La technologie qui empêche les ponts de s’enfoncer

Pourquoi les ponts ne s’enfoncent-ils pas ?

• Un pont ne sert pas seulement à franchir quelque chose : il doit aussi laisser un espace libre en dessous, qu’il s’agisse d’une rivière, d’une voie ferrée ou d’une route
• Sur une route classique, les forces sont transmises directement au sol, mais sur un pont, elles se concentrent sur les piles ou les appuis situés de part et d’autre
• Les fondations de pont comptent parmi les systèmes d’ingénierie les plus puissants au monde
• Pourtant, elles sont construites dans des endroits qui ne sont pas idéaux pour supporter des charges

L’invention des pieux de fondation

• Si l’on surcharge un sol au-delà de sa capacité portante, la fondation s’enfonce dans le sol
• Pour résoudre ce problème, les pieux de fondation ont été inventés
• Un pieu de fondation est une structure simple : un long élément vertical enfoncé ou foré dans le sol

Histoire et types de pieux

• Les premiers pieux étaient en bois, et ils sont encore utilisés aujourd’hui dans le monde entier
• Les pieux en bois sont peu coûteux et faciles à installer
• Mais le bois pourrit, sa longueur est limitée et sa résistance est faible
• Les pieux en béton existent dans une grande variété de tailles et de formes, et offrent une résistance élevée
• Les pieux en acier peuvent être plus fins, ce qui facilite leur installation

Méthodes d’installation des pieux

• Selon la troisième loi de Newton, il faut une force opposée pour enfoncer profondément un pieu dans le sol
• En général, on utilise un marteau pour enfoncer les pieux
• L’énergie potentielle du marteau est transformée en énergie cinétique puis transmise au pieu

La résistance des pieux de fondation

• Le principal objectif d’une fondation est de ne pas bouger
• Les pieux résistent de deux manières : l’appui en pointe et le frottement latéral
• L’appui en pointe permet au pieu de transmettre la charge lorsque son extrémité atteint un sol très résistant ou la roche
• Le frottement latéral provient de la compression du sol autour du pieu, qui génère des forces de friction

Installation et essais des pieux

• L’installation des pieux consiste à vérifier qu’ils peuvent supporter les charges prévues par la conception finale
• S’ils ne montrent pas une résistance suffisante pendant l’installation, on peut les enfoncer plus profondément

Charges horizontales et autres sollicitations

• Les bâtiments et les ponts subissent des charges horizontales ainsi que des forces de flottabilité
• Les pieux peuvent résister à des charges dans différentes directions
• Le scour correspond à l’érosion progressive du sol au fil du temps, et il faut l’anticiper et l’intégrer à la conception

Les drilled shafts

• Les drilled shafts sont un autre type de fondation profonde : on fore un trou, on y place les armatures, puis on le remplit de béton
• En installation sous l’eau, on utilise un tubage pour soutenir le forage
• Une trémie permet de couler le béton sans qu’il se mélange à l’eau

Les avantages des drilled shafts

• Les drilled shafts peuvent être installés dans des dimensions plus importantes, ce qui évite d’avoir besoin d’un pile cap
• Il est possible d’élargir la base pour augmenter leur résistance

Autres types de pieux

• Il existe de nombreux autres types de pieux : continuous flight auger piles, stone columns, helical piles, micropieux, sheet piles, etc.

Exemples de défaillance de pieux

• Il existe des cas de défaillance de pieux, comme la Millennium Tower à San Francisco ou les piles de l’autoroute Lee Roy Selmon à Tampa
• Ces exemples soulignent la complexité de la géotechnique

L’avis de GN⁺

• Cet article aide utilement à comprendre les structures de fondation des ponts et des bâtiments
• Il améliore la compréhension de l’ingénierie en expliquant les différents types de pieux de fondation et leurs méthodes d’installation
• Il expose clairement les avantages et les limites de l’installation des pieux, ce qui peut aider à résoudre des problèmes d’ingénierie concrets
• Il met en avant l’importance du domaine en soulignant la complexité de la géotechnique
• Parmi les projets aux fonctions similaires, on peut citer Offshore Wind Turbines et Geopier

[GN⁺]

Avis sur Hacker News

• L’expression « A Driven Pile is a Tested Pile » signifie qu’au moment de l’installation, on vérifie qu’un pieu peut supporter une certaine force

  • si l’on continue à l’enfoncer, il peut s’enfoncer plus profondément
  • cela ressemble à la méthode utilisée par le père de Herbert dans Monty Python and the Holy Grail

• Le « bedrock » est un concept simple en apparence, mais en réalité bien plus complexe sur le plan géologique

  • au sud de Munich, il existe une couche de gravier jusqu’à 100 m de profondeur
  • certains pieux flottent et ne s’enfoncent pas

• Le « piledriver » n’a pas été inventé par la WWE

• La différence entre une I-beam et un H-pile tient à leur forme et à leur usage

  • pour une I-beam, l’âme est plus fine afin de concentrer la masse dans les semelles
  • pour un H-pile, l’âme est plus épaisse en raison de la capacité axiale et de considérations structurelles
  • les I-beams sont normalisées en sections W (wide flange) et S

• Certains ponts s’enfoncent volontairement

  • ex. : Submersible Bridge
  • certains ponts sont mal conçus
  • ex. : Lacey V. Murrow Memorial Bridge

• Une rumeur disait que le Coronado Bridge était creux en son milieu pour permettre aux navires de la marine de dégager facilement les débris, mais c’est faux

• « H pile » se prononce plus clairement que « I pile »

• Cette publication m’a permis d’en apprendre beaucoup sur les fondations