Pycock, via Wikimedia Commons

Le pont du Millénaire Gateshead, Newcastle

Cette structure innovante est souvent appelée pont « inclinable”. Il utilise un système hydraulique avancé pour le soulever lorsque les bateaux passent.

Bien que cela semble assez simple, ce pont doit faire face à des problèmes de tension et de compression uniques. Il tire parti des caractéristiques de la suspension et des conceptions à haubans qui sont poussées (et étirées) à des limites extrêmes lorsque le pont est en mouvement. Cette structure ajoute une nouvelle dimension à l’ingénierie des ponts standard.

La conception du pont est simple et complexe à la fois. Un pont équilibre constamment les forces de compression à certains endroits avec celles de traction dans d’autres, de sorte qu’aucune force écrasante, en particulier la gravité, ne surmonte la structure à tout moment, entraînant des dommages ou un effondrement.

Facteurs de contrainte au-delà de la gravité

Le facteur de complication est que la compression et la tension sur un pont changent constamment en raison de facteurs de contrainte tels que:

Changement de charges

Il serait facile de construire des ponts si les charges sur eux restaient statiques. Les forces sur eux ne changeraient jamais. La réalité est que les charges peuvent varier considérablement et dynamiquement tout au long de la journée et au fil du temps.

Les ponts transportent tout, des trains, des voitures, des camions et des piétons aux conduites d’eau et autres infrastructures de services publics. La quantité de trafic et le volume des services publics changent tout au long de la journée, entraînant des variations importantes de la charge vive, ce qui peut augmenter et diminuer les forces de traction et de compression à travers la structure.

Exemple: Lorsqu’un chemin de fer traverse un pont, la structure se plie et fléchit, puis revient à son état de détente initial une fois que le train passe.

Les forces environnementales

Les ponts réagissent constamment à Mère Nature. Les sources environnementales de stress comprennent :

• Les marées, les vagues et les remontées d’eau. L’eau est l’une des forces les plus puissantes sur terre. Les ingénieurs insèrent souvent des ouvertures dans les culées du pont pour permettre à l’eau de s’écouler plutôt que de les pousser contre elles.
• Vents. De grandes rafales de vent peuvent faire balancer et tordre les ponts. Les modernes sont plus légers et plus aérodynamiques, permettant au vent de les traverser, ce qui les empêche de bouger.
• Tremblements de terre. Les forces sismiques font trembler les sections du pont et s’écrasent les unes sur les autres, ce qui peut les faire s’effondrer. Les concepteurs incluent des amortisseurs pour absorber les vibrations et des pare-chocs pour empêcher les sections de se cogner sur les ponts dans les zones sismiques actives.
• Les ouragans et autres tempêtes majeures peuvent avoir des effets dévastateurs sur les zones exposées des ponts. Les équipes de construction installent souvent des équipements de protection autour des sections vulnérables, telles que les infrastructures de services publics.
• Glace, froid et blizzards. Le temps froid et les conditions de gel provoquent une contraction de certains éléments du pont. La décongélation peut avoir l’effet inverse. Les effets de l’expansion et de la contraction ont été exacerbés dans les conditions climatiques les plus extrêmes d’aujourd’hui. Les ingénieurs en tiennent compte en incorporant des composants plus réactifs et plus flexibles dans les ponts construits dans des endroits froids.

Les accidents et autres événements inattendus

Les accidents de la circulation et de la construction, les bateaux heurtant des culées et les explosions peuvent entraîner des contraintes importantes sur le pont et parfois une défaillance. Les constructeurs peuvent tirer parti de matériaux résistants et ignifuges et d’éléments isolants pour limiter l’impact des événements extrêmes sur l’équilibre des forces affectant un pont.

Conclusion

Certaines des forces décrites ci-dessus peuvent causer des dommages catastrophiques immédiats aux ponts ou une défaillance finale. Ces facteurs de stress s’usent également au niveau des ponts au fil du temps, entraînant des dommages à long terme.

Tout comme les êtres vivants, les ponts ont des moyens de communiquer qu’ils sont trop stressés. Les inspecteurs, les gestionnaires et les ingénieurs doivent rechercher ces panneaux. Cela peut les aider à protéger les structures existantes et à leur fournir les informations dont ils ont besoin pour concevoir des structures encore plus durables et réactives à l’avenir.