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Matériaux utilisés pour la construction des ponts

Matériaux utilisés pour la construction des ponts

Les pierres, le bois, le béton et l’acier sont les matériaux traditionnels utilisés pour la construction des ponts. Au cours de la période initiale, le bois et les pierres ont été utilisés dans la construction, car ils sont directement obtenus de la nature et facilement disponibles.

La brique a été utilisée comme matériau de construction de sous-groupe avec la construction en pierre. Les pierres en tant que matériaux de construction étaient très populaires en raison de ses propriétés durables. De nombreux ponts historiques en pierres sont encore présents en tant que symbole de la culture architecturale passée.

Mais une partie du pont en bois a été emportée ou est en phase de dégradation en raison de son exposition aux conditions environnementales.

Au fil du temps, la construction du pont a connu plus de développement en termes de matériaux utilisés pour la construction que basé sur la technologie du pont.

Le béton et l’acier sont des matériaux raffinés fabriqués par l’homme. La construction du pont avec ces matériaux artificiels peut être appelée la deuxième période de l’ingénierie du pont. Ce fut donc le début de la technologie moderne d’ingénierie des ponts.

Les ponts modernes utilisent du béton ou de l’acier ou en combinaison. Différents autres matériaux innovants sont en cours de développement afin qu’ils puissent bien s’adapter aux terminologies de pont.

L’incorporation de fibres entrant dans la catégorie des matériaux à haute résistance est maintenant incorporée pour la construction de ponts. Ces matériaux sont également utilisés afin de renforcer les ponts existants.

Pierres pour la construction de ponts

Pendant longtemps dans l’histoire, la pierre a été utilisée sous et sous une forme unique. Ils sont principalement utilisés sous la forme d’arcs. En effet, ils possèdent une résistance à la compression plus élevée.

L’utilisation de pierres a donné aux ingénieurs la facilité de construire des ponts esthétiquement supérieurs et très durables.

Lorsqu’on considère l’histoire de la construction de ponts en pierres, les Romains ont été les plus grands constructeurs de ponts en pierres. Ils avaient une idée et une compréhension claires de la charge sur le pont, de la géométrie ainsi que des propriétés du matériau. Cela leur a permis de construire des ponts à très grande portée par rapport à toute autre construction de pont au cours de cette période.

La période était également compétitive pour les Chinois. La Chine avait également développé un grand pont appelé le célèbre pont de Zhuzhou. Le pont de Zhuzhou est le plus ancien pont ouvert, en pierre et en arc segmentaire connu au monde. Nihonbashi est le pont de pierre le plus célèbre du Japon. C’est ce qu’on appelle le pont du Japon.

 Pont de Zhuzhou, Chine

 Pont de Zhuzhou, Chine

Fig.1: Le pont de Zhuzhou, Chine

Avec le temps, les ponts en pierre se sont avérés les plus efficaces et les plus économiques en raison de la durabilité et de la garantie de faible entretien qu’ils offrent tout au long de sa durée de vie.

Bois ou Bois pour la construction de ponts

Le matériau en bois a été fortement utilisé dans la construction de ponts, contrairement à aujourd’hui, où il est utilisé pour la construction d’ouvrages de construction et connexes. De nos jours, l’acier et le béton offrent une plus grande flexibilité de travail, que l’utilisation du bois et du bois pour les méga travaux a diminuée.

Mais, il y a des innovations liées à la préservation du bois, ce qui a contribué à augmenter la demande de bois dans les structures.

Le bois en tant que matériau d’ingénierie présente l’avantage d’une ténacité élevée et d’une nature renouvelable. Ils sont obtenus directement de la nature et sont donc respectueux de l’environnement.

La faible densité du bois lui confère une résistance spécifique élevée. Ils ont une valeur de résistance appréciable avec une valeur de densité plus faible. Cette propriété permet de les transporter facilement.

Certains des inconvénients liés au bois en tant que matériau de construction sont qu’il est:

  • De nature hautement anisotrope
  • Sensible aux termites, aux infestations et aux vers à bois
  • Hautement combustible
  • Sensible à la pourriture et aux maladies
  • Ne peut pas être utilisé pour des températures élevées

Il existe une variété de ponts en bois dans le monde. La figure 2 montre le pont mathématique situé à Cambridge. Un autre pont est le pont Togetsu-Kyo sur la rivière Katsura à Kyoto.

 Pont mathématique, Cambridge

 Pont mathématique, Cambridge

Fig.2: Le Pont Mathématique, Cambridge

togetsu-kyo-bridge-japan

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Fig.3. Le pont Togetsu-Kyo, Japon

Acier pour la construction de ponts

L’acier gagne en résistance par rapport à tout autre matériau. Cela le rend approprié pour la construction de ponts avec une portée plus longue. Nous savons que l’acier est une combinaison d’alliages de fer et d’autres éléments, principalement du carbone.

En fonction de la quantité et de la variation des éléments, les propriétés de ceux-ci sont modifiées en conséquence. Les propriétés de résistance à la traction, de ductilité et de dureté sont influencées par le changement de sa constitution.

L’acier utilisé pour la construction normale a une résistance de plusieurs centaines de Méga Pascal. Cette résistance est presque 10 fois supérieure à la résistance à la compression et à la traction obtenue à partir d’un mélange de béton normal.

La principale propriété intégrée de l’acier est la propriété de ductilité. C’est la capacité de déformation avant que la rupture finale ait tendance à se produire. Cette propriété de l’acier est un critère important dans la conception des structures.

 Pont Hachimanbashi

 Pont Hachimanbashi

Fig.4. Le pont Hachimanbashi

Le premier pont en fer, le pont Danjobashi, construit en 1878 au Japon. La figure 4 ci-dessous montre le pont Danjobashi. Le pont Danjobashi a été déplacé à l’emplacement actuel et a été nommé pont Hachimanbashi en 1929.

Il a une grande valeur historique et technique en tant que pont moderne. Le pont a été honoré par la Société américaine des ingénieurs civils en 1989.

La composition chimique et la méthode de fabrication déterminent les propriétés de l’acier de construction. Les principales propriétés qui doivent être spécifiées par les concepteurs de ponts lorsqu’il est nécessaire de spécifier les produits sont:

  • Résistance
  • Ténacité
  • Ductilité
  • Durabilité
  • Soudabilité

Lorsque nous mentionnons la résistance de l’acier, cela implique à la fois le rendement et la résistance à la traction. Comme les structures sont plus conçues au stade élastique, il est très essentiel de connaître la valeur de la limite d’élasticité.

La limite d’élasticité est principalement utilisée car elle est plus spécifiée dans les codes de conception. Au Japon, le code recommandé est conçu pour une résistance ultime. Par exemple, SS400 désigné par la force ultime de 400 MPa. C’est une exception.

Les concepteurs et les ingénieurs se fient beaucoup à la propriété de la ductilité pour les aspects de conception liés aux conceptions du groupe de boulons et à la répartition des contraintes dans les conditions d’état limite ultimes. Une autre propriété importante est la résistance à la corrosion par l’utilisation d’acier résistant aux intempéries.

Béton pour la construction de ponts

La plupart des constructions modernes de ponts utilisent le béton comme matériau primaire. Le béton est bon en compression et faible en résistance à la traction. Les structures en béton armé sont le remède mis en avant pour ce problème.

Le béton a tendance à avoir une valeur constante de module d’élasticité à des niveaux de contrainte plus faibles. Mais cette valeur diminue à une condition de contrainte plus élevée. Cela accueillera la formation de fissures et plus tard leur propagation.

D’autres facteurs auxquels le béton est sensible sont les effets de dilatation thermique et de retrait. Le fluage est formé dans le béton en raison d’un stress de longue durée.

Les propriétés mécaniques du béton sont déterminées par la résistance à la compression du béton.

Le béton armé ou précontraint est utilisé pour la construction de ponts. Le renforcement en R.C.C fournit la propriété de ductilité à la structure. De nos jours, le renforcement de la ductilité est fourni comme une exigence supplémentaire principalement dans la construction résistante aux tremblements de terre.

Le RCC est aujourd’hui fabriqué à partir d’acier, de polymère ou d’une autre combinaison de matériaux composites. Il existe de nombreux matériaux durables qui peuvent jouer le rôle de ciment. Il s’agit d’une nouvelle innovation dans la construction de ponts durables.

Par rapport à la construction de ponts en CCR, le béton précontraint est le béton le plus préféré et le plus utilisé. Une force de pré-compression est induite dans le béton à l’aide de tendons en acier à haute résistance avant la charge de service réelle.

Par conséquent, cette contrainte de compression résistera à la contrainte de traction qui survient dans les conditions de charge réelles. La précontrainte est induite dans le béton soit par post-tension, soit par précontrainte de l’armature en acier.

De nombreux inconvénients du béton armé normal comme les limitations de résistance, les structures lourdes, les difficultés de construction sont résolus en utilisant du béton précontraint.

Lire aussi: Quels sont les types de béton? Quelles sont leurs applications ?

Matériaux composites dans la construction de ponts

Les matériaux composites sont développés et utilisés à la fois pour la construction de nouveaux ponts et à des fins de réhabilitation.

Le plastique renforcé de fibres est l’un de ces matériaux qui est une matrice polymère. Celle-ci est renforcée par des fibres qui peuvent être en verre ou en carbone. Ces matériaux sont légers, durables, de haute résistance et de nature ductile.

De nouvelles solutions et matériaux sont encouragés en raison des problèmes de détérioration auxquels sont confrontés les ponts en acier et en béton.

Un autre matériau est le béton de poudre réactive (RPC) qui a été développé en Corée. Ce matériau est une forme de béton haute performance renforcé de fibres d’acier. Ce mélange aidera à fabriquer des colonnes minces pour des ponts de plus longue portée. Cela garantit également une durabilité accrue.

Les matériaux composites sont utilisés dans la réparation des colonnes de pont et de tout autre élément de support pour améliorer la ductilité et la résistance à la force sismique.

De la fibre de verre imprégnée d’époxy est utilisée pour recouvrir la colonne (colonnes de nature non ductile). C’est une alternative à la technique de la veste en acier.

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