3. Matériaux utilisés

Le choix des matériaux est primordial pour la construction d’un pont suspendu. Ce choix ce fait en fonction des caractéristiques physiques de chacun de ces matériaux, de leur résistance et les architectes choisissent ceux qui sont le mieux adaptés aux contraintes auxquelles le pont est exposé. Nous définirons ceux qui sont utilisés pour chaque partie du pont puis finalement, nous étudierons  leur élasticité, c’est-à-dire leur capacité à se déformer sous l’effet de plusieurs acteurs physiques.

1.  Leur utilisation:

L’acier est le meilleur choix acr c’est un matériau qui résiste à une grande force de traction. Utilisé dans les câbles porteurs et les suspentes. Cependant il est peu résistant aux basses températures et est sujet à la corrosion.

Le béton est un matériau qui a une forte résistance mécanique (notamment très résistant à la force de compression), il est imperméable, et est facilement mis en forme grâce à sa capacité d’être utilisé à l’état plastique voire fluide. En plus de ses avantages physiques, le béton a également des avantages économiques, il est peu coûteux et nécessite peu d’énergie pour être fabriqué cependant c’est un matériau assez lourd et qui a une faible isolation thermique.

Le béton armé a les mêmes capacités que le béton et résiste aussi aux éléments extérieurs tels que le vent, les séismes (l’acier est à l’intérieur du béton et est donc protégé de la rouille). Le mélange acier et béton permet de contrer la force de compression et de tension, l’acier étant ajouté aux endroits où le béton est le plus exposé aux forces de traction. Le béton armé est utilisé pour les pylônes, les endroits du pont qui sont le plus exposés aux forces de compression, le seul inconvénient est qu’il s’oxyde facilement avec l’humidité.

Le béton précontrain a une meilleure résistance que l’acier  à la fissuration et il est plus rigide que le béton armé ainsi il n’y a pas de déformations. Le précontraint est un procédé qui consiste à compresser préalablement le béton afin de le rendre plus résistant et d’empêcher les fissures causées par les éventuels efforts de traction. Le béton est  soumis à des tensions opposées à celles qu’il subira lorsqu’il sera mis en place, ces contraintes complémentaires, en se créant , augmentent sa résistance. Le béton précontraint,  plus léger et plus résistant que le béton armé, permet d’avoir une plus grande portée et constitue donc le principal matériau pour le tablier.

2.  L’élasticité

L’élasticité est une propriété que possèdent les matériaux et qui leur permet de se déformer sous différents acteurs et de revenir à leur état initial. Cette élasticité diffère selon les matériaux et selon la force des contraintes. Les déformations peuvent être de trois types :

• élastiques (lorsque la contrainte est supprimée, l’objet reprend sa force initiale)
• plastiques (l’objet est déformé mais la contrainte a disparu)
• causer la rupture de l’objet

La limite d’élasticité d’un matériau correspond à la valeur à partir de laquelle le matériau arrête de se déformer de manière élastique, les déformations subies au-delà de cette limite sont irréversibles (le matériau ne peut plus retrouver sa forme d’origine).

Ainsi il existe une loi élastique linéaire appelée loi de Hooke qui correspond aux déformations réversibles d’un solide jusqu’à sa limite d’élasticité. Elle relie la déformation à la contrainte exercée par l’intermédiaire du module de Young. De cette loi découlent deux aspects:

• la linéarité où l’allongement est alors proportionnel à la force.
• l’élasticité qui a une limite et qui permet au matériau de revenir à sa forme initiale.

Il en résulte alors une relation linéaire entre les contraintes et les déformations notée :

ε = σ/E

 avec ε l’allongement

σ la contrainte

E le module de Young (MPa), constante qui relie la contrainte et la déformation.

             Pour éviter que la limite d’élasticité ne soit atteinte lors de l’utilisation du matériau, la prévention est primordiale. Ainsi les essais de traction permettent de déterminer la résistance à la limite d’élasticité et la résistance à la rupture des différents matériaux. Suite à défférents essaiessur une éprouvette, on obtient une courbe que celle ci dessous.

Sur cette courbe de traction on constate que le point B représente la limite d’élasticité et qu’au-delà de ce point, entre les points B et C on entre dans le domaine des déformations plastiques.

De ce graphique on en déduit que l’application d’une force sur un métal provoque une déformation élastique qui se traduit par une droite, la déformation étant proportionnelle à la contrainte (d’après la loi de Hooke), la pente de cette droite correspond au module de Young ou module d’élasticité

(E =  σ/ ε).

Au-delà de la limite d’élasticité, on obtient une courbe, on entre alors dans le domaine des déformations plastiques. Le matériau subit une déformation permanente, elle est située dans la zone de striction (la zone la plus mince de l’éprouvette). Cette déformation se termine à la rupture de l’éprouvette.

La contrainte se calcule par :

 σ =  F/ S0                          

                                      

avec F vecteur de force et S0  une section uniforme

La déformation se calcule par :

ε = l – l0

avec l une longueur, et l0 une longueur initiale