Les ponts font tellement partie de la vie quotidienne qu’on les considère souvent comme acquis. Que ce soit en voiture, à pied ou en train, ils nous permettent de traverser des étendues d’eau, des vallées, des routes et d’autres obstacles géologiques et artificiels. Tout aussi important, ils permettent aux lignes de services publics vitaux, y compris les câbles et les pipelines, d’enjamber également ces barrières.
Regardons quelques conceptions de pont communes, comment elles ont évolué au cours des siècles, et le but que chaque conception sert. Pendant que nous y sommes, nous allons prendre du recul et admirer quelques exemples notables de chacun d’entre eux. Cela pourrait vous aider, vous et vos clients, à voir les ponts sous un nouveau jour.
#1 – Pont à poutres
Les ponts à poutres sont généralement considérés comme la forme la plus simple de pont. Simple comment ? Lorsque les hommes des cavernes posaient des rondins sur les cours d’eau pour les traverser, ils construisaient les premiers ponts à poutres.
Ces ponts de base couvrent généralement des distances relativement courtes. Pour construire un pont à poutres (également appelé pont à poutres), tout ce dont vous avez besoin est une structure horizontale rigide (une poutre) et deux supports, un à chaque extrémité, sur lesquels la faire reposer. Ces éléments supportent le poids descendant du pont et de tout trafic qui y circule.
Le pont à poutres le plus simple pourrait être un rondin, une planche de bois ou une dalle de pierre posée en travers d’un ruisseau ou d’un cours d’eau étroit. Ceux qui sont plus compliqués sont généralement construits en acier ou en béton ou une combinaison des deux. Les éléments en béton peuvent être renforcés, précontraints ou post-tendus.
Structure d’un pont à poutres typique.
En supportant le poids, un pont à poutres endure des contraintes de compression et de tension.
Pour comprendre comment cela fonctionne, pensez à ce modèle simple ou essayez-le dans votre garage. Imaginez que vous prenez une planche et que vous la posez sur deux briques. Il s’agit d’un simple pont à poutres. Si vous placez un poids lourd au milieu de la planche, elle se pliera. Le côté supérieur se pliera sous la force de compression et le côté inférieur se pliera sous la force de tension. Ajoutez suffisamment de poids, et le « pont » finira par se rompre. Le côté supérieur se déformerait et le côté inférieur se casserait.
Avec cet exemple, vous pouvez comprendre les facteurs qu’un ingénieur doit prendre en compte lors de la conception d’un pont.
Les ponts à poutres sont généralement utilisés pour franchir des distances relativement courtes (généralement moins de 250 pieds) car, contrairement aux autres types de ponts, ils n’ont pas d’appuis intégrés. Les seuls appuis sont fournis par des piliers. Plus les appuis sont éloignés, plus le pont à poutres est faible. Cela ne signifie pas que les ponts à poutres ne peuvent pas être utilisés pour franchir de plus longues distances, cela exige simplement qu’une série de ponts à poutres soient reliés entre eux, créant ce que l’on appelle une travée continue.
Lake Pontchartrain Causeway, Louisiane
- Porte : Quatre voies de circulation
- Traverse : Le lac Pontchartrain
- Endroit : Metairie et Mandeville, Louisiane
- Construction : Pont à poutres à portée continue
- Longueur : 23,87 mi (38,442 km)
- Hauteur : 15 ft
- Achevé : 1956 (direction sud), 1969 (direction nord)
Les ponts à poutres plus longs et plus complexes sont construits à l’aide de nombreuses poutres alignées côte à côte avec un tablier en travers de leur sommet. Les poutres principales peuvent être des poutres en I (également appelées poutres en H), des fermes ou des poutres caissons. Elles peuvent traverser le pont à mi-chemin ou sur toute sa longueur.
Les ponts à poutres sont utilisés pour transporter des piétons, des automobiles, des camions et des lignes ferroviaires sur des travées de distance limitée. Ils sont fréquemment utilisés pour les monorails et les systèmes de transport en commun surélevés. Ils sont également précieux pour transporter des câbles et des pipelines de services publics sur de courtes distances vers les maisons, les communautés isolées et les lotissements.
Introduction : de nombreux ponts à poutres sont des structures historiques, et il existe des limites quant à la façon dont les services publics peuvent être transportés sur ces ponts. L’État du Connecticut, qui abrite de nombreux ponts historiques de ce type, offre des lignes directrices sur la façon de traiter cette question.
#2 – Pont en treillis
Francis Scott Key Bridge – Baltimore, Maryland
- Porte : Quatre voies de circulation
- Traverse : Rivière Patapsco
- Emplacement : Baltimore, Maryland
- Construction : Pont à treillis continu en forme d’arc en acier
- Longueur : 8 636 pieds
- Hauteur : 185 pieds
- Achevé : 1977
Un pont à treillis présente un treillis proéminent, qui est une structure d’éléments connectés qui forment des unités triangulaires. On utilise une ferme parce que c’est une structure très rigide qui transfère la charge d’un point unique du pont à une zone beaucoup plus large. Les ponts à treillis peuvent franchir des portées plus longues que les ponts à poutres de base.
Structure d’un pont à treillis typique.
Les ponts à treillis sont apparus très tôt dans l’histoire des ponts modernes. Ils sont relativement économiques à construire parce qu’ils utilisent efficacement les matériaux.
Les ponts à treillis étaient construits principalement en bois au début des années 1800 et sont lentement passés à la construction en fer au milieu de ce siècle. L’acier est devenu la norme dans les années 1880. Certains États ont continué à construire des ponts à treillis en acier jusque dans les années 1930, tandis que d’autres les ont abandonnés plus tôt, choisissant de construire des ponts à poutres et à poutres en béton à la place.
Des exemples de ces ponts existent encore à travers les États-Unis, mais leur nombre diminue car ils sont démolis et remplacés par des types de ponts plus modernes. Certains ponts à treillis sont extrêmement simples et utilitaires, tandis que d’autres utilisent des détails de conception plus élaborés.
Au cours de l’histoire, les ingénieurs ont expérimenté différentes formes de ponts à treillis, en essayant de trouver de meilleures façons de résoudre des problèmes particuliers. Un pont à treillis peut avoir un tablier ou une plate-forme sur le dessus (treillis de pont), au milieu (treillis traversant), ou au bas du treillis. Si les côtés de la ferme s’étendent au-dessus de la plate-forme mais ne sont pas reliés, on parle de pony truss ou de half-through truss.
Les ponts en treillis sont traversés par des piétons, des automobiles, des camions, des trains légers et des trains lourds. Ils sont généralement utilisés pour enjamber les rivières plutôt que les routes. Les ponts à treillis ont historiquement été utilisés pour transporter l’eau et les eaux usées par des tuyaux à travers les travées. Au fil des ans, des lignes électriques et des câbles ont également été ajoutés. Une grande partie de cette infrastructure de services publics vieillit, et même si le pont n’est pas remplacé, les lignes de services publics doivent souvent l’être.
Note : Il est important d’utiliser un équipement sûr conçu spécifiquement pour l’entretien sous les ponts lors de la mise à jour de l’infrastructure de services publics vieillissante sous les ponts à treillis. Jetez un coup d’œil à ces exemples.
#3 – Pont cantilever
Ed Koch Queensboro bridge – New York City
- Porte : Dix voies de circulation, quatre supérieures, six inférieures, plus des voies pour les piétons &bicyclettes
- Transverse : East River
- Emplacement : Ville de New York (de Manhattan à Queens)
- Construction : Pont cantilever à double étage
- Longueur : 3 724 pieds
- Hauteur : 130 pieds
- Achevé : 1909
Ces types de ponts sont construits à l’aide de porte-à-faux, qui sont des structures qui se projettent horizontalement dans l’espace, soutenues par une seule extrémité. Pour les petites passerelles, les cantilevers peuvent être de simples poutres. Les ponts en porte-à-faux plus grands, conçus pour supporter le trafic routier ou ferroviaire, utilisent des fermes construites en acier de construction ou des poutres caissons construites en béton précontraint.
Structure d’un pont en porte-à-faux.
Les ponts cantilever à treillis en acier ont constitué une percée majeure en ingénierie dans les années 1800, car ils peuvent couvrir des distances de plus de 1 500 pieds et sont plus facilement construits à des croisements difficiles, comme les autoroutes, les cours d’eau profonds ou les zones peuplées, en utilisant peu ou pas d’appui au sol.
Les ingénieurs construisent des ponts cantilever plus longs en ajoutant plus d’appuis. Cela répartit la charge entre eux, ce qui permet d’obtenir une plus grande longueur.
Les ponts cantilever peuvent être construits sans faux-œuvre en dessous et sans tours de support et câbles au-dessus. Ce niveau de simplicité de construction est l’un de leurs grands avantages. Ils sont également de construction très rigide, de sorte qu’ils peuvent supporter des charges relativement importantes, y compris des lignes de chemin de fer, ce qui est une utilisation courante de ces ponts.
Plusieurs de ces ponts transportent des services publics sur leur portée dans les zones urbaines denses. Jetez un coup d’œil à cet exemple d’un grand projet qui a coordonné l’installation d’une variété de services publics, y compris des réseaux de fibre optique, du gaz, de l’eau, des eaux pluviales étendues, des eaux usées et des lignes de communication sécurisées par le gouvernement dans un seul projet.
#4 – Pont en arc
Pont en arc en pierre – Minneapolis, Minnesota
- Porte : Piétons et cyclistes
- Traverse : Fleuve Mississippi
- Emplacement : Minneapolis, Minnesota
- Construction : 21 travées en arc en pierre et une travée à treillis en acier
- Longueur : 2 100 pieds
- Largeur : 28 pieds
- Achevé : 1883
Le pont en arc est l’un des types de ponts les plus courants. Ils sont apparus il y a plus de 3 000 ans et sont restés populaires jusqu’à la révolution industrielle. À cette époque, l’invention de l’acier, du béton et d’autres matériaux avancés a aidé les ingénieurs à développer d’autres conceptions de ponts modernes. Cependant, les ponts en arc restent utilisés même aujourd’hui, et avec l’aide des matériaux modernes, ils peuvent être construits plus grands que par le passé.
Un pont en arc a des culées à chaque extrémité et a la forme d’un arc incurvé ou pointu. L’ingénierie des ponts en arc repose sur le transfert du poids du pont et de ses charges partiellement dans une poussée horizontale repoussée par les culées de chaque côté du pont. Un pont plus long peut être fait à partir d’une série de ponts en arc, bien que des options plus économiques soient généralement utilisées aujourd’hui.
Structure d’un pont en arc simple.
Le saviez-vous ? C’est l’arche elle-même qui donne sa force au pont homonyme. En fait, une arche en pierre ne nécessite pas de mortier.
Croyez-le ou non, les ponts en arche en pierre et en bois sont devenus très populaires pendant l’Empire romain. Les ingénieurs romains ont construit plus de 1 000 ponts en arc en pierre en Europe, en Asie et en Afrique du Nord. Nombre de ces ponts sont encore debout aujourd’hui, preuve de leur solidité et de leur durabilité. Ces structures semblables à des ponts ont été parmi les premières à remplir une fonction utilitaire. Elles étaient utilisées pour transporter l’eau de l’extérieur des villes vers les zones urbaines, de la même manière que les ponts d’aujourd’hui portent des tuyaux pour transporter l’eau d’un endroit à l’autre.
Au fil des siècles, les architectes médiévaux ont amélioré les conceptions précédentes, créant des ponts en arc avec des piliers plus étroits, des fûts d’arc plus minces, des arcs pointus et des portées d’arc plus importantes. Les architectes de la Renaissance n’ont pas seulement construit certains des ponts les plus solides de l’histoire, ils ont également créé certains des plus beaux. Le pont du Rialto à Venise en est un exemple. Au cours des 150 dernières années, des ponts en arc plus grands et plus ambitieux ont été construits en fer, en acier et en béton.
La résistance et la durabilité des ponts en arc leur permettent d’être utilisés pour transporter des piétons, des véhicules, des trains légers et des trains lourds, et comme mentionné, certains ont été construits pour transporter exclusivement de l’eau d’un endroit à l’autre. Lorsqu’il s’agit de supporter des services publics modernes, les ponts en arc ne sont souvent pas efficaces. Il est impossible de soutenir l’infrastructure requise à l’intérieur de l’arche, et la placer sur le côté d’un pont peut être inesthétique et les laisser exposés aux intempéries.
En fait, la plupart des États offrent des conseils sur la façon dont les services publics devraient être suspendus aux ponts, et il est difficile d’en trouver qui offrent des conseils sur la façon de le faire sur un pont en arc, sauf pour cet exemple de l’État de Washington.
#5 – Pont suspendu
Pont Golden Gate – San Francisco, Californie
- Porte : Six voies de circulation, des piétons et des cyclistes
- Relie : San Francisco et Marin County, Californie
- Construction : Ponts-jetées à suspension, à arche en treillis et à treillis
- Longueur : 8 981 pieds
- Hauteur : 746 pieds
- Achevé : 1933
Ce type de pont comporte des câbles de suspension entre les tours et des câbles de suspension suspendus aux tours, qui maintiennent le tablier. Les câbles de suspension sont ancrés à chaque extrémité du pont et ils portent la majorité de la charge.
Structure d’un pont suspendu.
Les ponts suspendus complexes d’aujourd’hui ont évolué à partir de versions simples datant du XVe siècle. Ils avaient des câbles porteurs mais pas de tours. Les ponts suspendus les plus élémentaires comprennent les ponts en corde, en filet et autres ponts tissés.
Le premier pont suspendu de style moderne aux États-Unis a été construit en Pennsylvanie en 1801. Au fil des ans, les ponts suspendus sont devenus populaires parce qu’ils permettent de franchir de larges espaces que les autres ponts ne pouvaient pas franchir. En plus de cela, ils sont moins chers à construire parce qu’ils utilisent moins de matériaux que la plupart des autres ponts.
Les ponts suspendus sont plus résistants aux tremblements de terre que pratiquement tout autre type de pont. En outre, il est facile de les mettre à jour pour faire de la place à des véhicules plus larges ou à des voies de circulation supplémentaires. Il est également relativement facile de suspendre des câbles utilitaires et des lignes électriques sur de longues distances sur un pont suspendu.
Les points négatifs : la construction a tendance à être très rigide afin qu’ils résistent aux vents violents, et la plupart ne peuvent pas supporter le poids lourd des trains. Il faut souvent des cintres spéciaux pour soutenir l’infrastructure des services publics à partir de types complexes de ponts suspendus.
#6 – Pont à arches liées
Fremont Bridge – Portland, Oregon
- Porte : Quatre voies, deux ponts de circulation
- Traverse : La rivière Willamette et des rues
- Endroit : Portland, Oregon
- Construction : Pont à arche haubanée
- Longueur : 2 154 pieds
- Hauteur : 381 pieds
- Achevé : 1973
Un pont à arcs liés (également appelé pont à arcs brisés ou pont à arcs brisés) est un type de pont qui comporte une nervure en arc de chaque côté de la chaussée (tablier) et une poutre de liaison sur chacun des arcs qui soutiennent le tablier. Des tirants verticaux reliés aux arcs soutiennent le tablier par le haut.
Structure d’un pont à arcs liés.
Ce type de pont peut être considéré comme un croisement entre un arc et un pont suspendu. Le style de construction combiné permet au pont d’être construit avec des fondations moins encombrantes que les ponts en arc, ce qui signifie qu’ils sont une excellente option pour les endroits difficiles qui nécessitent des piliers élevés ou dans des endroits où le sol est instable. La construction en arc les rend idéaux pour les situations où un pont doit être construit hors site, livré et glissé en place sur le site. Cela n’est pas possible avec les ponts suspendus.
Les ponts à arcs tirés peuvent présenter de nombreux avantages, mais ils ne sont pas parfaits. Ils nécessitent des soudures au niveau de la connexion entre la nervure de l’arc et les poutres de liaison et au niveau de la connexion entre l’arc et les traverses verticales. Ces soudures doivent être réparées régulièrement, ce qui peut être coûteux, long et peu pratique. La construction et la conception de ce type de pont sont non redondantes, ce qui signifie que si une seule des deux poutres de liaison se rompt, toute la structure s’effondre. Enfin, les ponts en arc lié sont plus coûteux à construire par rapport aux autres types de ponts de même longueur.
La construction simple de ce type de pont les rend bons pour supporter les tuyaux et les câbles des services publics.
#7 – Pont à haubans
Bob Graham Sunshine Skyway Bridge – Baie de Tampa, Floride
- Porte : Quatre voies de circulation
- Traverse : Tampa Bay, Floride
- Construction : Pont à haubans en béton précontraint continu
- Longueur : 1,1 miles
- Hauteur : 430 pieds
- Achevé : 1987
A première vue, un pont à haubans peut ressembler à une variation d’un pont suspendu, mais ils sont structurellement différents. Contrairement aux ponts suspendus, les ponts à haubans ne nécessitent pas d’ancrages et deux tours ne sont pas nécessaires. Au lieu de cela, les câbles peuvent courir de la chaussée jusqu’à une tour qui supporte tout le poids.
Structure d’un pont à haubans.
La conception de base du pont à haubans remonte à près de 500 ans. Des versions modernes ont commencé à être construites en Europe après la Seconde Guerre mondiale en tant que remplacements rentables des ponts endommagés pendant la guerre.
Le pylône d’un pont à haubans absorbe et distribue toutes les forces de compression du pont. Les câbles peuvent s’attacher à la chaussée selon différents schémas. Par exemple, dans un schéma radial, les câbles s’étendent de plusieurs points sur la route vers un point unique au niveau de la tour. Dans un schéma parallèle, les câbles s’attachent à la fois à la chaussée et au pylône en plusieurs points distincts.
Aujourd’hui, les ponts à haubans sont un choix populaire car ils offrent tous les avantages d’un pont suspendu mais à un coût moindre pour des portées plus courtes. Ils nécessitent moins de câbles en acier, sont plus rapides à construire et intègrent davantage de sections en béton préfabriqué. Les conceptions de certains de ces ponts peuvent offrir un facteur wow significatif.
Conclusion
Chaque type de pont sert un objectif différent et peut être utilisé pour franchir différents types d’écarts et de barrières. Cependant, les ponts sont plus que de simples objets utilitaires. Ils sont aussi des merveilles d’ingénierie et des objets de beauté. Nous espérons que cet aperçu vous aidera à apprécier davantage les détails des ponts que vous traversez chaque jour.
Pour apprécier encore plus les ponts, consultez notre billet sur les plus grands ponts américains.
