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UDC 624.21.09 MATÉRIAUX MODERNES POUR LES PONTS PIÉTONNIERS
Kozyreva L.V., Syroev A.P.
Chargée de cours du département «Construction des transports»
Étudiant en master
La construction des passages piétons dans les grandes villes constitue une tâche importante pour la création d’un environnement de vie confortable. Divers dans leurs solutions constructives, les ponts piétonniers utilisent de plus en plus des matériaux composites pour leurs structures.
Mots-clés : pont piétonnier, matériaux composites, béton armé, métal, bois.
Les principaux matériaux utilisés pour la construction des ouvrages de pont sont le béton armé et le métal, car ils permettent de couvrir de grandes portées et d’utiliser les solutions constructives les plus diverses. Jusqu’en 1777, lorsque le premier pont en fonte traversant la rivière Severn en Angleterre fut construit, seuls la pierre et le bois étaient utilisés pour la construction des ponts ; par la suite, la construction des ponts métalliques a commencé, et ce n’est qu’à la fin du XIXᵉ siècle que les premiers ponts en béton armé ont fait leur apparition. Pour la construction des ponts piétonniers modernes sont utilisés les matériaux traditionnels de la construction de ponts : bois, béton armé et métal.
Le bois, en tant que matériau pour la construction des structures de pont, est utilisé depuis les temps anciens ; il présente des avantages et des inconvénients. Le bois a un poids relativement faible par rapport aux autres matériaux de construction de ponts, il se distingue par sa simplicité, sa rentabilité et sa rapidité de montage, car pour son transport et son travail, aucune lourde grue n’est requise. Le bois le plus approprié pour la construction de ponts a toujours été le pin du fait de sa facilité de transformation et de sa résistance à la pourriture. La pourriture est la principale raison pour laquelle les ponts en bois ne sont pas durables et s’usent beaucoup plus rapidement que les ponts fabriqués à partir d’autres matériaux. L’allongement de la durée de vie d’un pont est permis par l’utilisation de panneaux rigides en boîte en contreplaqué collé, constitués d’un cadre en bois et d’un revêtement en contreplaqué imperméable, reliés entre eux par une couche de colle. Mais la fabrication de telles structures augmente le coût total du montage, et la durée d’exploitation future du pont ne dépassera pas 40 ans, ce qui est beaucoup moins que pour les ponts métalliques et en béton armé.
Le béton armé est le matériau le plus répandu pour les ponts de petites et moyennes portées. Il possède d’excellentes caractéristiques de résistance, ainsi que la résistance aux influences extérieures — naturelles et climatiques ; cependant, les structures en béton armé sont sujettes à l’apparition de fissures, qui diminuent leur durabilité et augmentent leur déformabilité. Les aciers employés dans la construction de ponts sont très technologiques, ils permettent de créer des structures aux portées les plus grandes, les blocs et éléments des structures en acier sont fabriqués en usine avec une très grande précision, un degré de standardisation et de préparation à l’assemblage. Les structures d’un tablier en acier résistent très bien aux charges alternantes, puisque l’acier fonctionne aussi bien en traction qu’en compression. Un poids relativement faible rend ces structures économiques et pratiques pour le montage. L’inconvénient des structures en acier est la susceptibilité à la corrosion, mais les moyens modernes de protection permettent de résoudre ces problèmes.
L’aluminium est un métal léger, utilisé dans la construction sous la forme de divers alliages avec du manganèse, du cuivre, du magnésium et autres additifs. C’est un métal léger mais très résistant, simple et pratique à façonner en profilé, au montage, résistant aux basses températures, non soumis à la corrosion et ne nécessitant pas de peinture. Les structures en aluminium sont coûteuses et n’ont pas trouvé un large usage en Russie.
Une alternative aux passages piétons souterrains et aériens construits traditionnellement est la construction de passages aériens couverts (avec matériau en polycarbonate multicolore), en matériaux composites. Les matériaux composites pour la construction de passages piétons aériens sont des profils en fibre de verre ou en basalte. Légers, incroyablement résistants, résistants aux effets d’un environnement agressif, matériaux écologiques, produits par la méthode de pultrusion. Parmi les principaux avantages des ponts et passages piétons en profils pultrudés composites comparés aux structures en béton armé, il faut mentionner : grande résistance à la corrosion et chimique du verre-plastique (basalte-plastique), possibilité d’utilisation dans des conditions d’humidité élevée, de variations saisonnières et journalières de température, absence de corrosion des éléments de liaison en acier en contact avec le verre-plastique ; résistance aux effets du vent ; possibilité de livraison sous forme de modules séparés, facilement transportables, remplaçables et extensibles ; légèreté et possibilité de montage manuel dans des endroits difficiles d’accès pour les engins ; réduction intégrée des coûts de montage, réduction des coûts d’exploitation ; les délais de construction des ouvrages sont réduits de 2 à 3 fois.
Tableau 1. Tableau comparatif des coûts de construction et d’entretien des ponts
Efficacité technique et économique
| Type de structure | Durabilité (années) | Coût de construction, y compris les matériaux | Entretien et réparation pendant les 35-40 ans d’exploitation | Coût final y compris leurs coûts d’exploitation sur une période de 25 ans |
| Structures de pont avec utilisation de béton armé et métal | > 100 ans | 100 % | 35-50 % de leur coût initial | 135-150 % |
| Structures de pont en matériaux composites | — | 70-75 % | 10-15 % de leur coût initial | 80-90 % |
Ce tableau montre l’efficacité technique et économique de l’utilisation des ponts composites. Le coût de construction d’un pont en béton armé est pris comme 100 %. Les dépenses pour un pont en béton armé sur toute la période d’exploitation dépassent deux fois celles d’un pont composite sur une période équivalente. L’effet économique est de 50-65 %.
Les exigences obligatoires pour le matériau des structures piétonnières de pont sont l’incombustibilité et la « vandalisme résistance ». À ce jour, des théories expérimentales confirmées permettant le calcul et la prévision du comportement mécanique du verre-plastique en tant que composant de pièces et d’assemblages sous l’influence de charges statiques et dynamiques prolongées, ainsi que de charges de fatigue, en tenant compte de l’influence des facteurs climatiques (variations de température, exposition à l’humidité, aux ultraviolets), ainsi que des milieux agressifs (acides, alcalis, solutions salines), d’érosion et d’usure par contact. L’analyse techno-économique a confirmé la perspective d’utilisation des structures composites dans les passages piétons de ponts.
Un pont piéton standard en acier, de 33 m de long, a une masse de 34,98 tonnes. Un pont composite en profils pultrudés en verre-plastique a une masse de 7,27 tonnes, ce qui est plus de 4,8 fois inférieur à la masse de la structure en acier. On obtient une économie significative lors de la construction des fondations et des appuis des structures piétonnières de ponts, induite par la diminution de la masse propre des ponts composites. De plus, les coûts d’exploitation liés au maintien de la résistance à la corrosion des structures en acier sont fortement réduits. Les ponts piétonniers en composites en Russie en fibre de verre et basalte sont construits relativement récemment. Le premier pont piétonnier entièrement composite du pays a été mis en service le 28 novembre 2004 dans le secteur de la gare « Tchertanovo » à Moscou.
Fig. 1. Pont piétonnier dans le secteur de la gare « Tchertanovo», Moscou.
Fig. 2. Pont piétonnier sur l’autoroute M1 dans les environs de la ville de Vyazma (région de Smolensk), construit en 2013 entièrement en matériaux composites, répondant à toutes les exigences modernes et s’intégrant harmonieusement dans le paysage environnant.
Fig. 3. Pont piétonnier au 425ᵉ kilomètre de la route fédérale R-298 «Koursk-Voronej-Saratov».
La longueur du passage piéton est de 56,4 mètres, y compris les escaliers. Pour la protection des piétons contre le bruit et les précipitations, une clôture transparente en polycarbonate monolithique avec un système extérieur de drainage a été prévue. Sur les escaliers est appliqué un matériau antidérapant. À l’intérieur du passage sont installées des rampes pour les poussettes, ainsi que des plateformes élévatrices pour le déplacement des personnes à mobilité réduite. En outre, un paratonnerre et une mise à la terre, un éclairage intérieur sont installés. Le nouveau passage aérien assure la sécurité des piétons sur un tronçon à forte intensité de trafic, et augmente également la capacité de transit de l’autoroute grâce à l’élimination d’un passage au niveau non régulé.
En Russie, un système de documents normatifs a été développé, qui permet la conception, la construction, l’inspection et l’essai des ponts piétonniers en structures composites. La tâche principale de l’étape actuelle est l’application pratique des normes développées avec l’accumulation des données sur la conception, la construction et l’exploitation des ponts composites afin de développer de nouveaux documents normatifs et d’améliorer ceux existants.
BIBLIOGRAPHIE
Ponts piétonniers : conception, construction, architecture / I.G. Ovchinnikov, G.S. Dyadchenko. – Saratov : Éd. SGTU, 2005. – 227 p.
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