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Renseignements de base sur les structures

Renseignements de base sur les structures

Vous trouverez ci-dessous les réponses à des questions souvent demandées au sujet de structures - des ponts et des tours. Vous pouvez aussi explorer d'autres sujets touchant à notre programme scolaire « Structures et formes ».

Pourquoi avons-nous besoin de ponts?

Les ponts nous permettent de passer d'un bord d'un cours d'eau à l'autre. Anciennement, les ponts permettaient le commerce entre les cultivateurs, et le mouvement des marchandises d'un bord à l'autre des séparations naturelles.

Les premiers êtres humains posaient souvent des pierres aux endroits peu profonds d'un petit cours d'eau comme moyen de passer d'un côté à l'autre. Il est facile d'imaginer comment ce genre de pierre pourrait servir de base à des billes ou des planches servant d'appui à un pont. Le premier pont a probablement été un arbre qui s'est écrasé en travers d'un cours d'eau.

Est-ce que les ponts enjambent toujours un cours d'eau?

Non, ils peuvent aussi enjamber une route, une voie ferrée, un fossé profond. Les ponts ne sont pas destinés uniquement aux voitures et aux personnes. Les ponts sur chevalets ont eu une importance capitale pour le passage des voies ferrées à travers les montagnes de l'Ouest canadien.

Les ponts qui enjambent une rivière permettent à l'eau de passer aisément à travers les « trous du pont ».

Les ponts permettent de franchir un obstacle (rivière, route, ravin) sans avoir à modifier l'obstacle.

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Quelles formes les ponts peuvent-ils avoir?

Il existe trois formes courantes :

  • Pont à poutres
  • Pont en arc
  • Pont suspendu

Pont à poutres

Pont à poutres

Une poutre est une grosse pièce de bois équarrie qui sert de support. Les premiers ponts étaient probablement constitués de billes de bois.

pile » :" l'appui du pont

Quelle hauteur faut-il prévoir pour les piles? Tout dépend de ce qui doit passer sous le pont.

"« travée » :" la distance d'une pile à l'autre

La travée est fonction de la solidité et de la masse de la poutre. Plus le matériau est épais, plus grande sera la masse qu'il peut supporter. Plus un matériau est épais, plus la travée peut être grande. Toutefois, plus le matériau est épais, plus le pont est lourd, donc il lui faut plus de support. Une poutre très solide risque d'être trop lourde pour la « travée » et de fléchir dans la rivière. Il est possible d'alléger la poutre en ayant recours à une ferme.

Y a-t-il une autre façon d'allonger la travée?

Il existe un type de pont à poutres appelé un cantilever. Il ressemble à un levier.

cantilever

Imaginons un levier, balancé sur un point d'appui, dont une extrémité est ancrée au sol. L'autre extrémité peut supporter une masse considérable. Imaginons deux leviers de l'un et l'autre côté d'une séparation, chaque levier comportant une extrémité fixée au sol, un peu comme deux tremplins installés de chaque côté d'une rivière. On pourrait alors balancer une poutre sur ces deux tremplins. Les deux leviers fixes pourraient supporter la poutre centrale. C'est ainsi qu'un pont cantilever peut enjamber une rivière assez large.

Pont en arc

Pont en arc

Un arc est constitué de voussoirs et d'une «clef de voûte» qui est le voussoir au sommet de l'arc. Un pont en arc doit sa solidité à la «poussée» exercée par l'arc. Les ponts en arc peuvent être très longs puisque plusieurs arcs peuvent se suivre en une ligne continue.

pont en arc

Dans le cas d'un arc à très faible élancement, les premières assises doivent être ancrées au sol, le plus souvent à l'aide d'un mur porteur.

Pour expliquer aux élèves le principe de la compression ou «poussée», saisissez, sur un étagère, cinq ou six livres en serrant les deux livres aux extrémités et en les soulevant. Les livres restent collés les uns contre les autres puisque vous exercez une «poussée». Est-il possible de poser un autre livre par-dessus les autres. Tout dépend de la pression exercée contre les livres aux deux extrémités.

Pont « Peace »

Pouvez-vous nommer une structure tridimensionnelle qui fait appel au même principe qu'un pont en arc?

Pont suspendu

Pont suspendu

Pont suspendu

Les ponts suspendus sont en réalité des ponts en arc qui sont inversés, et dont la solidité dépend de la «traction» et non plus de la «poussée» comme dans les ponts en arc. Les ponts suspendus peuvent enjamber des distances beaucoup plus grandes que tout autre type de pont.

Les ponts suspendus sont très souples, ce qui ne pose aucun problème, pourvu que l'oscillation du pont soit différente de la force répétitive du vent. Autrement, le mouvement oscillatoire pourrait être amplifié, causant la désintégration du pont.

 

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Quelles formes sont les plus solides?

  • Carrés
  • Triangles
  • Tubes

À l'aide de bâtons en carton et d'épingles, construisez un carré et un triangle. Essayez d'enfoncer les côtés. Le triangle résiste, mais le carré cède, à moins que les angles ne soient renforcés. Vous pourriez construire un renfort pour le carré à l'aide d'une pièce diagonale, ce qui reviendrait à construire deux triangles.

Le triangle est la forme la plus solide. On utilise des triangles pour construire des formes très solides appelées fermes.

Une autre forme très solide est le tube. Il suffit de penser au cadre d'une bicyclette ou à des pousses de bambou.

Voici une expérience à présenter à vos élèves.

Une feuille de papier journal peut-elle supporter un livre?

Il s'agitde la plier deux fois sur la longueur et de la rouler pour former un tube. Ce tube de papier journal est assez solide pour supporter un livre.

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Qu'est-ce qu'une ferme de pont?

Les ponts à poutres peuvent franchir une distance plus grande si la poutre est plus épaisse. Il y a une limite, toutefois, car une poutre trop épaisse va fléchir dans la rivière. Une solution possible consiste à construire une poutre constituée de triangles, c'est-à-dire une «ferme», qui est beaucoup plus légère qu'une poutre massive de même épaisseur. Une ferme est extrêmement solide et stable.

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Est-ce que le type de matériau exerce une influence sur la solidité d'un pont?

La forme est importante pour ce qui est de la solidité, mais le matériau l'est aussi. Une poutre d'acier supportera un plus grand poids qu'un poutre en bois de même taille. De nos jours, les ponts sont construits en acier et en béton armé.

Une poutre en béton armé est constituée de barres d'acier encastrées dans le béton. Cette armature d'acier permet au béton de résister aux forces de traction engendrées lorsque des poutres longues non soutenues sont soumises à une flexion sous l'effet de charges longitudinales importantes.

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Notre propre Tour CN

La Tour CN à Toronto, qui mesure 553 mètres, est une des structures autoportante les plus élevées au monde.

Comment a-t-on construit cette tour?

Les ingénieurs en construction ont fait appel à un coffrage glissant. Des tiges verticales ont été mises en place et un coffrage a été construit autour des tiges, puis on a coulé le béton. Lorsque le béton a durci suffisamment pour supporter une masse, le coffrage (glissant) a été soulevé le long des tiges, et on a pu couler d'autre béton. Cette démarche a été répétée jusqu'à ce que l'on atteigne la hauteur désirée.

Graphique (Site Web en anglais)

Une autre tour

tour Eiffel et une autre Bâtiment du Parlement

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