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

Evolution des ponts Introduction 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 s’améliorer. Aujourd’hui il est possible de traverser de larges cours d’eau, de résister à des vents violents ou même à des séismes. Dans cette étude de cas vous allez découvrir l’évolution technique des ponts suspendus et mettre en pratique ces principes en construisant une maquette.

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

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

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

Evolution des ponts Comparaison 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. Q4: Quel type de pont permet la construction de la plus grande portée? Q5: Quelle est la plage de portée du pont suspendu?

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

Evolution des ponts Un peu de vocabulaire Q6: Sur la figure représentée ci-dessous, repérer par une flèche le nom des différentes parties du pont. ● suspente ● pylône ● tablier ● câble d’encrage ● câble de retenue ● massif d’ancrage

Evolution des ponts suspendus Q7: A partir de la vidéo « Les constructeurs de l’extrême – Ponts », répondre aux différentes questions.

Investigation: Comprendre l’innovation Evolution des ponts Investigation: Comprendre l’innovation Q8: Depuis 1779 à aujourd’hui est-ce que l’innovation a eu une part importante dans la construction des ponts? Q9: Qu’est-ce que l’innovation? Q10: Quelle est la différence entre innovation, invention et découverte? Q11: Quels sont les trois piliers fondateurs de l’innovation? (consultez votre cours) Q12: Quels sont les quatre types d’innovations? (consultez votre cours)

L’innovation dans la construction des ponts suspendus. Evolution des ponts L’innovation dans la construction des ponts suspendus. Q13: Compléter le diagramme ci-dessous en répondant aux questions suivantes: Quelle était l’origine du besoin de la construction de l’Iron Bridge? Quelle était la problématique technique à résoudre? Quelle a été la solution? A quel type d’innovation répond cette solution? D’autres ponts ont-ils été construits suivant cette nouvelle technique? Besoin: …………………… Problématique: …………………… Innovation …………… Solution: ……………………………

L’innovation dans la construction des ponts suspendus. Evolution des ponts L’innovation dans la construction des ponts suspendus. Q14: Préciser à quel type d’innovation correspond la construction des ponts: Innovation …………… Innovation ……………

Simulation et modélisation Evolution des ponts Simulation et modélisation 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 s’appelle un treillis.

Simulation et modélisation Evolution des ponts Simulation et modélisation 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 s’agit d’une méthode de construction rapide, peu coûteuse, légère et résistante. Q15: D’après 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)

Evolution des ponts Expérimentation 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 »?

Evolution des ponts Expérimentation 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 s’exercent dessus.

Evolution des ponts Expérimentation 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). F Faisons une expérience pour mettre en évidence le flambage. Prenons deux spaghettis et appliquons dessus le même effort.

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

Evolution des ponts Expérimentation 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). A section équivalente un spaghetti (ou une longue poutre) résiste mieux en traction qu’en compression. C’est pour cela que les ingénieurs disposent les diagonales (bras et tirants) de manière à être toujours tendues (afin d'éviter les problèmes de flambage).

Evolution des ponts Simulation Pour comprendre la façon dont les efforts sont transmis dans les diverses parties d’un pont en treillis vous allez construire virtuellement plusieurs pont et simuler le passage d’un 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 l’épure de votre pont. Q21: Effectuez un test de résistance progressif et notez la charge maximale que le pont peut supporter.

Evolution des ponts Simulation 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.

Evolution des ponts Expérimentation 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 jusqu’à la rupture, le groupe qui gagne le défi sera celui qui aura réalisé le pont le plus résistant.

Evolution des ponts Expérimentation 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 l’essai de résistance Homologation des ponts réalisés Le pont sera considéré valide si : -une épure du pont à l’échelle 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 n’empêche 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.

Evolution des ponts Expérimentation Construction des ponts: Vous devez réaliser une épure de votre pont à l’échelle 1:1, ne soyez pas trop ambitieux!, sur le papier c’est 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). C’est le chef d’équipe! Deux élèves se chargent de coller les spaghettis. Bon courage!