Analyse de l'état des normes internationales relatives aux fils d'acier utilisés dans les câbles de pont

Les États-Unis sont l'un des premiers pays au monde à utiliser le fil d'acier comme câble de pont. L'apogée de la construction de leurs ponts suspendus s'étend du début au milieu du XXe siècle. Limité par le niveau de technologie de fabrication du fil d'acier de l'époque, le taux de carbone de la plupart des câbles principaux des ponts suspendus était d'environ 0,8 %, leur diamètre de 4,87 mm, l'épaisseur de la couche de zinc de 0,025 mm (équivalent à une masse surfacique de 180 g/m²), leur diamètre circulaire libre de 2 m et leur résistance minimale à la traction de 1 480 MPa. Le pont de Williamsburg à New York utilise un fil d'acier lisse de 4,84 mm de diamètre pour le câble principal ; le pont de Brooklyn utilise un fil d'acier galvanisé de 4,67 mm de diamètre. En 1968, les États-Unis ont promulgué la norme ASTM A 576-68 « Câbles en acier galvanisé parallèles et câbles structuraux spiralés, et fils d'acier galvanisé pour câbles structuraux fabriqués sur site ». Cette norme couvre les câbles en acier galvanisé parallèles et les câbles structuraux spiralés, nécessitant ou non une précontrainte, et est utilisée pour les composants porteurs préfabriqués en acier à haute résistance et module d'élasticité élevé. Certains chapitres de la norme précisent les exigences relatives au fil d'acier galvanisé pour la fabrication de câbles sur site. La plupart des ponts suspendus construits aux États-Unis après 1968 ont adopté cette norme. Elle a été révisée à de nombreuses reprises, la dernière en date datant de 1998. Le diamètre maximal du fil d'acier galvanisé dans cette norme est de 4,775 mm et les niveaux de résistance sont respectivement de 1 380 MPa, 1 450 MPa et 1 520 MPa. La norme spécifie également l'allongement après rupture, la tenue à l'enroulement, la qualité et l'adhérence du revêtement du fil d'acier. Cependant, il n'existe aucune exigence concernant la résistance à la fatigue, la résistance à la relaxation, la résistance à la torsion, les performances de flexion répétée, l'uniformité du revêtement et la linéarité du fil d'acier.

L'acier précontraint, quant à lui, est apparu en Europe dans les années 1920, mais son utilisation et son développement n'ont été généralisés qu'après la Seconde Guerre mondiale. Aujourd'hui, il est largement utilisé dans le monde entier. Les États-Unis en ont fait le premier des cinq principaux produits métalliques qu'ils développent. D'abord utilisé dans les structures en béton, il s'est progressivement répandu dans les ponts, à mesure que les besoins en autres éléments de construction augmentaient. Les premiers experts en structure pensaient que les câbles à haubans étaient également un type de matériau précontraint ; le fil d'acier utilisé pour ces câbles aux États-Unis était donc généralement désigné par la norme ASTM A421/A421M « Prestressed Concrete Smooth Steel Wire ». Cette norme est principalement utilisée pour les fils et torons d'acier à tête double ou pour l'installation de clips dans le secteur de la précontrainte. Bien que les produits précontraints et les câbles de pont aient des points communs, les exigences relatives aux fils d'acier sont très différentes : (1) Les produits précontraints sont généralement utilisés à l'intérieur des ponts ou des structures, tandis que les câbles de pont sont directement exposés à l'environnement naturel. L'environnement corrosif y est plus sévère que celui des fils d'acier précontraints, ce qui exige une résistance à la corrosion plus élevée. (2) En raison des différents modes de force et des différentes positions, la charge vive agissant sur les câbles de pont est plus importante, ce qui impose des exigences élevées en matière de résistance à la fatigue. (3) Les câbles de pont sont plus sensibles aux vibrations, ce qui entraîne une fatigue locale par flexion, ce qui exige des propriétés mécaniques plus élevées. (4) Les câbles de pont sont difficiles à remplacer ou leur coût est élevé en raison de la complexité de leur construction, ce qui accroît les exigences de durabilité. La plupart des fils d'acier utilisés dans les câbles de pont sont galvanisés à chaud ou en alliage d'aluminium galvanisé à chaud ; les normes ci-dessus ne s'appliquent donc pas directement aux fils d'acier utilisés dans les câbles de pont. Ces dernières années, la plupart des ponts à haubans aux États-Unis utilisent des systèmes de câbles à torons en acier galvanisé et des systèmes de câbles à torons en acier revêtus d'époxy. La formulation des normes pertinentes concerne donc les produits à torons en acier pour haubans.