Un appareil d'appui de pont est un élément de l’ouvrage placé entre le tablier et les appuis, dont le rôle est de transmettre les actions verticales dues à la charge permanente et aux charges d'exploitation, routières ou ferroviaires, et de permettre des mouvements de rotation ou de translation.
Les premiers appareils d'appui étaient métalliques, puis des articulations béton ont été utilisées dans les petits ponts en béton armé. Mais à partir des années 1950 l'utilisation des appuis en élastomère va être dominante. Aujourd'hui les appareils d'appui en élastomère fretté et les appareils d'appui à pot représentent plus de 90 % des appareils d'appui utilisés sur les ponts en France Appareils d’appui en élastomère fretté – Guide SETRA (2007), p 6.
L'appareil d'appui en élastomère fretté est adapté pour des réactions d'appui limitées à 12 MN, calculées à l'état limite ultime (ELU). Cette valeur correspond à des dimensions en plan de l'ordre de 700 x 700 mm. Au-delà de 20 MN, les appareils d'appui à pot sont préférables car ils limitent l'encombrement du dispositif. Entre ces deux valeurs il est possible de conserver des appuis en élastomère, soit en augmentant les dimensions jusqu'à 900 x 900 mm pour les grands ouvrages, soit en accolant deux appareils d'appui plus petits.
Histoire Dans les ponts en maçonnerie, les charges se transmettent au sol par l’intermédiaire des voûtes. Mais avec les ponts métalliques qui font leur apparition au début du , un tablier supporte la charge et la transmet au sol par l’intermédiaire d’appuis (piles ou culées). L’acier pouvant se dilater ou se contracter sous l’effet de la température, le tablier ne peut pas s’appuyer sur les piles sans qu’un dispositif puisse absorber ces dilatations. On considère alors qu'au-delà de 15 mètres de portée, les poutres du tablier doivent reposer sur des plaques de glissements ou bien des appareils de dilatation à rouleaux. Les dispositifs de dilatation sont des chariots s’appuyant sur des rouleaux en fonte ou en acier dont les formules de calcul sont formellement définies par Koechling en 1900..
Les ouvrages en ciment, puis en ciment armé, naissent après l’invention du ciment artificiel par Louis Vicat en 1840. Mais ce n’est qu’à partir de 1892, lorsque François Hennebique imagine et fait breveter la première disposition correcte des armatures d'une poutre en béton armé, sous le nom de poutre à étrier, que les ponts en béton armé vont prendre leur essor. Dès les premiers ponts apparaît ici aussi la nécessité de mettre en place des appareils d’appuis fixes ou mobiles, en acier ou en béton armé.
Les premiers appareils d’appuis en béton sont les articulations Mesnager introduites en 1907 Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 61, mais ils sont très rapidement supplantés par les articulations Freyssinet formées par une section rétrécie de béton traversée par des armatures passives de type goujons Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 62. De nouvelles articulations, dites de type Caquot, apparaissent en 1928.
L’utilisation du caoutchouc fretté, matériau dénommé également élastomère, au début des années 1950 constitue une évolution majeure. D’abord constitués de simple couches de caoutchouc et de grillages, l’adhérence par vulcanisation apparaît en 1956 Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 15. Plus tard dans les années 1990 sont utilisés des appuis en élastomère enrobé Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 17.
Les appareils à pot constitués d’une embase métallique en forme de pot cylindrique dans laquelle est enserré un coussin en caoutchouc apparaissent au début des années 1960. Une plaque de glissement, généralement en PTFE (polytétrafluoroéthylène), peut être insérée dans la partie supérieure pour permettre les glissements Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 19.
Appareils d'appui métalliques
thumb|upright=0.7|Appareil d'appui à bielle. La bielle fait aussi fonction de dispositif anti-soulèvement Appareils à plaques métalliques Ce sont les dispositifs les plus simples et les plus anciens. On les rencontre sur des ouvrages anciens avec des longueurs dilatables dépassant rarement 20 m et des descentes de charge réparties sur un assez grand nombre de points. Ils sont constitués d'une plaque de plomb ou de zinc pour les plus anciens ou de deux plaques glissant les unes sur les autres. En cas de rotation de flexion, la surface de contact se réduit à une ligne Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 22.
Appareils à balanciers Ce type d’appareil d’appui comprend plusieurs pièces dont une présente une surface courbe, cylindrique ou sphérique, nommée balancier, sur laquelle peut rouler un autre élément plan ou courbe. Balanciers à contact linéaire Ils sont composés d'une surface cylindre roulant sur une surface plane et permettent la rotation dans une direction et assurent la fonction d'appui fixe. Le guidage est assuré par des goujons ou des dents. Ces appareils sont encore fabriqués en France Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 23.
Balanciers à rotule axiale Utilisés seuls, ils jouent le rôle d'appareil d'appui fixe. En général, ils comportent un guidage qui empêche un cheminement de l'axe. On les rencontre conjugués avec un plan de glissement constitué de rouleaux multiples pour assurer en plus la fonction de déplacement longitudinal.
Balanciers à contact ponctuel Il s’agit de petits appareils d’appui composés d'une surface sphérique convexe sur laquelle se déplace sans glisser, une surface plane ou une surface sphérique concave à grand rayon. Ils permettent les rotations dans toutes les directions, tout en jouant le rôle d'appui fixe Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 63.
Appareils d'appui sphériques et cylindres Les calottes sphériques sont une variante des appareils précédents. La surface de contact est sphérique, les balanciers supérieurs et inférieurs ayant le même rayon. Il existe des calottes cylindriques variantes des balanciers à rotule axiale. Elles sont aussi appelées genouillères.
Il existe des appareils plus récents dont les surfaces de frottement sont composées de plaques de PTFE (polytétrafluoroéthylène) Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 64.
Appareils à rouleaux Ils assurent à la fois le déplacement longitudinal et la rotation d'axe transversal dû à la flexion du tablier. Il existe plusieurs types de dispositifs : rouleau simple, rouleau simple tronqué (ou galet), rouleau à côtés aplatis (ou pendule), rouleaux multiples.
Les bielles Les bielles permettent une double articulation. Elles sont donc généralement utilisées à la jonction de deux éléments dont les mouvements sont indépendants. On peut en trouver sur les ponts suspendus, les cantilevers, etc Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 65...
De par leur conception, les désordres éventuels sont à rechercher au niveau des surfaces de contact (axes, etc.), ovalisation par usure, jeu anormal, blocage par corrosion, déplacement. En cas de translation importante les bielles entraînent des dénivellations entre les éléments.
Désordres des appareils d'appui métalliques Les dégradations qui peuvent survenir aux appareils d’appui métalliques sont dues à la corrosion des parties métalliques ou au feuilletage des rouleaux lorsqu’il y en a. On en distingue trois types Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 44.
Mauvais fonctionnement des rouleaux ou mauvaise inclinaison des balanciers Ce désordre peut être grave de conséquence et des mesures de sauvegarde appropriées doivent être prises (pose de calage de sécurité sous la structure en laissant un espace entre le calage et l'intrados, par exemple). Cette valeur de l'inclinaison doit être mesurée en fonction de la température ambiante le jour de la mesure et calculée pour une position extrême du pont (basse et haute température).
Les causes de ces défauts d'inclinaison sont d'origines diverses : une erreur de calcul ou de positionnement d'un point fixe (la position de l'ensemble des appareils d'appui de l'ouvrage doit être reportée sur un plan pour analyser le comportement global de la structure et ne pas rester sur une seule ligne d'appui) ; une sous-évaluation du retrait fluage ; un mouvement de la structure; un mouvement d'appui (poussée de remblai par exemple).
Rupture de dents et de dispositif anti-cheminement Le rôle des dents (boulonnées ou soudées) est d'assurer un roulement sans glissement. Elles ne sont donc pas fondamentalement nécessaires, mais leur rupture est révélatrice d'un problème soit de dessin, soit de fonctionnement. Pour les appareils d'appui fixes, ces dents assurent une reprise d'effort et, dans ce cas, leur rupture est grave.
Défaut d'entretien Ces défauts d’entretien peuvent être : grippage, par un graissage insuffisant, une corrosion, une mise en peinture des parties non prévues peintes à la conception, etc. aplatissement des rouleaux, blocage des rouleaux par accumulation de saletés.
Appareils d'appui en béton
Les articulations Mesnager Augustin Mesnager, ingénieur des ponts et chaussées français, invente ce type d’articulation en 1907. Elles se composent de barres d'acier se croisant en X dans une section rétrécie de béton ménagée entre les pièces à articuler. Les barres sont disposées alternativement dans l'une ou l'autre direction et sont concourantes sur une même droite : l'axe de l'articulation. La résistance est demandée exclusivement aux barres croisées, à l'exclusion du noyau de béton de la section rétrécie, qui n'a qu'un rôle de protection des armatures ..
Le fonctionnement de l'articulation entraîne une fissuration du noyau et les aciers sont donc mal protégés de la corrosion. On trouve donc peu d'articulation Mesnager sur les ouvrages en service.
Les articulations Considere Inventées par l’ingénieur des ponts et chaussées Armand Considère au début de , ce sont des articulations provisoires qui se composent d'un élément de béton fretté réduit à un noyau.
La présence d'armatures en attente permettait ensuite d'enrober l'articulation et de reconstituer la section du poteau. De ce fait, elles sont difficilement identifiables même si elles existent encore sur certains ouvrages en service et cela peut expliquer certains désordres sur les poteaux.
Les articulations Freyssinet Les articulations Freyssinet ou à sections rétrécies de béton ont très rapidement remplacé les articulations Considère. Elles équipent de nombreux ouvrages et selon l'intensité des efforts horizontaux, elles possèdent ou ne possèdent pas d'aciers traversants (goujons). Le dimensionnement se trouve dans les règlements de calculs depuis 1964. Il est rarement constaté de désordres sur ces appareils d'appui ..
Les articulations Caquot Les articulations Caquot (ou Considere-Caquot) sont introduites vers 1928. Il s’agit d’articulations à roulement de cylindre ou de sphère sur un plan ou un cylindre dite articulation roulante. Elles remplissent le rôle d'appareil d'appui fixe. Si les efforts horizontaux sont importants, des aciers traversent perpendiculairement la ligne de contact.
Les articulations doubles Les articulations Caquot ou Freyssinet sont parfois dédoublées pour ajouter une capacité de translation à leur capacité normale de rotation.
L'articulation double Caquot permet des déplacements de plusieurs centimètres alors que l'articulation double Freyssinet n'autorise que de faibles déplacements. Toute opération de réparation doit veiller à conserver la stabilité de l'ouvrage.
Appareils d'appui en caoutchouc fretté Les premiers appareils