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Page 1 Evolution des ponts Etude de cas Créé par O.VALMARY Lycée Le Corbusier 76800 St Etienne du Rouvray.

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1 Page 1 Evolution des ponts Etude de cas Créé par O.VALMARY Lycée Le Corbusier St Etienne du Rouvray

2 Page 2 Evolution des ponts L'art de construire les ponts remonte aux temps les plus reculés. À mesure que l'homme est parvenu à se créer des outils et des engins de plus en plus perfectionnés, les ponts on vu leurs performances saméliorer. Aujourdhui il est possible de traverser de larges cours deau, de résister à des vents violents ou même à des séismes. Dans cette étude de cas vous allez découvrir lévolution technique des ponts suspendus et mettre en pratique ces principes en construisant une maquette. Introduction

3 Page 3 Evolution des ponts Jusquà la fin du XVIIIème siècle il était impossible de construire un pont ayant une travée supérieure à 30m. Aujourdhui le pont ayant la travée la plus longue du monde mesure 1991m. Comment les ingénieurs ont-ils fait pour arriver à ce résultat? Situation déclenchante

4 Page 4 Evolution des ponts Il existe 5 grandes familles de ponts Q1: Relier chaque type de pont et son nom. Un peu de vocabulaire pont suspendu pont à poutre pont en arc pont à voûtes pont à haubans

5 Page 5 Evolution des ponts Q2: Sur la figure ci-dessous, écrire le nom des différentes parties de ce pont. Un peu de vocabulaire culée poutre portée pile Q3: Expliquer ce que signifie le terme « portée »

6 Page 6 Evolution des ponts Le graphique ci-dessous présente les plages de portées pour lesquelles chacun des types de ponts présentés ci-dessus est le plus adapté. Il s'agit d'optima financiers, qui peuvent être remis en cause pour des raisons esthétiques ou techniques. Comparaison Q4: Quel type de pont permet la construction de la plus grande portée? Q5: Quelle est la plage de portée du pont suspendu?

7 Page 7 Evolution des ponts Les ponts suspendus se présentent sous trois formes selon que la travée de rive est suspendue ou non. Un peu de vocabulaire ponts à travée suspendue unique ponts à trois travées suspendues (travées centrale et de rives) pont à travées multiples

8 Page 8 Evolution des ponts Q6: Sur la figure représentée ci-dessous, repérer par une flèche le nom des différentes parties du pont. Un peu de vocabulaire pylône suspente tablier câble de retenue câble dencrage massif dancrage

9 Page 9 Evolution des ponts Q7: A partir de la vidéo « Les constructeurs de lextrême – Ponts », répondre aux différentes questions. Evolution des ponts suspendus

10 Page 10 Evolution des ponts Q8: Depuis 1779 à aujourdhui est-ce que linnovation a eu une part importante dans la construction des ponts? Q9: Quest-ce que linnovation? Q10: Quelle est la différence entre innovation, invention et découverte? Q11: Quels sont les trois piliers fondateurs de linnovation? (consultez votre cours) Q12: Quels sont les quatre types dinnovations? (consultez votre cours) Investigation: Comprendre linnovation

11 Page 11 Evolution des ponts Q13: Compléter le diagramme ci-dessous en répondant aux questions suivantes: Quelle était lorigine du besoin de la construction de lIron Bridge? Quelle était la problématique technique à résoudre? Quelle a été la solution? A quel type dinnovation répond cette solution? Dautres ponts ont-ils été construits suivant cette nouvelle technique? Linnovation dans la construction des ponts suspendus. Besoin: …………………… Problématique: …………………… Solution: …………………………… Innovation ……………

12 Page 12 Evolution des ponts Q14: Préciser à quel type dinnovation correspond la construction des ponts: Linnovation dans la construction des ponts suspendus. Innovation ……………

13 Page 13 Evolution des ponts Objectifs: Découvrir les avantages des structures en treillis Pour résister au vent le tablier du pont du Verrazano a été rigidifié en utilisant une structure en forme de croisillons. Cette structure sappelle un treillis. Simulation et modélisation

14 Page 14 Evolution des ponts Un pont en treillis est un pont dont les poutres latérales sont composées de barres métalliques triangulées, assemblées en treillis. Les treillis peuvent être assemblés par boulonnage, par rivetage ou bien soudés. Il sagit dune méthode de construction rapide, peu coûteuse, légère et résistante. Q15: Daprès votre document ressource sur les ponts en treillis, compléter le schéma ci-contre en repassant en couleur les différentes parties de la structure. Membrures (rouge)Montant (vert)Tirant et bras (bleu) Simulation et modélisation

15 Page 15 Evolution des ponts Dans une structure en treillis les tirants travaillent en traction et les bras en compression. Q16: Mais quelle est la différence entre traction et compression? Prenons comme exemple les ressorts: Quel est le ressort de « traction »? Quel est le ressort de « compression »? Expérimentation

16 Page 16 Evolution des ponts Dans une structure en treillis les tirants travaillent en traction et les bras en compression. Q17: Mais quelle est la différence entre traction et compression? Pour chaque ressort représenter par un vecteur les efforts qui sexercent dessus. Expérimentation

17 Page 17 Evolution des ponts Dans une structure en treillis sous les cas de charge et conditions d'appui classiques, la membrure supérieure travaille toujours en compression, la membrure inférieure toujours en traction. Lorsque c'est possible, les diagonales (bras et tirants) sont disposées de manière à être toujours tendues (afin d'éviter les problèmes de flambage). Expérimentation F F F F Faisons une expérience pour mettre en évidence le flambage. Prenons deux spaghettis et appliquons dessus le même effort.

18 Page 18 Evolution des ponts Q18: Observer ce quil se passe en terme de résistance et de déformation. Expérimentation F F F F Spaghetti soumis à une sollicitation de traction: Spaghetti soumis à une sollicitation de compression:

19 Page 19 Evolution des ponts Le flambage est un phénomène d'instabilité d'une structure, qui, soumise à un effort de compression, a tendance à fléchir et se déformer dans une direction perpendiculaire à l'axe de compression (passage d'un état de compression à un état de flexion). Expérimentation A section équivalente un spaghetti (ou une longue poutre) résiste mieux en traction quen compression. Cest pour cela que les ingénieurs disposent les diagonales (bras et tirants) de manière à être toujours tendues (afin d'éviter les problèmes de flambage).

20 Page 20 Evolution des ponts Pour comprendre la façon dont les efforts sont transmis dans les diverses parties dun pont en treillis vous allez construire virtuellement plusieurs pont et simuler le passage dun train avec le logiciel « bride building game ». Q19: Lancez le logiciel et construisez le pont du niveau 1. (Aidez-vous du tutoriel fourni). Vous devez respecter les contraintes de coût et de résistance. Quand le test est réussi appelez le professeur pour vérification. Q20: Dessinez sur votre document réponse lépure de votre pont. Q21: Effectuez un test de résistance progressif et notez la charge maximale que le pont peut supporter. Simulation

21 Page 21 Evolution des ponts Q22: Même démarche pour le niveau 2. Quand le test est réussi appelez le professeur pour vérification. Effectuer un test progressif et noter la valeur maximale de la charge. Simulation

22 Page 22 Evolution des ponts Objectifs: Réaliser une maquette de pont. Matériel: 500g de spaghetti + un pistolet à colle + 3 bâtons de colle + ficelle (uniquement pour les ponts suspendus ou à haubans). Défi: le pont sera chargé jusquà la rupture, le groupe qui gagne le défi sera celui qui aura réalisé le pont le plus résistant. Expérimentation

23 Page 23 Evolution des ponts Réglement: Votre équipe dispose de: 500 g. de spaghetti, un pistolet à colle, 3 bâtons de colle ( et de la ficelle pour les ponts suspendu ou à hauban). Cet ouvrage d'art sera réalisé en 3 heures soit 2 séances(pas une minute de plus). Le tablier doit avoir une largeur comprise entre 100 et 150 mm. La charge supportée par le pont avant rupture est le critère retenu. La vallée: Cotes précisées : voir plan Une contrainte: un volume non – constructible (à respecter pour que la réalisation soit homologuée) Vous devrez: - relier les 2 berges de la vallée (distance 1m) - ne pas construire dans la zone définie - prévoir au centre du tablier, une zone de pose du tirant pour réaliser lessai de résistance Homologation des ponts réalisés Le pont sera considéré valide si : -une épure du pont à léchelle 1:1 est présenté au jury. -il relie les 2 berges du châssis -la zone non constructible est respectée -la zone de pose du tirant est placée au centre du tablier et nempêche pas la pose du tirant. La mise à l'épreuve des ponts: Chaque équipe désignera un de ses membres pour installer le tirant sur son pont suivant les indications du professeur. La mise en contrainte des ponts se fera en augmentant progressivement la tension du tirant. Expérimentation

24 Page 24 Evolution des ponts Construction des ponts: Vous devez réaliser une épure de votre pont à léchelle 1:1, ne soyez pas trop ambitieux!, sur le papier cest toujours plus facile! Répartissez vous le travail: Un élève se charge de la coupe des spaghettis Un élève se charge de diriger le travail (lecture plan, indications de collage, de découpe, gestion du matériel). Cest le chef déquipe! Deux élèves se chargent de coller les spaghettis. Bon courage! Expérimentation


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