La destruction due à la résonance causée par le vent :
Destruction du pont de Tacoma
Le pont suspendu qui franchissait le détroit de Tacoma (Etats-Unis ), inauguré le 1er juillet 1940, s'est effondré le 7 novembre 1940. C’est l’un des effondrements les plus célèbres des accidents du génie civil.
Pourquoi s'est il effondré ?
La vitesse du vent n'était que de 67 km/h, tandis que le pont avait été dimensionné pour des vitesses beaucoup plus élevées d'après les statistiques.
L'effondrement du pont a été causé par le vent agissant sur l'aéroélasticité de la structure. L’aéroélasticité étudie les vibrations des structures élastiques dans un écoulement d'air. Une structure souple comme une aile d'avion ou un grand pont, peut se mettre à vibrer à cause de l'écoulement d'air.
L'aéroélasticité est due à la vitesse du vent dans le cas des ouvrages de génie civil. Le pont est soumis à une force de torsion et de flexion. L'énergie du vent se transfère vers le pont et les oscillations peuvent s'amplifier progressivement jusqu'à la ruine. Ce phénomène est dû à ce qu’on appelle la résonance.
Les solutions antisismiques
Isolateur élastomère
Source : www.canambridges.com
Amortisseur sismique
Source : www.archiexpo.fr
Toutes les nouvelles constructions de ponts doivent être aux normes parasismiques. Elles doivent donc comporter un système réduisant la transmission des secousses du sol au pont. Cela peut être un bloc d'élastomère qui se déformera ou un amortisseur dans lequel un gaz se comprimera pour absorber les secousses. Certaines régions du monde ont un risque sismique plus fort et nécessitent des amortisseurs plus efficaces (ex : Japon). Il peut y avoir des différences de risques à l'intérieur même d'un pays (ex : la carte du zonage sismique en France montre un risque beaucoup plus fort sur la zone Sud et la zone Est que dans le reste du pays).
Le problème de la dilatation thermique
Pour la construction des ponts, il faut tenir compte de la dilatation des matériaux, c’est à dire qu’en fonction de la température ambiante la construction peut se dilater ou se contracter. Le joint de dilatation permet donc à la construction de pouvoir s'adapter à cet écart et donc augmente la résistance du pont.
On peut calculer la différence de longueur d'un élément en fonction de la température grâce à une formule simple :
-
ΔL (mm) = Dilatation due à une variation de température
-
α (1/K ou 1/°C) = Coefficient de dilatation thermique propre a chaque matériaux
-
L (mm) = Longueur initiale de l'élement
-
ΔT ( K ou °C) = Différence de température entre la température initiale et la température finale
Cette vue en coupe montre un joint élastomère relié à la fois à la bande de roulement du pont mais aussi à la route du coté du sol.
Lors de la construction d’un pont, il faut prendre en compte de nombreux aléas tels que les séismes, les écart de température, le vent mais aussi le gel. Si des mesures ne sont pas prises pour pallier ces contraintes, la structure du pont pourrait être compromise et mener à l'effondrement de la structure.
Les problèmes liés au gel et à la neige
L'hiver est une saison rude pour les ponts. Premièrement, les matériaux changent de propriétés lorsqu'ils sont fortement refroidis : l'acier peut devenir cassant lorsqu'il est fortement refroidi s'il présente des imperfections.
La neige entraîne elle aussi des problèmes mais de manière indirecte : c'est le déneigement en réalité qui abîme le plus les ponts. Le sel et la saumure attaquent les parties métalliques du pont, réduisant leur résistance et favorisant le risque d'effondrement du pont.
Les ponts ne sont donc salés que lorsque c'est nécessaire pour réduire leur dégradation au cours du temps.
Pont Doumer
Source : www.lemonde.fr
Différentes contraintes physiques et naturelles et leurs solutions
la seconde vidéo montre une simulation des vents sur le pont. On peut voire que le tablier provoque des vortex, ce qui entraîne une oscillation du tablier. Pour palier cela, les tabliers sont maintenant conçu pour laisser passer l'aire de manière fluide comme une aile d'avion
Les problèmes liés au vent
Le pont de Tacoma fut détruit par une oscillation grandissante causée par le vent.
Un des aléas à prendre en compte pour la construction d'un pont est le problème des séismes. Le pont doit pouvoir résister aux secousses d’un séisme.
Les séismes
Le gel et le déneigement peuvent causer des problèmes à la structure des ponts.
Le gel
La longueur d'un pont varie en fonction de la température ambiante. Les ponts doivent donc pouvoir être capable de rejoindre les deux extrémités peu importe la température
Les variations de température
