Le béton
Trois sortes de béton sont couramment utilisés : le béton classique, le béton armé et le béton précontraint.
Le béton classique
Le béton possède des caractéristiques intéressantes en compression alors que la résistance en traction est limitée et provoque rapidement sa rupture.
Le béton a trois qualités :
- premièrement, la résistance mécanique à la compression;
- puis, l'inaltérabilité et l'imperméabilité;
- et enfin, la facilité de mise en oeuvre.
Le béton armé
Ce matériau est élaboré à partir de deux composants :
- premièrement, de béton bien sûr (qui présente une bonne résistance à la compression mais une faible résistance à la traction).
- deuxièmement, d'acier (qui lui, au contraire du béton, résiste très bien à la traction).
Il apparaît donc que ce type de béton adopte de nombreuses propriétés via l'utilisation de deux matériaux différents. Ainsi ce béton possède de multiples avantages. L'un des plus grand étant certainement la possibilité de lui donner des formes variées. Ce matériau possède également la faculté de résister aux tassements de fondations ou encore à des tremblements de terre. Les bétons armés ont aussi la capacité de résister à des éléments extérieurs tels les agents atmosphériques ou les incendies. Sa résistance à la traction et à la compression couplée à sa résistance propre font du béton armé un excellent matériau pour la construction de ponts, suspendus aussi bien qu'à haubans.
Comme montré sur l'image le béton armé est fabriqué assez facilement en coulant du béton sur un grillage d'acier.
Le béton précontraint
Le béton possède une résistance à la traction limitée ce qui provoque rapidement sa fissuration et sa rupture. Ainsi le béton armé fissuré ne fait qu'enrober les armatures mais ne participe pas à la résistance. Il pèse presque inutilement... C'est ainsi qu'il devient intéressant de créer une compression initiale suffisante pour que le béton reste entièrement comprimé sous les sollicitations; ainsi toute la section du béton participe à la résistance : c'est le principe du béton « précontraint ». Ainsi lorsque le béton précontraint subit des sollicitations de signe opposé à la précontrainte, le béton se décomprime au lieu de subir une force de traction. Cela augmente de façon significative sa résistance à la traction, qui est bien supérieure à celle du béton armé.
Selon que cette tension appliquée aux armatures est effectuée avant la prise complète du béton ou postérieurement à celle-ci, on distingue la précontrainte par « pré-tension » et la précontrainte par « post-tension ».
- Dans la « pré-tension » (le plus souvent utilisée en bâtiment), les armatures sont mises en tension avant la prise du béton. Elles sont ensuite relâchées, mettant ainsi le béton en compression par simple effet d'adhérence. Cette technique ne permet pas d'atteindre des valeurs de précontrainte aussi élevées qu'en post-tension.
- La « post-tension » consiste à disposer les câbles de précontrainte dans des gaines incorporées au béton. Après la prise du béton, les câbles sont compressés au moyen de vérins de manière à comprimer l'ouvrage au repos. Cette technique, relativement complexe, est généralement réservée aux grands ouvrages (ponts) puisqu'elle nécessite la mise en oeuvre d'encombrantes « pièces d'about » (dispositifs mis en place de part et d'autre de l'ouvrage et permettant la mise en tension des câbles).
Fabrication d'une poutre précontrainte par post-tension
Avant le bétonnage de la poutre, on a disposé des gaines vides dans la zone soumise à la traction.
Après coulage et durcissement du béton, des câbles d'acier de précontrainte sont enfilés dans les gaines.
Les extrémités de ces câbles traversent des dispositifs de blocage placés aux deux abouts de la poutre. On installe ensuite des vérins hydrauliques de mise en tension à l'une ou aux deux extrémités des câbles. Les câbles sont bloqués dans les vérins.
Les câbles sont mis en tension à l'aide des vérins. Lorsque la tension et l'allongement désirés sont obtenus, on bloque les câbles avec les dispositifs installés aux abouts de la poutre.
La tension des câbles se reporte sur le béton de la poutre et le comprime. Cette compression provoque le raccourcissement de la partie inférieure de la poutre, engendrant une cambrure de l'ensemble vers le haut. La poutre repose sur ses extrémités. Elle est donc précontrainte. Lorsque l'on exerce une force sur cette poutre, elle redevient droite, contrairement à une poutre normale, deja droite, qui se courberait vers la bas et provoquerait sa rupture
On a pu voir que ce matériau est indispensable dans la construction de ponts, toutes catégories confondues. Les nouvelles technologies relatives au béton ainsi que les nouveaux bétons n'influencent pas sur le choix du type de ponts. Notamment le béton précontraint qui permet d'augmenter la portée des ponts de façon significative, tout en évitant qu'ils cédent.