II) LES PONTS ET LE PARASISMIQUE

1) Les différents type de ponts

 

Un pont est un ouvrage d’art créé par l’homme permettant de franchir un obstacle comme un cours d'eau, une voie de communication, une vallée, ...  sans avoir à le modifier. Le franchissement supporte le passage d'hommes et de véhicules dans le cas d'un pont routier ou le passage d'eau dans le cas d'un aqueduc. Les ponts font ainsi partie de la famille des ouvrages d'art et leur construction relève du domaine du génie civil.

 

Il faut distinguer le pont de :

 

  • L’aqueduc, (du latin « aqua » qui signifie eau et « ductus » qui signifie pour conduire)  c’est un ouvrage destiné à acheminer l’eau à destination d'une ville. Il est construit en pente pour faciliter l’écoulement de l’eau dans un seul sens.
  • Le viaduc, (du latin « via » route et « ductus » conduire) c’est un ouvrage permettant à un véhicule de surmonter une étendue infranchissable tel un dénivelé, plus une rivière par exemple.

 

Structure de base d'un pont                            

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La structure du pont est constituée de :

  • Un tablier qui forme la partie  supportant les voies de circulation. Elle est la pièce maîtresse pour tous types de ponts. D’autant plus qu’elle participe à la rigidité structurale de l’ouvrage ;
  • Les culées qui servent de point d'appui aux extrémités du tablier ;
  • Les piles qui portent le tablier entre les culées, si la longueur du tablier le nécessite. Dans le cas des ponts suspendus et des ponts à haubans, le tablier est soutenu par des suspentes ou des haubans accrochés à des pylônes ;
  • La travée qui est la partie du pont comprise entre les piles ou entre une pile et une culée. 

Notons que les fondations font partie intégrante des ponts, elles sont primordiales à sa construction, cependant on ne peut parler de fondations spécifiques. En effet, chaque pont est un cas particulier car il est fait sur mesure. La totalité des poids et la stabilité générale de l’ouvrage reposent sur ces fondations.

Il  existe différents types de ponts. Les formes courantes sont:

  • En arc,
  • Pivotant,
  • Basculant,
  • A poutres,
  • Suspendu,
  • A haubans.

 Nous nous intéresserons aux trois dernières catégories, en effet, elles sont plus communes et plus avantageuses lorsqu'il s'agit de traverser de longues étendues.

 

 
      
 
Les ponts à poutres:

Le premier pont à poutres a été construit en 1453. C'est la méthode de pont la plus simple. Cependant, il ne permet pas d'atteindre une grande hauteur. La constitution d'un pont à poutres est très simple, les poutres n'exerçant que des réactions verticales ou quasi verticales. Tout le poids du pont repose donc sur ces poutres qui travaillent essentiellement en flexion longitudinale.
 
 
 
pont-poutre-3.png

 
Cependant, la nature des poutres peut être très différente selon les ponts :
  • Poutres à âme pleine
  • Poutre en treillis
  • Poutre en caissons
  • Bow String
Deux critères permettent de différencier les poutres : la forme ou le matériau et le croisement des deux permet de déterminer un grand nombre de poutres.
 
      
 
             

     Les ponts suspendus:

Les constructions les plus adaptées pour franchir de grandes portées sont les arcs et les structures à câbles. Cette formule est peu coûteuse et facile à construire. Toutefois, des problèmes d'oscillation et de résonnance peuvent apparaitre. Le principe des ponts suspendus est de maintenir le poids du tablier par deux câbles porteurs solidement arrimés aux berges. Un pont suspendu comporte trois parties essentielles, les pylônes ou tours, les ancrages et les câbles.
 
 
pont-suspendu-3.jpg
 
 
 
La structure d'un pont suspendu lui permet d'avoir des portées plus importantes mais il présente un certain nombre d'inconvénients :
  • Il nécessite la présence de massifs d'ancrage imposants et lourds, indispensables pour retenir les forces considérables qui s'exercent, ce qui fait qu'il ne peut être construit sur n'importe quel sol.
  • Le remplacement des câbles devient un travail très difficile et dangereux demandant un long travail ainsi que la fermeture du pont.
  • Une prise au vent, mal étudiée, peut provoquer sa rupture.


 Les ponts à haubans:

Les premières tentatives de progrès de ponts à haubans étaient des ponts mixtes. La 
structure d'un pont à haubans est une extrapolation des poutres construites par 
encorbellement. Un hauban est, généralement, un assemblage de câbles en acier destiné à 
soutenir le tablier d'un pont et à répartir les forces. Le hauban est fixé, d'un côté à un pylône 
du pont et au tablier à son autre extrémité. On peut aussi appeler cela des câbles Fressinet. 
Les ponts à haubans, ne tiennent pas, comme les ponts suspendus, grâce à deux câbles 
principaux ancrés sur les rives, mais grâce à de nombreux câbles obliques attachés aux piliers 
du pont, qui supportent la totalité du poids du pont. 
Ils constituent une avancée par rapport aux ponts suspendus sur les sols meubles, pourtant, les 
ponts à hauban sont limités en portée car les piliers qui doivent être assez élevés les rendent 
plus vulnérables au vent ou aux vibrations.
       pont-haubans-1.png
        Il existe plusieurs types de haubanage :
  • en harpe
  • en éventail
  • en semi-harpe
  • asymétrique
      Ses principaux avantages sont :
 
  • la répartition des forces au niveau des piliers, ce qui rend inutile la réalisation de points d'ancrage aux berges.
  • sa structure stable lui permettant d'être construit sur à peu près tous types de terrains. 
  • la maintenance plus simple, car il n'est plus nécessaire d'arrêter la circulation, les autres haubans pouvant supporter le poids du pont. 
  • Moins chère que les ponts suspendus, car pas besoin de câbles supportant le poids du pont.
 
       Ses principaux inconvénients sont:

  • les grandes déformations induisent un commportement non linéaire de la structure
  • les charges dynamiques (vent, séismes) sont plus déterminantes que les charges statiques.
 
 
 
 

Parasismique

Lors d'un séisme, c'est le sol qui est moteur. Les sollicitations mécaniques que le séisme engendre sont diverses et il est certain qu'une bonne connaissance de son action permettrait de mieux construire. Les séismes se manifestent à la surface du sol par un mouvement de va-et-vient. Le mouvement est caractérisé par le déplacement et l'accélération du sol. Les constructions sont liées au sol au moins par leurs fondations, éventuellement par leurs parties enterrées (sous-sol).

Les éléments de construction solidaires du sol suivent ces déplacement du fait de leur masse, par inertie les parties présentes en élévation ne suivent pas instantanément le mouvement et il s'ensuit une déformation de la structure. Si les constructions ont été conçues et réalisées suivant les règles de l'art en zone sismique, elles passeront par leur position initiale et se mettront à osciller. Au cours du mouvement, le bâtiment parasismique doit réagir dans un temps très court (quelques dizaines de secondes) sans dommage majeur. La rupture survient si le bâtiment n'a pas été conçu pour résister à ces mouvements. 


Pour la construction du pont on doit étudier l'activité sismique dans la région car les ondes sismiques, en le traversant, ont un impact sur le pont lui-même. Il est donc indispensable d'étudier comment se propagent les ondes sismiques dans les matériaux du pont. Le trajet des ondes dans un matériau homogène est similaire à celui de la lumière. Les ondes obéissent à la même loi, celle de Descartes, les ondes de Love sont les plus destructrices pour les édifices. Selon leur type, leur trajet est différent. En changeant un matériau, l'onde sismique peut être réfractée.


 

Les effets des seismes dependent aussi de la nature du sol car les ondes sismiques n'ont pas la meme vitesse. On distingue 5 classes de sol :

 

  •  A : Les rochers d'au moins 5 metres d'epaisseur ;
  •  B : Les depots raides de sables, graviers denses d'au moins plusieurs dizaines de metres d'epaisseur ;
  •  C : Les depots profonds de sable de densite moyenne de dizaines a plusieurs centaines de metres ;
  •  D : Les depots de sol sans cohesion de densite faible a moyenne ;
  •  E : Le Sol comprenant une couche superficielle d'alluvions et une epaisseur comprise entre 5m et 20m.

 

Tout le monde connait probablement l'histoire de ce pont metallique qu'un bataillon marchant au pas cadence aurait emprunte : la cadence des pas etant la meme que la frequence de resonance du pont, les vibrations auraient ete amplifiees et le pont se serait effondre.

    Mentionnons les informations données par des accélérogrammes. L'étude de l'accélérogramme permet d'accéder à la période des oscillations du sol et fournit leurs amplitudes maximales. On définit ainsi les limites supérieures auxquelles devront résister les bâtiments en cas de séisme. Ces limites sont déterminées par les spectres de réponses obtenus en considérant un grand nombre d'oscillateurs élastiques linéaires caractérisés par leurs masses et leurs raideurs et dont les périodes propres balaient une plage de valeurs courantes dans les structures de génie civil.

    ll s'avère donc nécessaire de prendre en compte les règles de construction exigées par l'Eurocode. Ces normes de conception ont pour but d'harmoniser la construction en Europe. Il existe 60 Eurocodes regroupés en 9 familles. L'Eurocode 8 formule la conception d'ouvrages en zones sismiques. Les principes de l'Eurocode 8 peuvent être résumés de la manière suivante : Le non effondrement vis-à-vis de l'action sismique spécifiée ; La limitation des dégâts vis-à-vis d'une action sismique plus forte ; La limitation des dommages vis-à-vis d'une action sismique plus faible (limitation des déformations de la structure) ; Les critères associés à ces prescriptions sont la stabilité, la résistance et la ductilité.

    Citons l'acier(1)qui est matériaux qui présentent l'avantage de résister à la traction, pour respecter ces prscriptions. 

    Autre matériau de construction utilisé pour sa grande résistance face à la compression: le béton. Cependant ce matériau a très peu de résistance face à la traction. De ce fait utiliser le béton armé(2) dont la caractéristique est l'introduction de barres d'acier dans le béton afin de compenser sa faible résistance à la traction, est une solution; car le fait de placer des barres d'acier, qui jouent le rôle d'armature, permet de pallier cette carence. 

    Ainsi que le béton précontraint(3) qui est une technique visant à améliorer la résistance du béton face à des sollicitations très élevées. Cela en créant une compression initiale permettant au béton d'être totalement comprimé sous les sollicitations.

                                                     

 

                            

(1)

(2)

(3)

 

 

 

 

 

Dispositifs parasismiques

L'Arrété du 26 octobre 2011 encadre la nouvelle règlementation sismique et les influences sur la conception des ponts (Arrété ponts).

On distingue plusieurs principes de conceptions parasismiques des ponts basés sur la structure de l'Eurocode8 (EC8-2).

Ductilité :C'est l'ensemble des dispositions de contructions parasismiques qui permet d'éviter les ruptures fragiles en favorisant un comportement ductile.

Très tôt, les ingénieurs ont eu l'idée de disposer entre le sol, et les bâtiments, un "paillasson isolant" de manière à pouvoir dissiper le maximum d'énergie due à l'action sismique avant qu'elle n'atteigne ces bâtiments. C'est la raison pour laquelle, on a vu se développer depuis environ une vingtaine d'années, divers dispositifs parasismiques appelés aussi  "isolateurs". Le procédé comportant des appuis parasismiques consiste à disposer les isolateurs entre deux parties de l'ouvrage.

Isolation sismique: Il s'agit d'introduire un système en interface entre la construction et le sol susceptible de filtrer les oscillations sismiques d'où le terme d'isolation sismique. Ces systèmes sont à base d'appuis en néoprène utilisé pour ses propriétés d'importante déformabilité et de vérins amortisseurs freinant par leur viscosité les mouvements intempestifs (même principe que les amortisseurs de voiture).

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