Justification des arcs vis-à-vis de l’instabilité par flambement : cas des ponts et passerelles métalliques
L'arc est une poutre courbe, dont la ligne moyenne, habituellement circulaire ou parabolique, est située dans un plan vertical, ou très légèrement incliné. Les ponts en arc, en général, sont dimensionnés avec un critère majeur qui est le flambement.
Le flambement des arcs est étroitement lié à un paramètre d'élancement, égal au rapport f/L, appelé le surbaissement des arcs, dont l'ordre de grandeur se situe habituellement entre 0,1 et 0,5. Ce rapport est la clé de la conception des arcs pour juger de leurs comportements. Il nous alerte directement dès le début des études sur la sensibilité ou non de l'ouvrage vis-à-vis du risque de flambement.
Trois modes d'instabilité des arcs sont à étudier pour s'assurer de la résistance et du bon comportement de l'ouvrage :
1. Flambement hors plan
Ce mode est généralement facile à éviter par la mise en place du contreventement entre les arcs et par la présence du tablier reliant les arcs constitutifs du pont.
2. Flambement par affaissement dans le plan de l'arc « Snap-Through »
Sous l'effet des charges et à partir de certaines dimensions, l'arc risque de passer par bifurcation en-dessous de sa ligne moyenne théorique. Pour éviter ce type de flambement il est impératif que la section transversale de l'arc possède des propriétés statiques respectant la relation : 0,28 L/r > (L/r) critique (r = rayon de giration).
3. Flambement asymétrique dans le plan
C'est le mode d'instabilité le plus à craindre car il est lié à la fois :
- À l'intensité des sollicitations et de l'effort normal interne en particulier ;
- Aux paramètres définissant le surbaissement : flèche et portée ;
- Aux dimensions et forme de la section transversale : caisson, poutre en I ou H ;
- Aux conditions d'appui : articulations aux naissances ou encastrement.
La première étape est de calculer l'effort critique d'Euler Ncr qui dépend des conditions d'appui, de la forme et du surbaissement de l'arc.
Une fois l'effort critique calculé, la démarche de vérification est celle décrite dans l'image ci-jointe.
Références utiles :
- CTICM : Dimensionnement et justification des arcs vis-à-vis de l'instabilité par flambement
- EN 1993-1-1 : Calcul des structures en acier – Partie 1-1 : Règles générales et règles pour les bâtiments
- EN 1993-2 : Calcul des structures en acier – Partie 2 : Ponts métalliques
Publication issue de la série NEOPEDIA de NEOGENESIS, la veille technique et réglementaire de nos ingénieurs.
