Pont à poutres en porte-à-faux

Origines

Au XIXe siècle, les ingénieurs savaient qu'un pont construit sur de multiples supports répartissait les charges entre eux. Cela signifiait qu'il y aurait moins de contraintes dans la poutrelle ou le treillis et que des travées plus longues pourraient être construites. Plusieurs ingénieurs du XIXe siècle ont conçu des ponts continus avec des points d'articulation à mi-portée. L'utilisation d'une charnière dans le système à travées multiples permettait aux ingénieurs de mieux déterminer les charges et les contraintes sur le pont.

Heinrich Gerber a été l'un des ingénieurs à obtenir un brevet pour une poutrelle à charnières (1866) et est reconnu comme le premier à en construire une. Le pont de Hassfurt sur le Main en Allemagne a une travée centrale de 38 mètres (124 pieds). Achevé en 1867, il a été le premier pont moderne en porte-à-faux. Parmi les autres premiers ponts en porte-à-faux, on peut citer le High Bridge of Kentucky de C. Shaler Smith (1877), le Niagara Cantilever Bridge de Charles Conrad Schneider (1883) et le Poughkeepsie Bridge de John Francis O'Rourke et Pomeroy P. Dickinson (1889). Le pont de la rivière Kentucky enjambait une gorge de 84 mètres de profondeur. Il a été construit avec un cantilever, ce qui signifie qu'il n'a pas eu besoin d'être soutenu pendant la construction. Le plus célèbre des premiers ponts en porte-à-faux est le Forth Rail Bridge. Ce pont a détenu le record de la plus longue portée au monde pendant 17 ans.

Benjamin Baker a montré comment le système de cantilever fonctionnait sur la photo de gauche. La travée suspendue, où Kaichi Watanabe est assise, est visible au centre. La nécessité de résister à la compression de la membrure inférieure est illustrée par l'utilisation de poteaux en bois, tandis que la tension de la membrure supérieure est illustrée par les bras tendus. L'action des fondations extérieures comme ancrage du cantilever est visible dans le placement des contrepoids.

Fonction

Pont cantilever - Structure dont au moins une partie sert d'ancrage pour soutenir une autre partie qui s'étend au-delà de la pile de support.

- John Alexander Low Waddell, Ingénierie des ponts

Une simple travée en porte-à-faux est formée par deux bras en porte-à-faux s'étendant de part et d'autre de l'obstacle à franchir, se rejoignant au centre. Dans le cas d'une travée suspendue, les bras en porte-à-faux ne se rencontrent pas au centre, mais soutiennent un pont en treillis central 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 sur place à l'aide de supports mobiles spéciaux.

avec comme porte-à-faux équilibré, la portée est équilibrée par des porte-à-faux allant dans la direction opposée. Si ces derniers sont ancrés dans des fondations solides, on les appelle des bras d'ancrage. Dans un pont construit sur deux piliers 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 de la nécessité d'une plus grande résistance au niveau des supports en porte-à-faux équilibrés, la superstructure du pont prend souvent la forme de tours au-dessus des piliers de fondation. Le pont Commodore Barry est un exemple de ce type de pont cantilever.

Les poutrelles en acier supportent les charges par la tension des éléments supérieurs et la compression des éléments inférieurs. Généralement, la structure répartit la tension par les bras d'ancrage sur les supports les plus extérieurs, tandis que la compression est reportée sur les fondations sous les tours centrales.

Les ponts en porte-à-faux équilibrés en béton précontraint sont souvent construits par segments.

Un diagramme des parties du pont commémoratif John P. Grace

Méthodes de construction

Certains ponts à arcs en acier (comme le pont Navajo) sont construits avec des travées en porte-à-faux de chaque côté. Celles-ci sont ensuite reliées par une goupille, généralement après avoir écarté le point de rencontre. Lorsque les vérins sont retirés et que le tablier du pont est ajouté, le pont devient un pont en arc en treillis. Une telle construction non soutenue n'est possible que si l'on dispose d'une roche appropriée pour supporter la tension dans la membrure supérieure de la travée pendant la construction, ce qui limite généralement cette méthode à la traversée de canyons étroits.

Liste par longueur

Les plus longs ponts cantilever du monde (par la plus grande portée) :

1. Pont de Québec (Québec, Canada) 549 m (1 800 pieds)
2. Forth Bridge (Firth of Forth, Écosse) 2 x 1 710 pieds (521 m)
3. Pont Minato (Osaka, Japon) 510 m (1 673 pieds)
4. Pont Commodore Barry (Chester, Pennsylvanie, États-Unis) 501 m (1 644 pieds)
5. Crescent City Connection (double travée) (Nouvelle-Orléans, Louisiane, États-Unis) 480 m (1 575 pieds)
6. Pont Howrah (Kolkata, Bengale occidental, Inde) 457 m (1 500 pieds)
7. Veterans Memorial Bridge (Gramercy, Louisiane, États-Unis) 445 m (1 460 pieds)
8. San Francisco - Oakland Bay Bridge (East Bay Span) (San Francisco, Californie, États-Unis) 427 m (1 400 pieds)
9. Pont Horace Wilkinson (Baton Rouge, Louisiane, USA) 376 m (1 235 pieds)
10. Tappan Zee Bridge (South Nyack, New York & Tarrytown, New York, USA) 369 m (1 212 pieds)

Exemples