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Pont à poutres en porte-à-faux

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Unpont à poutres en porte-à-faux ou plus simplementpont cantilever (de l’anglais pour « porte-à-faux ») est unpont dont letablier est constitué de poutres construites enporte-à-faux (ou, autrement dit, "en console" ou bien "par encorbellements successifs"), c'est-à-dire par des structures qui se projettent horizontalement dans l'espace, soutenues à une seule extrémité.

Pour les petites passerelles, les porte-à-faux peuvent être de simples poutres. Les grands ponts en porte-à-faux, conçus pour gérer le trafic routier ou ferroviaire, utilisent des fermes en acier de construction ou des poutres-caissons en béton précontraint.

Le pont en porte-à-faux en treillis d'acier a été une percée technique majeure. Il peut s'étendre sur des distances de plus de 500 m. Ce mode de construction a répondu à plusieurs contraintes pour construire un pont :

Franchir un obstacle, comme une rivière, ne permettant pas d'utiliser de cintre ni d'échafaudages s'appuyant au sol lors de la construction pour en limiter le coût de construction, et limiter les risques en cas de crues ;
Assurer la continuité d'un pont de plusieurs travées, pour limiter sa déformation dans le cas d'une construction métallique en treillis soumise à des charges lourdes dans le cas de ponts ferroviaires.

Historique

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On trouve un dessin de pont construit en porte-à-faux dans le carnet deVillard de Honnecourt.

Page du carnet de Villard de Honnecourt
Interprétation du croquis parEugène Viollet-le-Duc
Pont construit en troncs d'arbre sur la rivière Kunar, au Pakistan

L'intérêt d'une poutre continue avait été démontrée au début duXIX^e siècle mais il était nécessaire de trouver une solution pour résoudre deux problèmes :

comment reprendre les effets des dilatations dues aux variations de température tout en assurant la reprise des efforts longitudinaux et transversaux,
comment assurer la résistance de l'ouvrage en cas de tassement d'un des appuis.

Schéma de la poutre en treillis du pont ferroviaire d'Hassfurt.

Réalisations modernes

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Les ingénieurs duXIX^e siècle ont compris qu'un pont continu sur plusieurs supports répartirait les charges entre eux. Cela se traduirait par des contraintes plus faibles dans la poutre ou la ferme, et signifiait que des portées plus longues pourraient être construites [1]. Plusieurs ingénieurs duXIX^e siècle ont breveté des ponts continus avec des points d'articulation à mi-portée [2]. L'utilisation d'une rotule dans le système à travées multiples présentait les avantages d'un système statiquement déterminé^[3] et d'un pont capable de gérer les tassements différentiels des fondations^[1]. Les ingénieurs pouvaient plus facilement calculer les forces et les contraintes avec une charnière dans la poutre.

Le premier pont en porte-à-faux moderne a été inventé parHeinrich Gerber pour la construction du pont ferroviaire de Hassfurt, en 1866-1867. Il a breveté ce type de pont àpoutre en treillis appeléepoutre Gerber en 1866.

Il s'agit d'une superstructure à piles bi-articulées dont lestravées latérales sont en porte-à-faux. Une travée centrale peut venir se poser sur les extrémités en porte-à-faux. Ce type de pont en porte-à-faux a une structure non continue mais en plaçant les articulations aux points de moments de flexion nuls sous chargement de poids propre on retrouvait dans la structure une répartition des sollicitations identiques à celles d'un pont continu.

Le plus long de ces ponts est celui dupont de Forth avec une longueur totale de 2 529 m. Le pont avec la travée la plus longue est celui deQuébec avec une travée longue de 549 mètres, suivi de près par le pont du Forth constitué de deux travées de 521 m.

Technique

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« Pont en porte-à-faux.—Une structure dont au moins une partie agit comme un ancrage pour soutenir une autre partie qui s'étend au-delà de la pile de support. »John Alexander Low Waddell,Bridge Engineering - Volume 2.

Une travée simple en porte-à-faux est formée de deux bras en porte-à-faux s'étendant des côtés opposés d'un obstacle à franchir, se rejoignant au centre. Dans une variante courante, la travée suspendue , les bras en porte-à-faux ne se rejoignent pas au centre ; au lieu de cela, ils supportent un pont central en treillis qui repose sur les extrémités des bras en porte-à-faux. La travée suspendue peut être construite hors site et soulevée en place, ou construite en place à l'aide de supports de déplacement spéciaux.

Diagramme des différentes parties duJohn P. Grace Memorial Bridge

Une façon courante de construire des poutres en acier et des travées en porte-à-faux en béton précontraint consiste à contrebalancer chaque bras en porte-à-faux avec un autre bras en porte-à-faux faisant saillie dans la direction opposée, formant un porte-à- faux équilibré ; lorsqu'ils se fixent sur une fondation solide, les bras de contrepoids sont appelés bras d'ancrage . Ainsi, dans un pont construit sur deux piles de fondation, il y a quatre bras en porte-à-faux : deux qui enjambent l'obstacle, et deux bras d'ancrage qui s'éloignent de l'obstacle. En raison du besoin de plus de force au niveau des supports du porte-à-faux équilibré, la superstructure du pont prend souvent la forme de tours au-dessus des piliers de fondation. Lepont Commodore Barry sur le fleuveDelaware est un exemple de ce type de pont cantilever.

Les porte-à-faux en treillis d'acier supportent les charges par tension des membres supérieurs et compression des membres inférieurs. Généralement, la structure distribue la tension via les bras d'ancrage aux supports les plus extérieurs, tandis que la compression est transmise aux fondations sous les tours centrales. De nombreux ponts en porte-à-faux en treillis utilisent des joints articulés et sont donc statiquement déterminés sans aucun membre supportant des charges mixtes.

Construction

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Les ponts en porte-à-faux équilibrés en béton précontraint sont souvent construits en utilisant une construction segmentée .Un pont peut être construit en porte-à-faux ou enencorbellement pour éviter les appuis d'un cintre complexe ou dans une zone difficile d'accès ou présentant des risques, mais cette disposition de la structure est provisoire et cesse après le clavage de la travée.

Construction en encorbellement des arches dupont Eads au-dessus du Mississippi
Viaduc de Garabit : construction en encorbellement de l'arc. (Viaduc classé monument historique^[4])
Doublement dupont du Cadre Noir de Saumur - Un fléau construit en encorbellement symétrique

Notes et références

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↑^{a etb}Augustus JayDuBois,The Mechanics of Engineering, New York, John Wiley & Sons,1902(lire en ligne)
↑C.Bender, « Discussion onCantilever Bridges by C.F. Findlay »,Canadian Society of Civil Engineers.,vol. 3,‎1890(lire en ligne, consulté le10 août 2008)
↑EricDeLony,« Context for World Heritage Bridges »[archive du21 février 2005], surWorld Heritage Sites, International Council on Monuments and Sites,1996(consulté le10 août 2008)
↑Arrêté du 18 octobre 2017, Legifrance[1]

Annexes

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Bibliographie

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Henry Grattan Tyrrell,History of bridge engineering,p. 257-308, Chicago, 1911 (lire en ligne)

Liens externes

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Notice dans un dictionnaire ou une encyclopédie généraliste :
- Britannica
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v ·m Ponts par types et longueurs
Structures	Pont suspendu Pont à haubans Pont en arc Pont bow-string Pont à poutres en porte-à-faux Pont en treillis Pont flottant Pont mobile Pont basculant Pont levant Pont submersible Pont tournant Pont transbordeur Pont Bailey Pont en bois Pont habité Pont couvert Pont à béquilles Pont Vierendeel
Matériaux	Pont métallique Pont en béton armé Pont en béton précontraint Pont en bois Pont en maçonnerie Pont de liane Pont mixte acier-béton Pont de corde inca Pont voûté en béton
Modes de transport	Passerelle Passerelle himalayenne Pont de singe Pont ferroviaire Pont routier Pont-canal Pont-avion Pont interrompu Pont-bâche
Grands ponts	Ponts les plus longs Ponts suspendus Ponts à haubans Ponts en arc Ponts en porte-à-faux

v ·m Les 10 plusgrands ponts en porte-à-faux(classés selon leur portée principale)
Pont de Québec (549 m) Pont du Forth (521 m ×2) Minato (510 m) Commodore Barry (501 m) Crescent City Connection (ponts jumeaux, 480 m) Pont de Howrah (457 m) Gramercy Bridge (445 m) San Francisco-Oakland Bay Bridge (pont Est) (427 m, démoli) Horace Wilkinson Bridge (376 m) Pont Tappan Zee (369 m)