Quelles sont les forces physiques qui s'appliquent sur les ponts ?

Tout d’abord, comme toute structure, les ponts sont soumis à un poids, qui est lui-même dû à la force d’attraction gravitationnelle de la Terre. La relation pour calculer ce poids est

P = m x g

Avec P le poids en newton (N), m la masse en kilogrammes (kg). g est l’intensité de pesanteur en newton par kilogramme-1 (N x Kg-1). g est une constante dont la valeur est de 9,81N x kg-1 en France.

 

Les 4 différents types de ponts ont également des contraintes avec les charges. Lors de la construction, ces charges doivent vraiment être prises en compte car leurs masses s’ajoutent au poids du pont. Il existe deux grands types de charges :

  • Les charges véhiculaires : c’est la charge exercée par l’ensemble des voitures sur un pont. La valeur de ces charges est calculable en additionnant le poids de toutes les voitures présentent sur le pont. Pour cela, toutes les situations doivent être prises en compte (embouteillage,…)

  • Les charges climatiques : ce sont les phénomènes naturels (neige, pluie,…). Ces charges ajoutent leurs poids à celui du pont. Toutefois, sur des nouveaux ponts équipés de système de drainage, ces charges sont négligeables.

 

Tous les types de ponts peuvent être soumis à six différents types de forces :

  • la force gravitationnelle (voir la partie sur le poids)

 

  • la force de compression : c’est la force qui tente d’écraser le matériau sur lequel il agit. Pour les ponts à haubans, les piliers sont soumis à cette force calculable par :

 

-||F|| = ||F’||

Avec F est F’ qui sont des vecteurs de sens opposés.

Le matériau est comprimé.

 sans-titre1-1.png

La force de compression

  • la force de tension : c’est l’inverse de la force de compression. Cette force est calculable par :

||F|| = ||F’||

Avec F et F’ qui sont des vecteurs de sens opposés.

 sans-titre2-1.png

La force de tension

  • la force de flexion : c’est une combinaison de la force de compression et de la force de tension. Cette force n’intervient pas sur les ponts à haubans puisque les haubans soutiennent le tablier. (c’est pour cette raison que l’on ne peut construire un pont à poutres d’une très grande portée).

sans-titre3.png 

La force de flexion

 

  • la force de torsion : Sous l'action de deux forces opposées agissant dans des plans parallèles, la torsion agit sur les tabliers des ponts ainsi que sur les piles.

 sans-titre4.png

La force de torsion

 

  • la force de cisaillement : cette force peut être très dangereuse car elle peut couper même les plus durs matériaux. Elle consiste à cisailler le tablier d’un pont.

 sans-titre5.png

La force de cisaillement

 

 

Cependant, mis à part dans les cas de conditions climatiques extrême (vent très violent,…), la force de torsion et de cisaillement n’agissent pas sur les ponts.

 

sans-titre6.png ←La force de tension s’applique sur les câbles du pont.

 ←La force du poids est exercée sur les piliers.

 

 
Schéma expliquant la répartition des forces sur un pont suspendu





sans-titre7.png

Les haubans subissent la force de flexion

Le poids s'exerce sur les piliers du pont à haubans



 Schéma expliquant la répartition des forces sur un pont à haubans

 

 

sans-titre8-1.pngLa force de compression comprime le dessus du pont

La force de tension tend le dessous du pont

Le poids du pont est soutenu par les piliers

Schéma expliquant la répartition des forces sur un pont à poutres



sans-titre9.png

La force de compression agit d'abord sur les arches qui transmettent cette force aux culées

Le poids est soumis aux culées

 

Schéma expliquant la répartition des forces sur un pont en arc

 

Il y a d’autres phénomènes qui posent problèmes pour les ponts même si des solutions sont mises en place pour les combattre :

-la résonance : on parle de résonance quand un objet est excité à la même fréquence que sa fréquence propre. Cet objet se met à vibrer et osciller.

Ce phénomène est un danger majeur pour les ponts et il existe plusieurs exemples de ponts détruits à cause de ce phénomène de résonance. Le pont de la basse-chaine, à Angers, qui a cédait en 1850 sous le passage d’une troupe au pas cadencé. On peut également prendre l’exemple du pont de Tacoma, qui, en 1940, s’est effondré sous l’effet de vent soufflant à plus de 64 km/h. le pont a été soumis à la force de flexion et est rentré en résonance, ce qui a provoqué son effondrement.

 

Le pont de Tacoma

 

Toutefois, une technique en particulier est utilisée pour combattre ce phénomène. Elle consiste à construire le pont en plusieurs segments car les oscillations ne peuvent pas passer d’un segment à l’autre.

 

-la dilatation : le pont s’allonge ou se raccourcit ou selon la température ambiante. Lorsqu’elle augmente, les atomes de fer et de carbone présents dans l’acier prennent plus de place et donc le pont s’allonge.

On peut calculer ce phénomène grâce à la formule :

∆L = α x ∆T x L0

∆L est la longueur de variation en mètre.

α est le coefficient de dilation linéaire en Kelvin-1. Le coefficient de dilatation linéaire de l’acier, principale composant des ponts est de 12,0 x 10-6K-1.

L0 est la longueur initiale en mètre (m).

ΔT est la variation de température en Celsius ou en Kelvin.

Exemple : lors d’un été très chaud, un pont comme le viaduc de Millau peut augmenter de plus d’1m50.

 

 

Lien vers la quatrième et dernière partie

 

 

 

 

 

 

 

Commentaires (6)

1. Pazy 09/10/2014

Salut on est en techno sie pourris a++

2. Annlisa 03/06/2014

Bonjour Elinël, je trouve votre comportement très inapproprié concernant ce site puis des jeunes gens pourraient être bouleversés à la vue de votre publication. Cordialement !

3. Elinël 03/06/2014

COUCOOOOOUUU !!!!!! Nous sommes en TECHNOO et C'EST de la merde ... Bref on se divertie grâce à ton site pourrie Salutations

4. astlin13 12/04/2014

Merci, se site nous a beaucoup aider pour avancer dans notre dossier !!! encore merci

5. Durée 12/04/2014

se site a changé notre vie avec les ponts (ras le bol du dossier des ponts!!!) :43

6. KIkou1254 28/01/2014

hgft,ju fy hjdf gé"hgd jry rjhbjf heybg ké"uyt fbc jyugehv
Cordialement.

Ajouter un commentaire

Créer un site gratuit avec e-monsite - Signaler un contenu illicite sur ce site