Quel est le meilleur acier pour construire des ponts ? Sélection des grades par envergure, fatigue et atmosphère

Il n’existe pas de meilleur acier pour la construction de ponts. La qualité correcte est celle qui satisfait à l'état limite en vigueur au coût total de vie-le plus bas, et l'état limite en vigueur pour une poutre à longue portée-est rarement le même que pour un pont routier à courte portée-ou un passage pour piétons. La sélection des nuances commence donc par la catégorie de portée, de chargement et de fatigue, et passe ensuite seulement à la stratégie de corrosion.

Catégories structurelles ordinaires et où elles sont utilisées

La pratique européenne du bridge est dominée par la famille EN 10025. Le S355 a une limite d'élasticité minimale de 355 MPa jusqu'à 16 mm d'épaisseur avec une plage de traction de 470 à 630 MPa, et le S275 a une limite d'élasticité minimale de 275 MPa avec une plage de traction de 410 à 560 MPa. La qualité la plus résistante est normalement choisie lorsque la flexion et la déflexion contrôlent la conception ; le niveau de résistance inférieur est souvent choisi pour les éléments régis par la rigidité ou par les détails de fatigue plutôt que par la limite d'élasticité.

Acier patinable : les détails des spécifications comptent

Les qualités résistantes aux intempéries contiennent du cuivre et du chrome qui permettent la formation d'un oxyde protecteur ; dans la norme EN 10025-5, la plage de chrome est de 0,40 à 0,80 pour cent et celle de cuivre de 0,25 à 0,55 pour cent. Dans le système ASTM, le matériau équivalent n'est pas sélectionné uniquement par la chimie : la nuance A709 50W exige que l'acier satisfasse à un indice de résistance à la corrosion de 6,0 ou plus lorsqu'il est évalué par la méthode prédictive de l'ASTM G101, et le concepteur doit également confirmer que l'atmosphère et les détails du site permettent à la patine de se former. L'acier patinable ne convient pas à une immersion permanente, aux éléments enterrés et aux endroits où des dépôts de chlorure ou des débris maintiennent la surface humide, la décision dépend donc autant du site que des matériaux.

Cours de fatigue, de robustesse et d’exécution

La plupart des ruptures de pont en acier de type structurel sont des ruptures de fatigue au niveau de détails plutôt que des ruptures d'élasticité de la section. La conception en fatigue suit la classe des détails, par exemple les règles de la norme EN 1993-1-9, et les leviers pratiques sont la qualité des soudures, les transitions douces et l'évitement des attaches dans les zones à fortes contraintes. La ténacité est l'autre exigence stricte : les qualités avec une désignation d'impact J2 ou K2 sont spécifiées lorsque la température de service est basse, et l'exigence Charpy s'applique à la température d'essai spécifiée plutôt qu'à température ambiante. La fabrication est ensuite contrôlée par les classes d'exécution de la norme EN 1090-2, de EXC1 à EXC4, les classes supérieures nécessitant une qualification et une inspection en soudage plus strictes.

Choisir entre les options peintes, patinées et composites

Pour une poutre routière, une solution peinte S355 ou A709 Grade 50 est la solution par défaut lorsque l'exposition aux chlorures est élevée ou lorsque l'apparence doit être contrôlée ; un grade résistant aux intempéries est intéressant lorsqu'il peut être laissé sans protection dans une atmosphère appropriée, car il supprime le coût de repeinture qui domine les dépenses sur toute la durée de vie. Pour les tabliers, une section composite acier-béton gagne généralement en termes de rigidité par unité d'acier, et pour les passerelles où la rigidité et le confort vibratoire régissent, une catégorie de résistance moyenne-avec une section plus profonde est souvent moins chère qu'une catégorie de résistance élevée-avec une section peu profonde. Les qualités trempées et revenues à haute résistance-sont réservées aux connexions et aux éléments dont la profondeur est physiquement limitée.

Foire aux questions

Q:Quel est le meilleur acier pour un pont routier ?
R : Il n’y a pas de réponse universelle. S355 selon EN 10025-2 ou A709 Grade 50 est le point de départ standard ; le choix entre un grade peint et un grade patiné dépend de l'atmosphère du site et de la capacité du propriétaire à conserver une patine non protégée.

Q:Pourquoi le S275 est-il utilisé pour certains ponts ferroviaires ?
R : Les structures ferroviaires sont généralement régies par la déflexion et la rigidité plutôt que par la résistance, de sorte qu'une qualité de résistance inférieure avec une section plus profonde peut être moins chère et plus rigide qu'une alternative à résistance plus élevée.

Q:Comment un degré de vieillissement est-il approuvé dans le système ASTM ?
R : Grade A709 50W avec un indice de résistance à la corrosion d'au moins 6,0 déterminé par la méthode ASTM G101, plus la confirmation que le site est adapté à une patine stable.

Q:Quand un traitement thermique après-soudage ou des tests de ténacité spéciaux sont-ils nécessaires ?
R : En présence de sections épaisses, d'une basse température de service ou d'une contrainte élevée, des essais sont normalement requis à une température définie, et les spécifications de conception doivent indiquer la désignation de la qualité qui comporte cette exigence d'impact.

Q:Que signifie la classe d’exécution EXC3 ?
R : Il s'agit d'une catégorie de fabrication et d'inspection dans la norme EN 1090-2. Les classes supérieures imposent une qualification plus stricte des procédures de soudage, davantage de tests non destructifs et des tolérances plus strictes que les classes inférieures.

Q:L’acier patinable et l’acier peint peuvent-ils être mélangés sur un même pont ?
R : C'est possible, mais le ruissellement-des éléments altérés tachera les surfaces peintes ou galvanisées et le béton en dessous. Les détails du drainage et les transitions de matériaux doivent donc être conçus délibérément plutôt que laissés au fabricant.