Pont en arc
Un pont en arc est un pont, à savoir une construction qui permet de franchir une dépression ou un obstacle (cours d'eau, voie de communication, vallée, ravin, canyon), dont la ligne de la partie inférieure (intrados), est en forme d'arc. Dans ces ponts, l'ensemble des charges permanentes ou temporaires appliquées au pont est repris dans l'arc en compression pour être transféré sur les appuis en rives, les culées.
Classification
Les ponts à voûtes
Les ponts à voûte font partie de la famille des ponts en arc, par leur forme, mais ils constituent une famille à part, autant par leur calcul, qui relève de la théorie des voûtes, que par leur procédé de construction. Leur appellation usuelle est pont en maçonnerie, le matériau les constituant l'ayant emporté dans la dénomination.
Les ponts voûtés couvrent les portées de 2 à Modèle:Unité. Pour les très petites portées, les ponceaux voûtés massifs et en plein cintre, essentiellement employés comme ouvrages de décharge hydraulique, sont des ouvrages plutôt rustiques, mais ils constituent une solution simple et robuste<ref name="Calga-40">Modèle:Harvsp.</ref>. Des ouvrages en voûte mince, constitués d'éléments préfabriqués en béton ou métalliques, sont souvent employés pour des ouvrages courants jusqu'à Modèle:Unité d'ouverture à condition que la hauteur de couverture du remblai reste inférieure à Modèle:Unité et que le rapport de leur hauteur à leur ouverture soit compris entre 0,6 et 1. Au-delà des ouvrages utilisés actuellement dans le domaine des ponts en arc sont en béton armé<ref name="Calga-40"/>.
Plusieurs critères peuvent différencier les ponts voûtés : la forme de la voûte, le type d’appareillage de la voûte, le type d’avant-bec ou d’arrière-bec. Ainsi, la voûte peut être en plein cintre (demi-cercle parfait), en arc de cercle (segment d’arc), en ogive, en anse de panier ou en ellipse<ref name="Prade1-20">Modèle:Harvsp.</ref>. Le bandeau de la voûte peut être extradossé à pierres rayonnantes, à double rouleau, bloqué, à double rouleau non extradossé, en tas de charge, avec platebande en tas de charge<ref name="Prade1-20"/>. Les becs peuvent être triangulaires, en amande, rectangulaires, ou circulaires<ref name="Prade1-32">Modèle:Harvsp.</ref>.
Classement selon la forme de la voûte
| Type d'ouvrage | Schéma | Photo | Commentaire | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Arc en plein cintre | L'arc de plein cintre est composé d'un demi-cercle complet, c'est le type de voûte le plus rencontré, présent dans environ 67 % des ponts ferroviaires en maçonnerie du réseau français. Les voûtes peuvent être surhaussées (c'est le cas pour le vieux pont de Gien), outrepassées (légère extension du demi-cercle) ou bombées (légère diminution du demi-cercle. Les Romains utilisèrent quasi exclusivement ce type de voûte<ref>Modèle:Ouvrage, Tome 1 - Arc, consultable sur Wikisource</ref>. | ||||
| ogival | L'ogive est formée de deux arcs de cercle qui se coupent à la clef, on dit également arcs brisés. La forme est très ancienne mais c'est au Moyen Âge qu'elle fut largement employée, car elle présente entre autres l'avantage de réduire les efforts horizontaux, et facilite ainsi la construction arche par arche dans le cas de ponts à travées multiples<ref>Modèle:Ouvrage, tome 6, Ogive, consultable sur [[s:Dictionnaire raisonné de l’architecture française du {{#switch: au | er | =
Modèle:S mini-{{#ifeq: XVI|-| – | XVI }}Modèle:S mini- siècle |
Modèle:S mini-{{#ifeq: au|-| – | au }}Modèle:S mini- siècle }} - Tome 6, Ogive|Wikisource]].</ref>. | ||
| arc de cercle | Ces voûtes sont conçues à l'aide d'un arc de cercle inférieur à un demi-cercle. Le surbaissement des voûtes se développa à partir du Modèle:S mini- siècleModèle:Vérification siècle ; toutefois, c'est au Modèle:S mini- siècleModèle:Vérification siècle et sous l'influence de Jean-Rodolphe Perronet que les voûtes des ponts en maçonnerie devinrent beaucoup plus surbaissées qu'auparavant et les piles s'affinèrent de façon à favoriser l'écoulement des eaux<ref>Modèle:Lien web.</ref>. | ||||
| anse de panier | Très proche de l'ellipse, la voûte en anse de panier est composée d'un nombre impair d'arcs de cercle successifs dont les rayons varient au droit de la clef. Les concepteurs optaient généralement davantage pour ce type de voûte qui était plus facile à tracer que la forme elliptique. Elle possède également l'avantage de laisser passer un plus grand volume d'eau<ref>Modèle:Ouvrage, consultable sur Books.google.fr, p.137.</ref>. |
Les ponts en arc
Avec le perfectionnement des propriétés de l'acier et des capacités de calculs apparurent les ponts en arc. Généralement, dans un pont en arc, la rivière ou la brèche est franchie en une seule fois par une seule arche alors que dans le pont à voûtes, le tablier repose sur des piles intermédiaires. Le pont en arc associe la compression à la flexion. Ils se caractérisent par le fait qu’ils exercent sur les culées un effort oblique tendant à écarter les points d’appui. Ils peuvent être différenciés selon la nature des matériaux de l’ouvrage (métal, béton armé, bois), selon la structure ou selon la position du tablier (porté, suspendu ou intermédiaire).
La structure permet de différencier principalement trois types de ponts en arc<ref name="Resal309">Jean Resal (1885), tome I, p 309</ref> :
- les ponts encastrés sur leurs points d'appui. Ces ouvrages ne peuvent être réalisés que si le sol est très résistant car ils exercent des poussées importantes sur leurs culées et le moindre déplacement de celles-ci met l’ouvrage en péril.
- les ponts articulés aux deux points d'appui et au milieu de l'ouverture.
- les ponts articulés aux deux points d'appui seulement.
laire Un autre type de ponts est apparu dans les années 1990 en Chine : les ponts CFST (Modèle:Langue, ponts en arc à tubes en acier remplis de béton) qui mixent plusieurs types de structures et de matériaux. L’arc de ces ponts est constitué de treillis de tubes métalliques remplis de béton. Ils permettent des portées très importantes pour des ponts en arc puisque les plus grands dépassent Modèle:Unité de portée<ref name="CFST">Modèle:Lien web</ref>.
| Critère | Type d'ouvrage | Élévation | Exemple | Descriptif |
|---|---|---|---|---|
| Position relative du tablier |
tablier suspendu ou inférieur |
Le tablier peut être suspendu à l'arc à l'aide d'un système de suspentes reliant les deux éléments par l'intermédiaire de nœuds d'extrémité communs. Différents types de suspentes peuvent être employés : câbles ou barres métalliques, potelets en béton armé, poutres en bois. | ||
| Modèle:Nobr ou traversant | Les ponts à tabliers intermédiaires ont l'avantage d'autoriser de grands gabarits fluviaux ou maritimes, et dans le cas où les pieds d'arc se situent sur la rive de l'obstacle à franchir, cela minimise grandement le risque d'éventuels chocs avec des bateaux dans des zones à fortes navigations, comme ce fut malheureusement le cas pour le pont d’Almö en Suède. | |||
| tablier porté ou supérieur |
Particulièrement adaptés au franchissement de brèches profondes où il n'est pas concevable de construire d'appuis intermédiaires, les ponts en arc à tabliers portés doivent cependant disposer de supports extrêmement stables pour transmettre tous les efforts de flexion au sol. | |||
| Matériau | Acier | L'acier autorise une grande liberté au niveau architectural, ainsi, des constructions tout à fait particulières ont vu le jour à l'exemple des ouvrages de l'architecte Santiago Calatrava.
De plus, les plus grandes portées sont réalisées avec l'acier. Le pont de Chaotianmen avec sa structure triangulée, atteint la portée record de Modèle:Unité<ref>Modèle:Lien web</ref>. | ||
| Béton armé | Le béton est le matériau le plus économique pour les ponts en arc dont la plage de portées s'étend de 35 à Modèle:Unité. Les formulations de plus en plus sophistiquées permettent d'affiner les ouvrages pour des questions esthétiques et dans le but de réduire les quantités nécessaires, favorisant davantage ces économies et la mise en œuvre des différents éléments<ref name="concrete and CFST arch bridges">Modèle:Lien web</ref>. | |||
| Pont CFST | Les arcs des ponts CFST sont des tubes en acier remplis de béton. Le béton à l’intérieur du tube d’acier empêche celui-ci de flamber, tandis que le tube d'acier renforce le béton pour résister à des contraintes de tension et améliore sa résistance à la compression et la ductilité. Ce type de pont est apparu en Chine en 1990. En Modèle:Date-, 229 ponts en arc CFST de plus de Modèle:Unité de portée avaient été construits ou étaient en construction en Chine<ref>Modèle:Lien web</ref>,<ref name="concrete and CFST arch bridges" />. | |||
| Bois | Matériau écologique et particulièrement esthétique, le bois s'adapte bien aux ponts en arc du fait de sa bonne résistance en compression. L'ossature de ces ouvrages peut être très variée : poutres cintrées, structures triangulées, en bois massif, en lamellé-collé, avec une large gamme d'essence disponible. Leur plage de portées s'étend généralement jusqu'à Modèle:Unité<ref name="Bois1">Modèle:Lien web</ref>. | |||
| Nombre d'articulations | Deux | Les articulations autorisent des déplacements latéraux et verticaux des structures, ce qui offre alors une certaine souplesse à l'ensemble. Elles sont employées par exemple sur les ouvrages en arc ferroviaires et plus particulièrement sur les lignes à grande vitesse (LGV) qui conduisent à des sollicitations beaucoup plus importantes des différents éléments du pont. Dans le cas de ponts en béton, une articulation à la clef évitera l'apparition de fissures si des tassements surviennent aux appuis<ref>Modèle:Lien brisé</ref>,<ref>Modèle:Lien web</ref>. | ||
| Trois | ||||
| Cas particuliers | Pont lenticulaire | Ces ouvrages disposent de deux structures porteuses en arc opposées l'une face à l'autre, rappelant la forme d'une lentille convexe<ref>Modèle:Lien web</ref>,<ref>Modèle:Lien brisé</ref>. Certains possèdent uniquement une arche inférieure en position retournée placée sous le tablier comme c'est le cas pour le Modèle:Lien au Japon<ref>Modèle:Lien web</ref>. | ||
| Pont bow-string | Des tirants rejoignent les deux extrémités de l'arc et reprennent en grande partie les efforts de flexion. À la différence des ponts en arc, les ponts de type Modèle:Langue transmettent des efforts verticaux sur leurs appuis<ref name="Typologie IQOA">Modèle:Lien web</ref>, ils sont donc souvent classés parmi les ponts à poutre, on peut trouver par ailleurs la dénomination poutre bow-string. Ces ouvrages peuvent être métalliques ou en béton ; ils s'adaptent à de nombreux domaines : ponts routes, ponts ferroviaires, passerelles. |
Histoire
Ponts en maçonnerie
Ce type de ponts remonte à l'Antiquité. Plus tard, les Romains ajoutèrent du ciment à leurs constructions. Les Romains ne réalisèrent pas que des ponts en demi-cercles, mais aussi des ponts plus longs, fins et elliptiques. Plusieurs de ces anciens ponts sont toujours debout de nos jours.
Ponts en bois
Modèle:Article détaillé Le pont de Trajan sur le Danube est représenté sur la colonne Trajane.
Ponts métalliques
Ponts en béton armé
Modèle:Article détaillé Le pont Camille-de-Hogues est un des premiers ponts en arc construit en béton armé en 1900, à Châtellerault.
Conception
Fonctionnement et descriptif
Les ponts voûtes
L'ensemble des charges est reporté sur les voûtes qui les transmettent aux culées. Ces forces sont généralement verticales et dirigées vers le bas. Les ponts en arc sont ainsi constamment comprimés. La pierre étant un matériau incompressible, facilement disponible et durable, les ponts voûtés furent les premiers à être imaginés. Ils résistent à la flexion et à la compression et leur poids est reparti sur leurs poutres.
Viaducs
Par endroits, il est nécessaire d'enjamber un espace large à une altitude relativement élevée, comme quand un approvisionnement en eau doit enjamber une vallée. Plutôt que construire des voûtes extrêmement grandes ou des colonnes de support gigantesques, une série de structures arquées est érigée, plaçant les voûtes les unes sur les autres, les plus larges à la base. Les ingénieurs romains ont développé ce type de construction en utilisant seulement les matériaux, l'équipement, et les mathématiques simples de l'époque. Ce type de construction est encore utilisé pour des viaducs ou des chaussées, car il a une forme visuellement agréable, en particulier pour enjamber des cours d'eau, où les reflets donnent l'impression de voir des cercles ou des ellipses.
Construction
Ponts en arc remarquables
Plus grandes portées
La portée, distance entre les piles de la travée principale, est l'indicateur servant à classer les ponts en arc. Le pont de Chaotianmen, situé à Chongqing, en Chine, est, avec ses Modèle:Unité de portée, le pont en arc le plus long au monde. Il devance le pont de Lupu, situé à Shanghai, qui détenait l'ancien record avec Modèle:Unité.
Sur les 20 plus grands ponts en arc classés selon leur portée, 16 ont été construits en Chine.
Notes et références
Structurae, base de données d'ouvrages d'art et de génie civil
Autres références
Voir aussi
Bibliographie
De très nombreux ouvrages ont été écrits sur les ponts. La liste ci-après recense les plus significatifs et ceux qui ont servi de source à l'article.
Histoire
- Modèle:Ouvrage
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- Jean Mesqui, Le Pont en France avant le temps des ingénieurs (Grands manuels Picard), Paris, Picard, 1986, 304 p., 300 ill.
- Modèle:Ouvrage
- Modèle:Ouvrage
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Conception
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Ponts en maçonnerie
Ponts en béton ou en acier
- Modèle:Ouvrage
- Modèle:Ouvrage
- Modèle:Ouvrage
- Modèle:Ouvrage
- Modèle:Ouvrage
- Modèle:Ouvrage
- Modèle:Ouvrage
Articles connexes
- Classification des ponts
- Liste de ponts remarquables
- Catastrophe de pont
- Ponts de France
- Pont en maçonnerie / Pont métallique / Pont en béton armé / Pont en béton précontraint / Pont en bois / Pont en treillis
- Pont en poutre-caisson / Pont suspendu / Pont à haubans / Pont caténaire / Pont à poutres en porte-à-faux / Pont en arc
Liens externes
- Structurae - Base de données et galerie internationale d'ouvrages d'art
- Les plus grands ponts du monde par type de structure
- Le site Art et Histoire qui détaille l'histoire du franchissement des fleuves en France au Modèle:S mini- siècleModèle:Vérification siècle et montre l'impact des constructions de ponts sur le démarrage de la Révolution industrielle.
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