Ponts suspendus et conception du tablier

Ponts suspendus et conception du tablier

Ponts suspendus et conception du tablier

Le pont suspendu est celui qui a le minimum de poids propre. C'est l'atout le plus important lorsqu'il s'agit de grandes portées. Son domaine exclusif commence à partir de 500 m de portée.

Le record de portée, longtemps détenu par le pont Verrazano à l'entrée du port de New-York, a été porté en Grande -Bretagne jusqu'à 1396 m par l'ouvrage franchissant l'estuaire de l’Humber d'une longueur totale de 2081 m, achevé en 1980. En France, faute de brèche plus importante, le plus grand ouvrage de ce type reste le pont de Tancarville sur la Seine, achevé en 1959, avec une travée centrale de 608 m de portée.

4.1- Structure des ponts suspendus

La structure classique des ouvrages modernes est essentiellement constituée de câbles parallèles supportés par des pylônes et ancrés sur des massifs extérieurs. Sur ces câbles porteurs Sont attachées des suspentes, également en câbles, qui supportent par leurs extrémités des poutres transversales appelées "pièces de pont", recevant un platelage longitudinal, support de la chaussée. Afin de limiter la flexibilité du système suspendu, deux poutres longitudinales, appelées "poutres de rigidité" et situées dans le plan des câbles et des suspentes, solidarisent l'extrémité des pièces de pont.

4.2- Constitution des câbles

Les organes les plus caractéristiques des ponts suspendus sont évidemment les câbles. Le câble est économique parce qu'il utilise l'acier uniquement en traction ce qui correspond le mieux aux qualités de ce matériau. Un câble est constitué de fils tréfilés de petit diamètre (4 à 5 mm environ) ; leur grande résistance à la rupture (160 à 180 daN/mm2) résulte de nombreuses passes de tréfilage sur un fil laminé élaboré à partir d'un acier à haute teneur en carbone (0,6 %). Les fils peuvent être utilisés "clairs", c'est-à-dire bruts de tréfilage (la protection contre l'oxydation étant assurée à l'aide de peintures bitumineuses ou de résines époxydiques), ou protégés par galvanisation.

Le câble peut être réalisé selon deux procédés différents : par simple juxtaposition de fils parallèles (méthode américaine ou anglaise), ou par juxtaposition de câbles toronnés obtenus en usine par torsion des fils (méthode française). Ce dernier système simplifie les opérations de bobinage et de dévidage propres au système américain. Pour augmenter la résistance à la corrosion, on utilise parfois des câbles "clos" dont la couche extérieure est constituée de fils de forme telle qu'ils procurent au câble une "peau" cylindrique et fermée.

4.3- Conception du tablier

Trois critères principaux régissent la conception du tablier déformabilité verticale, résistance horizontale, rigidité en torsion.

4.3.1 Déformabilité verticale

La poutre de rigidité est chargée de rendre la déformation du système sous l'effet des surcharges compatibles avec les exigences de la circulation. Dans les grandes travées suspendues, la surcharge représente peu de chose par rapport au poids propre, et la poutre de rigidité peut donc être assez svelte, puisqu'elle ne doit résister qu'aux flexions verticales produites par les inégalités possibles des surcharges sur la longueur de la travée. Par ailleurs, il n'est pas intéressant d'exagérer cette rigidité, car les allongements des câbles sous la surcharge donnent lieu dans la poutre à des flexions d'autant plus importantes que sa rigidité est plus grande.

4.3.2 Résistance horizontale

Le deuxième critère est la résistance aux efforts horizontaux crées par le vent, qui produisent une flexion dans le plan du tablier, fonctionnant en "poutre au vent". Les poutres de rigidité décrites ci-dessus en constituent les membrures et le platelage, l'âme.

4.3.3 Rigidité en torsion

L'importance de la rigidité en torsion a été mise en lumière par les études sur la stabilité aérodynamique des ponts suspendus, entreprises notamment aux Etats-Unis après la rupture en service du pont de Tacoma (1940), dont le tablier était cependant correctement projeté selon les connaissances de l'époque. Un vent relativement modéré (70 km/h) a en effet engendré dans le tablier des mouvements de torsion résultant d'ondulations verticales longitudinales dans un plan perpendiculaire à la direction du vent. L'amplitude croissante des ondulations, par effet d'oscillations entretenues et de résonance avec les câbles porteurs, a conduit à la rupture du tablier.

C'est pourquoi actuellement la section transversale du tablier est constituée par une poutre en caisson, qui se rapproche en quelque sorte d'une aile d'avion. Cette poutre a une grande résistance à la torsion.

En outre, les suspentes au lieu d'être verticales sont disposées comme un treillis métallique, ce qui diminue la période d'oscillation de la suspension et augmente la sécurité. De même, au pont. de Tancarville, les câbles porteurs sont fixés rigidement au tablier au milieu de la portée centrale.

4.4 Ancrage des câbles

Les ancrages d'extrémités des câbles nécessitent souvent des massifs très importants, dont le poids est déterminé pour s'opposer par frottement au glissement du massif sur le sol sous-jacent, sous l'effet de la composante horizontale de traction des câbles. Pour s'affranchir des efforts horizontaux, deux méthodes peuvent être utilisées:

Ponts suspendus dits "auto-ancrés", où l'ancrage des câbles se fait sur les extrémités du tablier, qui est, de ce fait, étudié pour résister à l'effort de compression correspondant.

Ponts suspendus à haubans, où le tablier rigide est supporté en des points assez espacés par des câbles obliques ou haubans.

La disposition des haubans sur le pylône peut affecter la forme d'une harpe (haubans parallèles ou d'un éventail (haubans convergents). 

Ce dernier type d'ouvrages s'avère aujourd'hui plus économique que les ponts suspendus classiques dans la gamme de portée de 300 à 600 m. Leur montage est en particulier facilité par la disposition des haubans.