Fondation des ponts historiques

Introduction

Les ponts sont construits de nombreuses façons différentes et sont souvent identifiés par les matériaux dont ils sont construits et les conceptions construites à partir de ces matériaux. Les diagrammes suivants peuvent être utilisés pour aider à identifier les ponts que vous pouvez voir dans vos voyages.

Une note sur les formes de ponts

Au niveau le plus simple de la conception technique, les ponts se présentent sous trois formes de base : poutre, arc et suspension. De ces trois formes de base de pont découlent de nombreux types de ponts différents, décrits ci-dessous. Certains types de ponts sont encore subdivisés en une variété de configurations et d’arrangements de superstructures. Des éléments mécaniques peuvent être ajoutés à la conception de certains types de ponts pour leur permettre de se déplacer afin de dégager le passage des bateaux. Les ponts mobiles sont classés en fonction de la conception mécanique qui permet leur déplacement, et les plusieurs types de ponts mobiles se déclinent également en une variété de configurations.

Notions de base sur les ponts

Pièces de pont

Types de travées

Les travées simples comportent une superstructure structurellement indépendante formant chaque travée du pont.

Les travées continues présentent ce qui a l’apparence d’une superstructure à travée unique, mais qui est soutenue par des piliers en un ou plusieurs points.

Les travées en porte-à-faux présentent des travées qui s’étendent vers l’extérieur à partir d’un élément de la sous-structure et se terminent à un endroit non soutenu par un élément de la sous-structure. Ces bras en porte-à-faux qui s’étendent vers l’extérieur sont équilibrés par l’autre moitié du système de travées, qui s’étend dans la direction opposée de la pile, formant un bras d’ancrage.

De nombreuses travées en porte-à-faux ont des bras en porte-à-faux qui, au lieu de s’étendre jusqu’à rencontrer un bras en porte-à-faux opposé, s’arrêtent avant le centre de façon à maintenir en place une travée suspendue.

Dispositions de la superstructure

Les dispositions du pont font référence à la position du tablier (chaussée) par rapport à la superstructure du pont.
Tous les types de ponts ne font pas usage de cette nomenclature. Ces termes sont couramment utilisés avec les ponts à treillis, et deux des termes sont également utilisés avec les ponts en arc et les ponts à poutres.

Avec un pont traversant, la superstructure est à côté de la chaussée. Dans le cas des ponts à treillis, un contreventement supérieur doit également être présent pour que le pont soit considéré comme un pont traversant.

Avec un pont poney, la superstructure est au-dessus et à côté de la chaussée, mais aucun contreventement supérieur n’est présent. Le terme « pony » n’est normalement utilisé que pour décrire les ponts à treillis, bien que vous trouverez que certains ponts à poutres et à arches se présentent également sous cette forme, même s’ils ne sont pas typiquement décrits comme tels. Ce qui semblerait être un pont à  » poutre en poney  » ou à  » arc en poney  » est normalement décrit comme un pont à  » poutre traversante  » ou à  » arc traversant « . »

Avec un pont à tablier, la superstructure, ainsi que tout contreventement, sont situés sous la chaussée.

Ponts à poutres et à poutrelles

Par rapport aux ponts multipoutres, les ponts à poutres en tablier comportent des poutres plus grandes et moins nombreuses, et la chaussée repose sur des poutres de plancher transversales qui s’étendent entre les poutres.

Les ponts à poutres traversantes sont de conception similaire aux ponts à tablier, sauf que les poutres s’élèvent au-dessus de la chaussée. Les poutres de plancher transversales restent sous le tablier.

Une poutre en T en béton est un type courant de pont à poutres en béton où les poutres sont coulées intégralement avec le tablier, formant une forme de « T » répétitif dans la vue transversale.

Dans une dalle, le pont est soutenu par une superstructure qui agit comme une seule poutre solide au-dessus de l’obstruction. Bien que le plus souvent associé au béton armé, le bois peut également être utilisé.

Ponts à treillis

Les ponts à treillis sont une forme de pont à poutres, où une structure triangulaire de membres et de cordes forme une structure qui fonctionne comme une grande poutre. Les ponts à treillis sont décrits en fonction de la disposition des fermes : fermes en pont (sous la chaussée), fermes en poney (au-dessus de la chaussée, mais sans contreventement aérien) et fermes traversantes (au-dessus de la chaussée, avec contreventement aérien). Les chercheurs voudront peut-être noter qu’historiquement, les ponts à fermes traversantes étaient parfois appelés fermes hautes, et les fermes pony étaient parfois appelées fermes basses.

Pièces de pont à fermes

Configurations des ponts à treillis métalliques

Les ponts à treillis métalliques se présentent dans une grande variété d’arrangements et de configurations, comme indiqué ci-dessous. La plupart des conceptions de treillis suivantes sont adaptées de celles qui sont apparues dans le livre Bridge Engineering de J.A.L. Waddell en 1916 et, pour la plupart, elles restent pertinentes aujourd’hui avec seulement des changements mineurs de nom et de classification comme indiqué ci-dessous.

Pratt : Le treillis de Pratt est l’une des configurations de treillis les plus courantes.

Pratt Half-Hip : Certains ponts à poney Pratt n’ont pas d’éléments verticaux d’arêtier, et sont connus comme des ponts à treillis Pratt half-hip.

Whipple (Double-Intersection Pratt) : Cette variante du Pratt était courante pour les travées plus longues au 19ème siècle.

Howe : Les diagonales suivent l’orientation opposée à celle du Pratt. Le Pratt était plus courant sur les fermes métalliques, tandis que le Howe était plus courant sur les fermes en bois.

Parker : Une ferme de Pratt avec une membrure supérieure polygonale. Utilisée pour les longues portées.

Camelback : Une ferme Parker avec exactement cinq pentes à la membrure supérieure (y compris les poteaux d’extrémité).

Baltimore : Une ferme de Pratt avec des panneaux subdivisés. Deux formes communes présentées ci-dessus.

Pennsylvania (Petit) Truss : Une ferme Parker avec des panneaux subdivisés. Deux formes courantes illustrées ci-dessus. Aujourd’hui, les ponts à treillis de Pennsylvanie avec cinq pentes de la membrure supérieure sont généralement appelés simplement treillis « Pennsylvania », mais pourraient être notés comme « Camelback Pennsylvania trusses. » Les fermes de Pennsylvanie ont été utilisées pour de longues travées, y compris certaines des plus longues travées simples jamais construites.

Warren : Alors que le livre de Waddell distinguait un type de treillis « triangulaire » et « Warren », aujourd’hui toutes les variétés sont connues comme des ponts à treillis Warren.

Warren (avec verticales) : La plupart des ponts à fermes Warren présentent des éléments verticaux, bien que la fréquence des verticales puisse varier. Les fermes Warren (avec ou sans verticales) étaient un type de ferme commun.

Warren à double intersection : Cette conception peut être considérée comme deux fermes Warren superposées et décalées l’une sur l’autre.

Fourche en treillis : Les fermes Warren à triple intersection, à quadruple intersection et à quintuple intersection sont communément appelées simplement « fermes en treillis ». Parfois, la Warren à quadruple intersection est aussi appelée Warren quadrangulaire.

Poutrelle K : Inventé lors de la construction du pont de Québec, le K-Truss peut être disposé de plusieurs façons différentes, avec deux orientations illustrées ci-dessus. La membrure supérieure ne doit pas nécessairement être polygonale.

Bollman : Une conception de treillis inhabituelle utilisée sur certains des premiers ponts ferroviaires en fer.

Fink : Une conception de treillis inhabituelle utilisée sur certains des premiers ponts ferroviaires en fer.

Sangle d’arc (parabolique) : Cette forme de ferme a typiquement une membrure supérieure courbe et est parfois appelée aussi « arche-ferme ». Le plus souvent utilisé dans les années 1870 comme une première forme de ferme métallique.

Kingpost : Utilisé pour de très courtes durées.

Queenpost : Utilisé pour les travées très courtes. Peut ou non avoir le motif en « X » des diagonales au centre.

Poutrelle Waddell « A » : Cette ferme, parfois appelée ferme à cadre en A, a été construite en petites quantités.

Lenticulaire : La plupart des exemples aux États-Unis ont été construits selon une conception brevetée par la Berlin Iron Bridge Company d’East Berlin, Connecticut.

Kellogg : Une forme de treillis archaïque et rare.

Post : Une forme de treillis archaïque et rare.

Pegram : Une forme de treillis archaïque et rare.

Thacher : Une forme de treillis archaïque et rare. La forme exacte peut varier légèrement, aucun exemple existant ne suit exactement le design breveté par Edwin Thacher.

Stearns : Une forme de treillis archaïque et rare.

Connexions des treillis métalliques

Les ponts à treillis métalliques sont encore classés selon la manière dont les éléments sont assemblés. Les connexions peuvent être goupillées, rivetées, boulonnées ou soudées.

Les assemblages par goupilles, courants de 1870 à 1910 environ, étaient faciles à assembler sur le terrain, consistant en une grande goupille filetée qui traverse tous les éléments, et est fixée aux extrémités par des écrous.

Les assemblages goupillés ont été rendus obsolètes par l’essor des assemblages rivetés, qui offraient une connexion plus rigide. Avec les assemblages rivetés, les éléments de la ferme étaient rivetés à une plaque de gousset pour relier les éléments. Plus tard, les rivets seront remplacés par des boulons ou des soudures pour fixer les éléments sur les goussets. Les détails des assemblages boulonnés et soudés sont similaires à l’assemblage riveté illustré ci-dessus.

Configurations des fermes de pont couvert

Les ponts couverts en bois sont des ponts à fermes construits en bois et recouverts d’un système de toit et de mur non structurel. Sous le toit et le mur se trouvent des éléments en treillis. Comme les ponts à treillis métalliques, les ponts couverts ont une configuration différente. Bien qu’il y ait un certain chevauchement entre les configurations de fermes métalliques et couvertes, les détails des configurations de fermes du même nom peuvent différer entre couvertes et métalliques, et il existe de nombreuses configurations de fermes couvertes qui n’étaient pas utilisées dans la construction de fermes métalliques. Notez également que si le matériau prédominant utilisé dans les ponts couverts est le bois, le fer a parfois été utilisé dans des zones limitées, (le fer a mieux fonctionné que le bois pour les éléments de tension) et le fer a parfois été utilisé pour connecter les éléments en bois.

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Ponts en arc

Les ponts en arc se subdivisent en une variété de configurations, selon le type de matériau utilisé pour la construction. La pierre, le béton ou le métal sont les trois matériaux les plus courants, bien que le bois puisse également être utilisé.

Les ponts en arc sont décrits selon deux dispositions : Les arcs à tablier, avec l’arc sous la chaussée, et les arcs traversants, avec l’arc s’élevant au-dessus de la chaussée pour au moins une partie de la travée.

Types de ponts en arc

La plupart des ponts en arc fonctionnent en poussant les forces à un angle dans le côté des culées ou des piliers à chaque extrémité des travées. À ce titre, ils ont souvent des appuis angulaires appelés skewbacks.

Les ponts en arc en acier et les ponts en arc traversant en béton sont parfois conçus comme des ponts en arc « liés », où une grande poutre relie chaque extrémité de l’arc. Dans ces cas, le pont peut reposer sur ses piliers ou ses culées comme un pont à poutres, un appui horizontal envoyant les forces verticalement dans la sous-structure.

Configurations des ponts en arc en béton

Arche à tympan ouvert : Un type de pont en arc à tablier, comme illustré ci-dessus, utilise des colonnes verticales pour relier le tablier à l’arc.

Arche à tympan fermé : Un type de pont en arc à tablier qui utilise des murs solides en béton pour relier le tablier à l’arc. Les ponts en arc à tympan fermé contiennent souvent un remplissage en terre caché à l’intérieur de la « boîte » en béton formée par le tablier et la superstructure, consistant en une arche aussi large que le pont lui-même. Alternativement, si le pont a l’apparence de poutres répétées en forme d’arc sous le tablier, il est connu comme un pont en arc « nervuré ».

Arche traversante (arc-en-ciel) : Pour les ponts en arc en béton, lorsque l’arc est au-dessus de la chaussée, on parle souvent d’arc en arc-en-ciel.

Configurations des ponts en arc en pierre

Les ponts en arc en pierre sont presque toujours des arcs de pont, et à tympan fermé en configuration. Les ingénieurs peuvent classer les ponts en arc de pierre en fonction de la forme de l’arc (semi-circulaire, segmentaire ou elliptique).

Un arc semi-circulaire consiste en un arc qui a la forme d’un demi-cercle.

Un arc segmentaire consiste en un arc qui a la forme de moins de la moitié d’un cercle.

Un arc elliptique consiste en un arc qui a la forme d’un demi-ovale.

Configurations des ponts en arc en acier

Les ponts en arc en acier, comme les ponts en arc en béton, peuvent être disposés en tant que ponts en arc à tablier ou en arc traversant. Les ponts en arc en acier sont également classés en fonction de la conception de la nervure de l’arc, de la présence de charnières et de tout contreventement.

Si la nervure de l’arc est une poutre pleine ou caissonnée, il s’agit d’un pont en arc « à nervure pleine ».

Si la nervure d’arc est conçue à partir de plusieurs éléments et membrures différents, comme un pont en treillis, il s’agit d’un pont en arc à « nervures contreventées ».

Les ponts en arc à tablier comprennent parfois un contreventement diagonal en plus des colonnes verticales. Dans ces cas, le pont est connu comme un pont en arc à contreventement en tympan.

Les ponts en arc en acier peuvent avoir des axes géants appelés « charnières » dans la conception. Un pont peut avoir des charnières au niveau des skewbacks (appuis) seulement (un pont en arc à deux charnières).

Un pont en arc en acier peut également avoir une troisième charnière au niveau de la couronne (mi-portée), ce qui en fait un pont en arc à trois charnières.

Si aucune charnière n’est présente, un pont en arc en acier est appelé pont en arc sans charnière.

Ponts suspendus

Un pont suspendu est constitué d’un tablier maintenu sous des câbles principaux qui sont tendus sur la portée à partir de hautes tours qui s’élèvent au-dessus du tablier. Le tablier est relié au câble principal par des câbles de suspension qui « accrochent » le tablier aux câbles principaux. Les extrémités du câble principal (appelées pataras) sont maintenues en place par des ancrages. Les ponts suspendus se composent généralement de trois travées maintenues en place par le système de suspension, à savoir une travée centrale, flanquée de travées « d’ancrage » ou « latérales ». Le tablier lui-même est maintenu rigide en présence du vent et des charges qui passent sur le pont au moyen d’un système de raidissement. Le système de raidissement peut prendre la forme de divers types de ponts simples. Dans le cas des ponts historiques, le système de raidissement prend généralement la forme d’une ferme (poney, traversée ou pont) ou d’une poutre (traversée ou pont).

Configurations des ponts suspendus

Un pont suspendu à trois travées, chacune des trois travées étant suspendue à un câble principal est la configuration la plus courante d’un pont suspendu.

Une conception rare de pont suspendu élimine l’utilisation de grands ancrages en reliant le pont à lui-même : les câbles principaux sont fixés directement à la superstructure du pont aux extrémités du pont, formant un pont suspendu auto-ancré.

Certains ponts suspendus ne comportent qu’une seule travée de suspension. Dans ce cas, le câble principal devient un câble de pataras non chargé qui se dirige directement du sommet du pylône vers l’ancrage. Avec les ponts suspendus à une seule travée, on peut trouver des travées d’approche simples supportant le tablier là où les travées latérales/de l’ancrage seraient dans un pont suspendu à trois travées. Cette disposition est illustrée ci-dessus.

Types de câbles principaux

Le câble principal peut prendre la forme d’un câble métallique, ou d’une chaîne à œillet. Les ponts à chaîne à œillet sont rares ; la plupart des ponts suspendus utilisent une forme de câble métallique pour le câble.

Ponts à haubans

L’un des types courants de la forme de base des ponts suspendus est le pont à haubans. Dans un pont à haubans, les câbles de suspension individuels se connectent directement de la tour au pont, sans qu’aucun câble principal caténaire ne soit impliqué. Les ponts à haubans ont tendance à être plus stables que les ponts suspendus traditionnels, et n’ont donc souvent pas de grandes fermes ou poutres de raidissement. Les ponts à haubans peuvent comporter des câbles configurés de diverses manières.

Configurations des câbles

Configurations de tours

Double plan vertical (parallèle) : Si les câbles se déploient des deux côtés du tablier à partir de poteaux doubles (un poteau pour chaque côté du tablier), il s’agit d’un pont à haubans à double plan vertical.

Double plan vertical (incliné) : Dans un plan vertical double, les poteaux peuvent également être inclinés.

Plan vertical simple : Si les câbles se déploient de part et d’autre du tablier à partir de poteaux uniques au centre du tablier, il s’agit d’un pont à haubans à plan vertical unique.

Ponts mobiles

Plusieurs des types de ponts décrits ci-dessus peuvent être conçus parallèlement à des caractéristiques mécaniques pour permettre au pont de dégager une voie d’eau et de faire place à des bateaux qui, autrement, ne passeraient pas sous le pont lorsqu’il est fermé. Ces ponts mobiles sont catégorisés en fonction de la conception des caractéristiques mécaniques qui permettent le mouvement du pont.

Ponts basculants

Les ponts basculants pivotent vers le haut pour s’ouvrir aux bateaux. Ils comprennent un contrepoids pour équilibrer la travée et permettre à des moteurs relativement petits de soulever le grand vantail.

Si la travée est constituée de deux vantaux de bascule qui se soulèvent, le pont est une bascule à deux vantaux. La plupart des ponts basculants d’autoroute sont à double battant.

Si la travée est constituée de deux battants de bascule qui se relèvent, le pont est une bascule à double battant. La plupart des ponts basculants d’autoroute sont à deux battants.

Configurations des ponts basculants

Parmi les types de ponts mobiles, les ponts basculants présentent la plus grande variété de fonctionnement mécanique. Les conceptions de bascule suivantes sont adaptées de celles qui sont apparues dans le livre Bridge Engineering de 1916 de J.A.L. Waddell et, pour la plupart, elles restent pertinentes aujourd’hui avec seulement des changements mineurs de nom et de classification comme indiqué ci-dessous.

Trondin fixe (type Chicago) : Le contrepoids est fixé au vantail, et le vantail tourne autour d’un tourillon fixe. Utilisé pour la première fois dans le Tower Bridge de Londres, le design a été modernisé et rendu populaire par la ville de Chicago.

L’ascenseur roulant Scherzer : Ce type de bascule tourne sur un rail, et possède un contrepoids fixé au vantail. Inventé en 1893 par Albert Scherzer et popularisé par son frère William Scherzer.

Bascule de Strauss : Joseph Strauss a inventé sa variété de pont bascule à tourillon qui se distingue par la présence d’un tourillon séparé pour le contrepoids. Ainsi, le contrepoids n’est pas fixé au tablier. Cette conception de contrepoids aérien était également adaptable à une conception où le contrepoids était caché sous la chaussée.

Trunnion à talon : Cette variante de la bascule de Strauss se distingue par sa forme de parallélogramme et prend généralement la forme vue ci-dessus. Le contrepoids est toujours au-dessus de la chaussée.

Page : Une conception rare de bascule.

Rall : Une conception rare de bascule.

Ponts tournants

Un type de pont mobile, les ponts tournants sont typiquement classés en deux catégories principales basées sur la façon dont ils reposent sur le pilier tournant comme indiqué ci-dessous. La plupart des ponts tournants sont symétriques (pilier central) mais si le pilier n’est pas au centre, alors le pont est un pont tournant en queue de bobine et un contrepoids d’équilibrage peut être présent à l’extrémité la plus courte.

Configurations des ponts tournants

Appui sur la jante : La travée s’appuie sur la voie circulaire autour de la jante. Il y a généralement une série dense de nombreux rouleaux autour de la jante.

Palier central : La portée porte sur un seul point au centre du pilier pivotant. En tant que tel, il peut y avoir moins de rouleaux autour de la jante, car ils ne servent qu’à guider la ferme lors du déplacement et ne sont pas porteurs.

Certains ponts tournants sont conçus de telle sorte que le pilier tournant n’est pas au centre du pont, avec un bras offrant une portée tournante au-dessus de la voie navigable, et un autre bras plus court ayant un contrepoids pour maintenir le pont en équilibre. Ils sont connus sous le nom de ponts tournants en queue de bobine.

Ponts levants verticaux

Type de pont mobile, les ponts levants verticaux s’élèvent directement pour offrir un dégagement aux bateaux. Les deux formes les plus courantes utilisent de hautes tours qui abritent des contrepoids qui se déplacent pour maintenir la travée en équilibre lorsqu’elle est soulevée par des moteurs. Ces types de ponts levants verticaux sont catégorisés en fonction de l’emplacement de ces moteurs.

Pièces de ponts levants verticaux

Le diagramme ci-dessus, créé par le célèbre ingénieur des ponts levants verticaux J. A. L. Waddell montre les nombreuses pièces d’un pont levant vertical.

Configurations des ponts à élévation verticale

De nombreux ponts à élévation verticale logent les moteurs sur la travée d’élévation elle-même, avec une série de câbles partant de la travée et allant sur la tour pour déplacer le contrepoids et les câbles de levage (remontée). Appelés Span Drive Vertical Lift Bridges, ils ont tendance à être des ponts élévateurs verticaux plus anciens.

D’autres ponts élévateurs verticaux logent les moteurs sur les tours, généralement au sommet à côté des poulies. Ces ponts sont connus sous le nom de ponts levants verticaux à entraînement par tour, et ils ont tendance à être des ponts levants verticaux plus récents.