Dessiner un pont

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Contexte

Un pont au-dessus d'une voie navigable doit permettre aux bateaux et aux navires de traverser son chemin, généralement en étant assez grand pour leur permettre de naviguer en dessous. Parfois, il n'est pas pratique de construire un pont assez haut; par exemple, il peut monter trop rapidement ou bloquer la vue d'un point de repère important. Dans de tels cas, le pont peut être conçu de manière à pouvoir être facilement déplacé à l'écart des navires trop grands pour naviguer sous lui.

Le type de pont mobile que la plupart des gens considèrent comme un pont-levis est similaire à ceux qui enjambaient les douves du château médiéval. Techniquement appelés "ponts basculants" du mot français pour balançoire, ils peuvent s'ouvrir à une extrémité et se soulever d'un côté (feuille simple) ou s'ouvrir au milieu et se soulever des deux côtés (feuille double). Un autre type courant de pont mobile est la travée de levage verticale, dans laquelle la section mobile est supportée aux deux extrémités et est soulevée verticalement comme un ascenseur. Les ponts rétractables sont fabriqués de sorte que la travée mobile glisse sous une section adjacente du pont. Les ponts tournants reposent sur des pivots verticaux et la travée mobile tourne horizontalement pour ouvrir le pont.

Les ponts mobiles sont relativement rares car ils sont plus coûteux à exploiter et à entretenir que les ponts fixes. Ils gênent également la circulation, sur l'eau lorsqu'ils sont fermés et sur la chaussée ou la voie ferrée lorsqu'ils sont ouverts. Sur les 770 ponts dont le New York City Transportation Department est responsable, 25 sont des ponts mobiles, dont au moins un de chacun des quatre types définis ci-dessus.

Historique

Quelques ponts-levis anciens ont été construits, dont un il y a 4 000 ans en Egypte et un il y a 2 600 ans dans le royaume chaldéen du Moyen-Orient. Mais ils n'étaient pas couramment utilisés jusqu'au Moyen Âge européen. À la fin du XVe siècle, Léonard de Vinci non seulement concevait et construisait des ponts basculants, mais dessinait également des plans et réalisait des modèles à l'échelle d'un pont tournant et d'un pont escamotable.

L'ère moderne de la construction de ponts mobiles a commencé au milieu du XIXe siècle à la suite du développement de procédés de production de masse d'acier. Les poutres en acier sont légères et solides, les roulements en acier sont durables et les moteurs et moteurs en acier sont puissants.

La plupart des ponts mobiles actuellement utilisés aux États-Unis ont été construits au début du XXe siècle. Au fur et à mesure de leur rénovation ou de leur remplacement, deux types d'améliorations peuvent être apportées. Premièrement, des techniques de conception plus sophistiquées et des matériaux plus solides et plus légers permettent de construire de nouveaux ponts plus haut au-dessus de l'eau. Cela signifie que les plus gros navires peuvent naviguer sous eux; par conséquent, il n'est pas nécessaire de les ouvrir aussi fréquemment. Certains remplaçants modernes ne doivent être ouverts qu'un quart à un tiers comme souvent leurs prédécesseurs. Deuxièmement, certains nouveaux ponts sont actionnés hydrauliquement plutôt que d'être entraînés avec des mécanismes d'engrenage.

Matières premières

Les ponts-levis sont principalement constitués de béton et d'acier. Soixante-quinze cents tonnes courtes (6 804 tonnes métriques) d'acier de construction et 150 000 tonnes courtes (13 6080 tonnes métriques) de béton ont été utilisées dans le pont de Casco Bay Un pont-levis typique. à Portland, Maine; il a une ouverture de 360 ​​pieds (10 nm) de haut et a été achevé en 1997.

Conception

Chaque pont-levis est une structure unique conçue pour son emplacement particulier et ses besoins de circulation. Il existe au moins une demi-douzaine de concepts de conception différents, mais le plus courant est le type à bascule. Dans les ponts basculants à deux vantaux ou à quatre vantaux (un pont à deux vantaux avec des vantaux séparés pour chaque sens de circulation des véhicules), chaque vantail peut être levé et abaissé indépendamment.

L'énergie nécessaire pour lever et abaisser les vantaux basculants est considérablement réduite en contrebalançant chaque vantail avec un poids compact sur le côté opposé de l'axe de pivot (tourillon). Dans diverses conceptions de bascule, ce contrepoids peut être situé au-dessus de la chaussée et autorisé à pivoter sous la chaussée lorsque le pont est levé, ou il peut être situé sous la chaussée et autorisé à descendre dans un sous-sol (souvent bien en dessous de la ligne de flottaison) comme le pont s'ouvre. Le contrepoids est une boîte massive en béton contenant des chambres dans lesquelles de lourdes tiges métalliques peuvent être insérées pour modifier le poids et sa répartition. Il peut être situé à côté du tourillon ou, pour un meilleur effet de levier, être en retrait de quelques mètres. À titre d'exemple, chaque paire de feuilles de 500 tonnes (450 tonnes métriques) sur le pont de Casco Bay est équilibrée par un contrepoids de 800 tonnes (720 tonnes métriques).

Outre les vantaux et les contrepoids, les autres éléments principaux d'un pont basculant sont le tourillon et le mécanisme de levage. Un seul tourillon en acier jusqu'à 10 pi (3 m) de diamètre et 65 pi (20 m) ou plus de longueur peut être utilisé pour un battant de la travée mobile ; ou un tourillon court séparé peut être utilisé pour chaque côté de chaque feuille. Le mécanisme de levage est généralement un engrenage à crémaillère entraîné par des moteurs électriques.

Le processus de fabrication

Bien que chaque installation soit différente, voici une description générique de la construction d'un pont basculant.

Jetées

• 1 Si les piles de support de bascule seront situées dans l'eau, un batardeau est construit autour du site pour chaque pile. Des panneaux d'acier sont descendus dans l'eau et enfoncés dans le lit de la rivière pour former une boîte. Une pelle à benne preneuse A. Fosse basculante. B. Système de garde-boue. C. Pile du pont. enlève la terre à l'intérieur du batardeau. Des pieux sont enfoncés profondément dans le lit de la rivière pour supporter le grand poids de la jetée et des feuilles de bascule. Des pieux en acier peuvent être enfoncés ou des pieux en béton armé peuvent être coulés dans des trous percés. Le fond du batardeau est scellé avec une couche de béton. L'eau est pompée hors du batardeau pour fournir une zone sèche pour la construction de la jetée.
• 2 Des coffrages sont construits pour façonner les piliers en béton. Des barres d'acier (barres d'armature) sont attachées ensemble pour former une cage d'armature soigneusement conçue pour l'intérieur de la jetée. La cage d'armature est abaissée en position à l'intérieur des coffrages. Les formulaires sont remplis de béton. Lorsque le béton a durci, les coffrages sont retirés. Autour de la ligne de flottaison, une couche protectrice d'un matériau résistant à l'érosion, tel que le granit, peut être fixée à la jetée. Le batardeau est retiré.
• 3 Une défense peut être construite autour de la jetée pour la protéger des impacts de navires errants. Par exemple, sur le pont Casco, de gros cylindres de béton ont été érigés en amont et en aval de chaque pilier pour soutenir les extrémités d'une défense en acier. L'aile était recouverte de plastique glissant pour éviter les impacts mineurs. Sous des impacts plus importants, la défense peut fléchir contre des butoirs en caoutchouc et, si nécessaire, contre des caisses creuses en béton écrasables qui empêcheraient l'impact d'endommager la jetée elle-même.

Feuilles basculantes

• 4 Un ou plusieurs tourillons sont montés sur des supports à l'intérieur du pilier.
• 5 Un contrepoids est construit et placé à l'intérieur de la jetée.
• 6 Des engrenages et/ou des mécanismes de levage hydrauliques sont installés dans la jetée.
• 7 Deux poutres latérales sont construites pour la section de talon de chaque feuille du pont. Un palier de tourillon est monté dans une ouverture dans chaque poutre. La poutre peut être équipée d'engrenages qui s'engrènent avec le mécanisme de levage, ou elle peut être équipée de palettes contre lesquelles les vérins hydrauliques peuvent pousser.
• 8 Les deux poutres latérales sont soulevées dans le pilier et relâchées sur les extrémités du tourillon. La partie talon est complétée par une traverse reliant les deux poutres latérales. Le contrepoids est attaché à la section du talon.
• 9 Des poutres longitudinales supplémentaires peuvent être hissées en position entre les poutres latérales et fixées à la section de talon. Des entretoises en acier sont fixées entre les poutres latérales et toute autre poutre longitudinale. Au fur et à mesure que des morceaux sont ajoutés à la feuille, une quantité appropriée de poids doit également être ajoutée au contrepoids pour maintenir la stabilité. Ceci est particulièrement important si le pont est construit en position fermée et doit être ouvert pendant la construction pour permettre le passage du trafic maritime.
• 10 Le vantail est complété par la fixation d'un profilé de pointe qui relie les poutres latérales (et les éventuelles poutres longitudinales) à l'extrémité opposée au talon. Des dispositifs appelés verrous de travée sont montés sur les extrémités des feuilles pour connecter les feuilles opposées lorsque le pont est abaissé, de sorte que les véhicules circulant sur le pont ne fassent pas rebondir les feuilles. Des verrous supplémentaires peuvent sécuriser les vantaux dans leur position ouverte afin que le vent ne les force pas à reculer.

Finition

• 11 panneaux de platelage en grille d'acier sont installés au sommet du vantail. Parfois, une mince surface de béton est ajoutée.
• 12 L'équilibrage final est réalisé en plaçant de lourdes tiges de fer, d'acier ou de plomb dans les compartiments de contrepoids appropriés. Lorsqu'il est correctement équilibré, le vantail est légèrement plus lourd que le contrepoids, de sorte que la gravité abaisse (ferme) doucement le pont.

Ajustements en cours

Tout au long de la durée de vie du pont, des ajustements de contrepoids doivent être effectués. Des ajustements à court terme compensent par exemple les accumulations de glace ou de neige. Les ajustements à long terme équilibrent les changements de poids des feuilles dus à des activités telles que le repavage ou la peinture. Lorsque le pont High Street de 75 m de long dans le comté d'Alameda, en Californie, a été rénové en 1996, 25 000 livres (11 000 kg) de peinture et d'apprêt ont été retirés de ses deux battants basculants. Les contrepoids ont dû être ajustés avant et après repeinture de la travée.

Un exemple dramatique de la nécessité de maintenir un contrepoids approprié a été montré par un accident sur le pont Michigan Avenue à Chicago le 20 septembre 1992. Le pont basculant à deux niveaux et à deux battants était en cours de réparation et le pavage en béton avait été enlevé. les ponts supérieur et inférieur. Une grosse grue était garée derrière le tourillon d'un vantail, juste au-dessus d'un contrepoids qui n'avait pas été allégé pour compenser l'enlèvement du pavage. Les verrous de sécurité peuvent également avoir été mal engagés ou défectueux. Le côté opposé du pont a été ouvert pour permettre à un bateau de passer. Lorsqu'il s'est fermé et s'est accouplé avec le côté qui était resté vers le bas, la moitié statique a été suffisamment secouée pour libérer son énergie déséquilibrée. La feuille « a surgi sans avertissement, comme une catapulte gargantuesque, projetant du matériel et des débris sur des centaines de mètres à travers Wacker Drive dans les bus, les automobiles et la circulation piétonnière », selon une analyse publiée dans le Journal de l'American Society of Mechanical Engineers. . L'article continuait :« La rotation rapide du pont l'a arraché de ses paliers de tourillon et toute la travée a claqué au fond de la fosse du contrepoids. Six personnes ont été blessées alors qu'elles sortaient d'un bus heurté par des débris volants, et la lunette arrière d'une voiture occupée a été brisée par la boule de démolition attachée à la grue alors qu'elle tombait du pont.

Le futur

Il existe deux catégories d'innovations de ponts mobiles. Les raffinements des conceptions traditionnelles incluent la minimisation de la construction de grandes fosses submergées pour recevoir des contrepoids lorsque le pont est ouvert. Par exemple, le 17th Street Causeway Bridge à Fort Lauderdale, en Floride, commencé en 1998, permet à des contrepoids compacts de se balancer dans des piliers de support en forme de V plutôt que de descendre dans des sous-sols sous des piliers volumineux. Le pont South Eighth Street à Sheboygan, Wisconsin, achevé en 1995, fonctionne sans contrepoids malgré son tablier en béton armé relativement lourd. Plutôt que d'être entraînée par engrenage, la bascule à un seul battant de 82 pieds (25 ni) de long est déplacée par un puissant système hydraulique.

D'autres innovations de ponts mobiles introduisent des concepts entièrement nouveaux. Par exemple, le Baltic Millennium Bridge à Gateshead, en Angleterre (qui sera ouvert au public en 2001), se compose de deux arches paraboliques reliées par une série de câbles parallèles. Lorsque le pont est fermé, une arche est horizontale et l'autre est verticale. Le pont s'ouvre en tournant verticalement comme une unité complète, en élevant l'arc horizontal et en abaissant l'arc vertical jusqu'à ce que les deux reposent à environ 45° et 164 pieds (50 m) au-dessus de la surface de l'eau. La structure en acier et en aluminium est conçue pour transporter les piétons et les cyclistes à travers la rivière Tyne de 410 pi (125 m) de large.