[PDF] La solution : un pont zéro émission

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1 La solution : un pont zéro émission

Simon Létourneau, 130

chemin du domaine

Rustique, Chibougamau, QC,

G8P 0A8,

simonhockey99@yahoo.com Julien Filion,

338 rue Gilman,

Chibougamau, QC, G8P

1Y7, filion-21@hotmail.com Nicolas Perron-Bouchard,

121 rue Leblanc,

Chibougamau, QC, G8P

2P2, nico.bouchard7777@gmail.com

Abstract

Without this incredible piece of engineering, it would be difficult to get to places isolated by rivers

or even lakes. In fact, there are more than 45000 bridges across Canada (Internet 1), built with many different materials ; some are made of concrete, others of steel or even wood. However, the wooden structures are the most promising of them all from an environmental perspective. Instead of emitting carbon dioxide during their conception like any other structure, they absorb it. This is one of the two reasons why the main goal of this project is building a wooden bridge. The other

reason is to be able to participate in a contest that was supposed to be organized by the Université

de Sherbrooke which, sadly, will not occur because of the current pandemic. The goal of the competition was to build a bridge that could sustain the most weight compared to its own weight.

The contest allowed the use of popsicle sticks and dental floss. Therefore, the primary topic of this

experience is to prove the advantages of using dental floss in this type of structure. Indeed, three

of the four hypotheses that were formulated and tested are directly linked to this material while the

other hypothesis is linked to it indirectly. The first two hypotheses are that braided strings are

stronger than the same amount of linear strings and that the force that dental floss can sustain increases as its area of section increases. To verify these hypotheses, a bucket was attached to a

certain number of strings and the mass contained in it was increased gradually until the strings broke. This process was repeated multiple times with both linear and braided strings. Then, two graphs were built with the results of those tests and, by analyzing them, it was possible to confirm both hypotheses. The third hypothesis is that a mass of dental floss 10 times lighter than wood can uphold the same weight. This hypothesis was rejected. Indeed, the results showed that a mass of dental floss 2.67 times lighter than wood can sustain the same force. Thus, it is still possible to conclude that to reduce the weight of the bridge, it is better to use floss than wood for the forces that are in tension. The fourth and last hypothesis was confirmed, but only theoretically. From the calculations that were made, it was expected that building a bridge that could carry 2500 pounds was easily doable. To conclude, it would have been great to be able to actually build the bridge, but it is still possible to say that this project was a success.

Mots clés

: Physique statique, génie civil, pont en bois, soie dentaire, forces.

Introduction

Les e njeux environnementa ux sont très en

vogue de puis maintenant plusi eurs anné es. p tard pour sauver la développement de nouvelles technologies, de nouveaux matériaux et de nouvelles sources réduire effet, en 2016, la population mondia le utilisait 1,69 fois les ressources produite s par la planète e n une 2 année (Internet 2). De plus, un autre enjeu environnemental important de nos jours est la qu (GES). Parmi ces gaz, il y a le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), le

2 3)

(Internet 3 fondamental à la vie terrestre. Le rayonnement solaire est partiellement retenu par les gaz de la haute atmosphère, ce qui contribue à conserver une température stable sur Terre (Internet 4). Toutefois, grande qu ainsi au réchauffement du climat. Ce réchauffement climatique a, lui, pour conséquence une augmentation et une intensification de divers phénomènes climatiques (inondations, tornades, orages, u, etc.) (Internet 4) Parmi les nouvelles technologies et les nouveaux procédés techniques développés pour

GES ainsi que

il y a la dernière est, de loin, moins émettrice que la montre la figure 1ௗ;

Figure 1 : Comparatif des émissions de GES

(Internet 5).

De plus, cette statistique ne prend pas en

compte la séquestration du carbone. En effet, pendant leur croissance, les arbres, par le processus de photosynthèse, captent du CO2 Ainsi, au final, la fabrication de bois lamellé- collé est carbonégative (Internet 5). La est donc très intéressante au plan écologique, ce qui rend intéressant de fabriquer un pont

Université de

Sherbrooke organisait un concours de

fabrication de ponts en bâton de popsicle et en soie dentaire. Or, il y a deux équipes du CECC qui ont déjà participé à ce concours la corde qui permet de résister aux forces de tension tout en allégeant le pont. Le fait pour le concours puisque le pointage alloué à chaque équipe est proportionnel à la masse soutenue et inversement proportionnel au carré de la masse de la structure Quatre hypothèses ont alors été émises ;

1. Pour une masse égale de soie dentaire, une

corde tressée résiste à une force de tension

2. La tension maximale résistée par une

celle-ci.

3. Pour une masse 10 fois plus petite, une

membrure en soie dentaire résiste à une en bois.

4. Sous les exigences du concours de la

faculUniversité de

Sherbrooke, un pont

capable de résister à 2500 livres est possible.

Calcul des forces subies par les membrures

une structure est conçue, il est important de connaitre les forces subies par 3 chacune de ses parties, qui sont appelées membrures. , il faut déterminer si chaque membrure subit une force de tension ou de compression. En effet, la tension est une force qui tend à étirer un objet. Comme illustré à la figure 2, une membrure est en tension si elle subit une force

à chaque extrémité.

Figure 2 : Schéma de force de tension.

De plus, la compression est une force qui tend

à raccourcir un objet. Comme illustré à la figure 3, une membrure est en compression si extrémité.

Figure 3 : Schéma de force de compression.

Une fois que le type de force subie par chaque

membrure est déterminé, il faut calculer le module de cette force. Pour ce faire, il faut effectuer le calcul d somme de force pour ou plus). Or, donné que le pont est une structure statique est nulle. Ainsi, en se basant sur la deuxième loi de Newton stipulant que la force résultante que subit un objet est égale au produit de sa masse et de son accélération (F = ma) chaque membrure subit une force résultante nulle. La figure 4 montre un exemple des calculs qui ont dû être effectués, les autres calculs sont détaillés à annexe 1. En effet, un système de huit équations à huit inconnues où chaque inconnue dépend de deux variables est obtenu. Figure 4 : Représentation du pont choisi et schéma de somme de forces. Au départ, il avait été pensé de concevoir un pont avec une partie au-dessus et une partie en-dessous du tablier. Cependant, Louis F.

Cloutier, ingénieur civil chez Nordic

Structures, a recommandé

combiner les deux partiesௗ; il a conseillé de penser une structure -à-dire une structure dans laquelle les forces subies par chaque membrure sont facilement calculables. En effet, dans une structure combinant le dessus et le dessous, une construction hyperstatique, la force dans les liaisons peut se diriger vers le haut ou le bas.

De plus, il est faux de penser que la force est

dirigée 50 le bas. Il est donc difficile de concevoir un schéma de force pour les ponts hyperstatiques il est difficile de prévoir quel chemin 4 la force prendra. Des notions de génie civil plus approfondies seraient nécessaires.

Ensuite, une fois que la force que subit

chaque membrure est déterminée, il faut déterminer la force que la soie dentaire et les bâtons de popsicle sont capables de résister en fonction de leur aire de section et de leur masse. Il a été possible de le faire en effectuant des tests qui seront expliqués dans la section Matériel et méthodes.

Types de pont

Les types de ponts sont divisés en cinq

groupes : les ponts à voûtes, en arc, à poutres, suspendus et à haubans. Les ponts à treillis font partie de la famille des ponts à poutres. Un pont à treillis a été retenu : le modèle

Warren A. Ce type de pont est formé de

formes géométriques qui aident à la dispersion des forces appliquées. Il est appliquées sur une partie du pont en modifiant les angles des formes géométriques. La figure 4 montre le type de pont qui a été retenu.

Autres notions à considérer

Voici quelques notions supplémentaires à

considérer dans la conception du pont et pour

Flexion : une force qui tend à faire courber

une membrure. force de compression et de tension (voir figure 5). axe neutre, ne subit aucune force. Ce sont les membrures 6, 7 et 8 qui sont sujettes à développer de la flexion. Pour éviter cela, il a

I pour ces

membrures. En effet, la poutre en I permet et de très peu près de celui-ci (Internet 6).

Figure 5 : Schéma de flexion (Internet 7).

Cisaillement : une force qui tend à couper un

matériau en deuxௗ; une partie du matériau combinaison de flexion et de compression.

Les parties de la structure qui risquent le plus

de céder en raison du cisaillement sont les jonctions entre les membrures (Internet 8).

Flambement : une membrure qui subit une

force de compression parallèlement à sa longueur tend à développer une flexion selon son axe perpendiculaire (voir figure 6). Parquotesdbs_dbs29.pdfusesText_35

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