Comment les ponts sont ils influencés par la température ?

Nous pensons souvent aux ingénieurs civils en tant que concepteurs de structures statiques, ou d’ouvrages qui ne bougent pas.

Ce serait bien, mais la réalité est que tout bouge pour une raison ou une autre, et l'une de ces raisons se trouve être la température. Aujourd'hui, on va parler de la dilatation thermique.

Que vous vous en rendiez compte ou non, vous êtes probablement déjà familiarisé avec la dilatation thermique, qui est la propriété des matériaux de changer de volume en fonction de la température.

Si vous avez utilisé un thermomètre en verre, vous avez certainement remarqué que le liquide dans un thermomètre, généralement du mercure ou de l'alcool, augmente de volume à mesure qu'il chauffe. Puisqu'on peut caractériser cette expansion, on peut l'utiliser comme instrument de mesure.

Peut-être avez-vous déjà expérimenté une application moins utile de la dilatation thermique.

Si vous avez déjà mis de la vaisselle en verre sur un brûleur ou versé de l'eau froide sur un plat qui vient d'être sortie du four, vous savez que ça ne va pas très bien.

Si on le laisse se dilater et se contracter uniformément, les contraintes dans le matériau ne s'accumulent pas.

Mais, si vous le chauffez ou le refroidissez de manière inégale, certaines parties du verre se battront les unes contre les autres à mesure qu'ils changent de taille.

Le verre n'est pas flexible, donc au lieu de se plier, il se brise.

Le mouvement thermique est quelque chose qui doit être pris en compte dans presque tous les domaines de l'ingénierie, car il n'y a pas beaucoup d'endroits qui ne voient pas les fluctuations de température.

Et il n'y a vraiment que deux options lors de la conception pour la dilatation thermique : 

La première consiste à empêcher le mouvement en le contraignant, un exploit qui est presque toujours irréalisable. Le mouvement thermique peut générer des contraintes internes énormes.

La deuxième est de s'adapter au mouvement thermique ce qui consiste simplement à donner à votre conception la liberté de bouger comme il l'entend.

Mais parfois, c'est plus facile à dire qu'à faire, en particulier pour les grandes structures civiles.

Cela peut sembler compliqué, mais ce n'est vraiment pas le cas.

Le changement de taille de quoi que ce soit est une fonction linéaire de la température proportionnelle à sa longueur. Et la pente de cette ligne est le coefficient de dilatation thermique.

Heureusement pour les ingénieurs civils, les coefficients de dilatation thermique de l'acier et du béton sont presque identiques, il est de l’ordre de 10-5, c'est pourquoi nous pouvons les combiner dans le matériau de construction omniprésent,

Même si le béton et l’acier se dilatent et se contractent au même rythme, ils se dilatent et se contractent toujours.

Ce sont des joints de dilatation qui donnent à un ouvrage la liberté de se déplacer suite aux fluctuations de température.

Le mouvement thermique évolue avec la longueur, les ingénieurs doivent donc faire beaucoup plus attention aux infrastructures linéaires.

Les longs tronçons de tuyaux, en particulier s'ils subissent des fluctuations de température, nécessitent des joints de dilatation pour éviter tout dommage.

Les rails des trains peuvent subir un « pli solaire » où une journée chaude peut réellement déformer l'acier.

L'un des plus grands défis pour le mouvement thermique concerne les ponts.Les ponts n'ont de support qu'entre travées.

Vous ne pouvez pas avoir de rupture non prise en charge dans le pont, ce qui signifie tout le mouvement thermique se passe au niveau des supports.

Pour les ponts avec de très longues portées, cela peut représenter un mouvement important.

Soit une conception de pont avec un côté en double appui et un côté en simple appui libre de bouger longitudinalement.

Par exemple, en journée ensoleillée le pont se dilate sur sa longueur à mesure qu'il se réchauffe.

Maintenant, je vais considérer une conception de pont sur deux appuis doubles afin que le mouvement soit contraint.

Le pont se dilate toujours à mesure qu'il chauffe, mais maintenant il doit se dilater dans des directions où il ne voulait pas aller, tout le pont s'est déformé de bout en bout.

Les forces générées par la dilatation thermique conduiraient probablement à la défaillance de la structure.

Les joints de dilatation sur les ponts doivent non seulement permettre au pont de bouger, ils doivent également combler l'écart dans le tablier routier afin que les voitures puissent rouler en toute sécurité par-dessus.

Donc, si vous regardez de plus près, vous verrez de nombreuses façons créatives dont les ingénieurs gèrent La dilatation thermique.

Parmi les solutions de conception les poutres peuvent être boulonnées à la plaque d'ancrage à l'aide de trous oblongs pour leur permettre de se dilater et de se contracter.

J'espère que cet article vous a donné un peu plus d'informations sur la nature dynamique des structures que nous considérons statique.

Dites-moi en commentaire ce que vous en pensez !