Transcript evolution_des_ponts - Technologie, Sciences de l`Ingénieur et

Evolution des ponts
Etude de cas
Créé par O.VALMARY
Lycée Le Corbusier
76800 St Etienne du Rouvray
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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.
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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?
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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
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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 »
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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?
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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
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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
● massif d’ancrage
● câble de retenue
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Evolution des ponts
Evolution des ponts suspendus
Q7: A partir de la vidéo « Les constructeurs de l’extrême – Ponts », répondre aux
différentes questions.
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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)
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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:
……………………………
……………………………
……………………………
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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
……………
Innovation
……………
Innovation
……………
Innovation
……………
Innovation
……………
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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.
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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)
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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 »?
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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.
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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
F
Faisons une
expérience pour
mettre en
évidence le
flambage.
Prenons deux
spaghettis et
appliquons
dessus le même
F
effort.
F
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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:
F
F
F
F
Spaghetti soumis
à une sollicitation
de compression:
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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!
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