Brevet FR2218434A1 — publié le 19740913

La présente invention concerne les ponts métalli- ques à dalle en béton précontraint participant à la force portante du pont. On a déjà proposé d'associer à un ouvrage métallique une dalle en béton précontraint, ce qui permet de donner à ces dalles une épaisseur réduite et une grande portée ; de telles dalles sont, en outre, à l'abri des fissurations. La précontrainte de ces dalles est usuellement obtenue par des armatures d'acier tendu logées dans leur épaisseur, armatures coûteuses dont la seule fonction est d'assurer la compression permanente du béton des dalles. On a aussi proposé, dans un pont continu sur trois appuis, d'obtenir la précontrainte de la dalle par dénivellation de l'appui central. Ce procédé est coûteux et développe dans les poutres métalliques d'importants moments de flexion positifs défavorables. Un des buts de l'invention est de permettre, dans une construction de pont métallique, la précontrainte du'tablier sans armatures spéciales et, pour le plus grand profit, de la construction métallique elle-même. Selon l'invention, le tablier d'un ouvrage métallique est une dalle de béton disposée vers la partie supérieure de la structure métallique et mobile longitudinalement par rapport à celle-ci, cette dalle étant précontrainte longitudinalement par le moyen d'organes de mise en pression permanente intercalés entre les abouts de ladite dalle et ladite structure métallique. Il est clair que de tels organes de mise en pression ont le double effet de comprimer la dalle et, par réaction, de tendre la structure métallique longitudinalement en lui imposant une contre-flèche. L'effet de tension présente l'avantage d'éviter le voilement des âmes de la structure et la contre-flèche de compenser en service la flèche due aux charges. Dans une forme avantageuse de réalisation de l'invention, la dalle est disposée au-dessus de la structure métallique ; elle repose sur celle-ci par des appuis glissants isolés et elle est précontrainte par appui sur des consoles en saillie vers le haut par rapport à ladite structure métallique. Une telle réalisation convient particulièrement pour une structure formée de poutres métalliques droites, parallèles qui peuvent être à âme pleine ou être des poutres réticulées. Dans ce dernier cas, les appuis de la dalle sont, chacun, placés au droit d'un noeud de la membrure supérieure de ces poutres. Elle présente l'avantage de dégager complètement la-surface supérieure du tablier, d'accentuer l'effet de contreflèche procuré par les organes de mise en pression permanente et, par voie de conséquence, d'accroître au passage des charges la précontrainte de la dalle, donc de la faire participer à l'équilibre élastique général en soulageant les poutres métalliques. On constitue de la sorte un pont à dalle participante où on fait l'économie des liaisons coûteuses, par exemple au moyen de connecteurs, entre la dalle et la poutre. Les exemples de réalisation décrits dans la suite permettront de bien comprendre comment l'invention peut être mise en oeuvre. La figure 1 est un schéma d'un pont selon l'invention. Les figures 2, 3 et 4 sont des diagrammes relatifs aux moments fléchissants auxquels un tel pont est soumis. La figure 5 est une représentation schématique de la dalle en état de soulèvement par rapport à la structure métallique qui la porte. Les figures 6 et 7 montrent l'application de l'invention au cas de ponts à poutre continue. Les figures 8 et 9 sont les diagrammes de moments fléchissants dans le cas d'un pont réalisé selon la figure 7. La figure 10 montre, vue en bout, une forme d'exécution pratique de structure de pont à âme pleine. La figure 11 est une coupe suivant XI-XI de la figure 10. Les figures 12 et 13 sont des vues partielles respectivement en plan et en perspective de la structure montrée par les figures 10 et 11, la dalle étant supposée enlevée. La figure 14 est un détail agrandi de la figure 11. La figure 15 est une coupe suivant XV-XV de la figure 14. Enfin, la figure 16 est une vue en plan de la portion de dalle visible sur la figure 14. Le pont schématiquement montré sur la figure 1 reposant isostatiquement sur deux appuis 10, comprend une pluralité ae poutres métalliques 1 qui, droites, peuvent être à âme pleine ou réticulées. Sur ces poutres repose, par l'intermédiaire d'organes d'appui transversaux 2, tels que des poutrelles fixées sur les poutres 1, une dalle 3 formant couverture du pont qui glisse sur lesdites poutrelles. Les poutrelles 2 pourraient évidemment être remplacées par des nervures de même hauteur venues de moulage avec la dalle, nervures aménagées pour glisser le long des poutres 1. Pour faciliter le glissement de la partie en béton, dalle ou nervure,sur le métal des poutrelles 2 ou des poutres 1, il est avantageusement interposé une matière antifriction. A leurs extrémités, les poutres 1 comportent des consoles verticales 4 sur lesquelles il est possible de s'appuyer pour comprimer longitudinalement la dalle 3, par exemple au moyen de vérins, la compression obtenue étant conservée au moyen de cales. Lorsque les vérins hydrauliques -sont chargés par un liquide durcissable pour constituer, par eux-mêmes, les cales, chaque vérin est avantageusement doublé par un second vérin qui peut être mis en action après un délai suffisant pour compenser totalement le retrait de la dalle de béton. Si l'on impose ainsi à la dalle un effort de compression F, il est clair que, de la sorte, on impose aux poutres 1 un effort de tension égal à F et un moment négatif N, constant sur la longueur des poutres 1, qui est égal à Fd, en appelant d la distance de la dalle à la fibre moyenne des poutres 1. Ces poutres 1 s'allongent donc et prennent une contreflèche avec courbure de rayon constant, tandis que la dalle 3 est compri,.t-e. Si l'on charge la poutre composite ainsi réalisée, les parties supérieures de ses deux extrémités tendent à pivoter l'une vers l'autre, c'est-à-dire en sens inverse de la rotation imposée par la compression, ce qui, en réduisant la corde, apporte un supplément de compression, donc de résistance, à la dalle 3. Pour fixer les idées, dans la suite, on supposera - que le pont a une portée de 40 mètres, - que la dalle 3 a une largeur de 7 mètres et une épaisseur de 20 centimètres, - que, de son côté, la structure métallique est formée de deux poutres 1 à âme pleine, espacees de quatre mètres et ayant une hauteur de 3 mètres, - que les consoles 4 surélèvent la dalle de 0,50 mètre au-dessus de la membrure des poutres 1, c'est-à-dire que la distance d est de 2 mètres (1,50 m + 0,50 m), - enfin que les supports intermédiaires 2 sont espacés de 4 mètres. On supposera, en outre, qu'un tel pont supporte une charge permanente de six tonnes au mètre linéaire et qu'il est susceptible de recevoir une surcharge égale. Pour un ouvrage isostatique ainsi chargé, la répartition longitudinale des moments est montrée par la parabole 5 de la figure 2, le moment maximum étant Mm = 12000 x 40 = 24.105 m.Kgf Dans le pont précédemment défini, si l'on introduit une force F égale à 600 T, soit 6 x 105 Kgf, on obtint un moment négatif F x d = 12 x 105 m.Kgf c'est-à-dire un moment négatif constant égal à la- moitié du moment maximal dû aux charges. Ainsi, comme le montre la figure 3, le moment sous charge permanente (courbe 6) reste constamment négatif et s'annule au milieu du pont, tandis que, sous la charge permanente et la surcharge répartie maximale (courbe .7), le'moment positif maximal est réduit à Mm 2 Si l'on ne considère que les valeurs absolues maximales de ces moments, ces valeurs sont ureprésentées par la courbe 8 en traits forts sur la figure 4. De la sorte, dans cet exemple particulier choisi pour sa valeur- démonstrative, la valeur maximale du moment ne dépasse jamais,-dans la structure métallique, la moitié de ce qu'elle serait sans effet de précontrainte. L'économie de matière est donc importante. De plus, comme le montre la courbe 8, la charge des moments est répartie sur toute la longueur des poutres. La force de 600 tonnes répartie sur la section de la dalle (7 x 0,20)m2 donne une précontrainte de compression Tb = 6 x 105 = 43 Kgf/cm 1,4 x 10 c'est-à-dire une précontrainte relativement faible mais suffisante pour le but recherché. Sous l'effet d'une telle précontrainte, on peut se rendre compte que la pesanteur suffit à maintenir la dalle appuyée sur les poutres 1. En effet, si la dalle était soulevée par la poussée de la précontrainte, elle prendrait (figure 5) la forme d'une parabole de flèche f. Pour un tel arc de parabole symétrique, la pente de la tangente à l'extrémité est 4f tg &alpha; = ~ &alpha; L La densité de la dalle étant de 2500 kg/m3 , son poids au mètre linéaire est de 3.500 kg. La dalle étant supposée soulevée, la réaction verticale d'appui à chacune de ses extrémités serait de V = 20 x 3500 = 70.000 kg soit 70 T La force de précontrainte étant F; en supposant la dalle soulevée, on doit avoir également V 70T sin &alpha; = ~ &alpha; soit F F La relation entre la force de précontrainte F et la flèche f de la dalle soulevée par cette force est donc 70 70L F = = &alpha; 4f Pour L = 40 m et F = 600 T, on obtient f = 1,15 m environ. Autrement dit, la force de précontrainte F de 600-tonnes ne pourrait maintenir la dalle soulevée en arc de parabole que si, pour une cause improbable, le soulèvement de cette dalle, dans l'exemple choisi, était déjà de 1,15 m en son milieu. On peut aussi estimer l'augmentation de précontrainte due à la présence d'une surcharge unitaire à une distance y exprimée sous la forme d'une fraction de la portée L, soit O L'accroissement de la précontrainte A.Fy est donné par la formule L.d &gamma;(1 - &gamma;) #.F&gamma; = x 8 Ia m + 1 + d Ab Aa Ia en appelant - Ab la section transversale de la dalle de béton, - Aa la section des poutres métalliques, - Ia le moment d'inertie des poutres métalliques, - m le rapport du module d'élasticité de l'acier à celui du béton. Lorsque le pont forme une poutre continue reposant sur plus de deux appuis 10, la mise en précontrainte de la dalle par déformation de la poutre reste avantageuse. Pour une poutre reposant sur trois appuis 10, il est possible, comme montré sur la figure 6, de précontraindre en compression les deux dalles 12 et 13 en prenant appui sur des consoles 14 disposées respectivement aux extrémités de la structure métallique et de part et d'autre du milieu de celle-ci, c'est-à-dire hors de la région AB (figure 8) où, comme le montre la courbe 15, le moment est déjà négatif sous l'effet des charges permanentes. Ainsi, les moments positifs dus aux charges sont compensés sans aggravation du moment négatif au droit de l'appui central Pratiquement cependant, on peut aussi, comme le montre la figure 7, précontraindre sur toute sa longueur la dalle 16 en prenant appui sur des consoles situées aux deux extrémités seulement de la structure 11. Comme précédemment, si on impose un moment négatif constant Mo égal au moment positif maximal dans les travées sous les charges permanentes, cela équivaut, pour la région AB, à accroître le moment négatif qui s'y développe normalement de la valeur Mq. On peut compenser cette augmentation par un renfort approprié de la région AB de la structure 11, en fait, principalement au droit de l'appui central. Les figures 10 à 16 correspondent à une forme pratique d'exécution d'un pont selon l'invention dans le cas de deux appuis et de poutres à âme pleine. Ce pont comprend deux poutres métalliques formées chacune d'une âme laminée 16 à laquelle sont soudées, haut et bas, les membrures respectivement 17 et 18. A l'extrémité de chaque poutre est soudée une tôle plane 19 comportant un jambage de la hauteur de la poutre et de la largeur de ses membrures, jambage qui, vers le haut, est élargi symétriquement pour former une tête trapézoïdale 19a. La dalle 3 est supportée, à l'extrémité des poutres, c'est-à-dire contre les têtes 19a, par un profilé 20 dont la longueur est égale à la largeur de la dalle 3. Au niveau de la face inférieure de la dalle 3, du côté opposé à celle-ci, la tête 19a est rendue solidaire d'une tôle horizontale 21 par l'intermédiaire d'une pluralité de goussets 22 destinés à travailler en compression. La tôle 21 est, à son tour, rendue solidaire par soudure d'une plaque de tôle verticale 23 qui est également soudée à la face arrière du jambage 19 et qui est située dans le plan deux'âme de la poutre correspondante. Cet agencement est destiné, en permettant l'appui, sur le sommet de la tête 19a, de vérins de poussée comprimant la dalle 3, à transmettre à chaque poutre 16, 17,-18 l'effort de traction et le couple négatif résultant de la réaction de poussée des vérins. Pour le support du pont, lesdeux poutres sont sqlidarisées par un portique 24 composé d'une âme pleine -25 découpée pour former deux pieds- 25a, dont chacun correspond à une poutre, et deux consoles latérales 25b. Ce portique est raidi par des bandes de tôles périphériques 26 soudées à l'âme 25 le long de leur ligne mciiane. A ce portique sont soudées les tôles 21 et les plaques 23, ainsi que les bandes de tôles 27 et 28 qui, de chaque côté de la plaque 23, prolongent les membrures supérieure et inférieure des poutres pour les raccorder au portique tout en raidissant la plaque 23. Les appuis pivotants 10 peuvent ainsi être aménagés sous les semelles de chacun des pieds. Pour précontraindre la dalle 3, il est avantageux d'utiliser des vérins plats du type Freyssinet, c'est-à-dire des enveloppes de tôle gonflables 29 formées chacune de deux tôles planes rectangulaires 30 à coins arrondis qui sont réunies par une bande de tôle 31 dont la section est cintrée en courbe refer me pour que ses bords soient soudés à ceux des tôles planes 30. Grâce à un ajutage 31, on peut envoyer dans chaque enveloppe un liquide durcissable convenable, par exemple un coulis de ciment ou une résine polymérisable, de façon à provoquer d'abord une expansion hydraulique de l'enveloppe, puis le maintien de cette enveloppe d l'etat-expansé pâr durcissement du liquide. Un, et,de préférence,au moins deux vérins plats de ce genre sont disposés entre l'extrémité de la dalle 3 et la partie supérieure de chaque tête 19a. Leur longueur correspond à la largeur de cette tête. Les vérins plats 29 reposant sur le profilé 20, un bourrage de béton enrobe ces vérins encore à l'état aplati et raccorde ainsi la dalle à la tête 19a. De préférence, des grilles 32, en fers d'armatures, peuvent être prévues pour répartir sur le béton l'effort des vérins. Pour que la largeur totale de la dalle soit précontrainte par ces vérins de largeur limitée, cette dalle comporte, au voisinage de ces vérins, un canal transversal médian 35 dans lequel passe un câble permettant la mise en précontrainte transversale de cette portion de dalle, celle-ci,se comportant alors comme une poutre, répartit l'effort des vérins sur la largeur de la dalle. En utilisant plusieurs vérins plats, on peut initialement précontraindre l'ouvrage puis, au bout d'un certain délai, six mois par exemple, compenser retrait et fluage en rétablissant la précontrainte initiale au moyen d'un second vérin plat. Au moins un troisième vérin plat peut être tenu en réserve. Au delà de la dalle 3, en direction du portique vers la culée du pont, un revêtement bétonné 33, de même hauteur que la dalle 3, peut recouvrir les tôles 21 et 26. Entre le profilé 20., d'une part, les consoles 25b et la partie centrale du portique, d'autre part, ce revêtement 33, qui n'est pas soutenu, peut être armé de fers à béton usuels, tels que 34, qui peuvent être noyés dans l'about de la dalle 3. On peut aussi, au droit du profilé 20, de part et d'autre des vérins plats, ménager un joint élastique entre la dalle 3 et le revêtement 33 convenablement armé. L'invention s'applique aux ouvrages d'art du Génie Civil. R E V E N D I C A T I O il S 1. Pont métallique à dalle de béton précontrainte, caractérisé en ce que cette dalle est disposée vers la partie supérieure de la structure métallique du pont, mobile longitudinalement par rapport à cette structure et qui est précontrainte par le moyen d'organes de mise en pression permanente intercalés entre les abouts de la dalle et ladite structure. 2. Pont selon la revenuication 1, caractérisé en ce que la dalle est disposée au-dessus de la structure métallique et repose sur celle-ci par l'intermédiaire d'appuis glissants, les extrémités de ladite structure étant pourvues de consoles en saillie vers le haut pour l'appui des organes de mise en pression. 3.Pont selon la revendication 2, caractérisé en ce que la structure métallique comprend une pluralité de poutres droites parallèles. 4. Pont selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que chaque console est constituée par au moins trois plaques. métalliques, l'une verticale s'étendant vers le haut, fixée transversalement à l'extrémité d'une poutre, la seconde fixée horizontalement à la première vers son sommet, du côté opposé à la poutre, et la troisième, verticale et située dans le plan médian de la poutre, à l'extrémité de celle-ci, qui est fixée aux deux premières. 5. Pont selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fixation de.la première plaque à la seconde comporte, du côté opposé à la dalle, entre la face supérieure de la seconde plaque et la partie supérieure de la première, une succession de goussets de compression. 6. Pont selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bord de la seconde plaque opposé à la poutre correspondante est vertical et toutes les secondes plaques d'une même extrémité de pont sont fixées par ces bords verticaux à une structure d'assemblage des poutres reposant sur un appui du pont. 7. Pont selon la revendication 6, caractérisé en ce que la structure d'assemblage est un portique comportant, pour chaque poutre, un pied situé dans le plan vertical de celleci, chaque pied reposant sur un appui de pont. 8. Pont selon la revendication 7, caractérisé en ce que le portique comporte une âme pleine découpée qui est entourée d'une bande de tôle soudée le long de sa ligne médiane. 9. Pont selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes de mise en pression permanente sont des vérins plats du type Freyssinet. 10. Pont selon les revendications 4 et 9, caracté- risé en ce que les vérins plats s'étendent sur la largeur, mesurée transversalement au pont, des secondes plaques et sont appuyés sur le sommet des premières plaques, tandis que la répartition de la précontrainte longitudinale dans la dalle est obtenue par une pression,répartie dans le sens transversal du pont, au voisinage de chacune de ses extrémités. 11. Pont selon la revendication 10, caractérisé en ce que les vérins plats et l'extrémité correspondante de la dalle reposent sur un profilé de longueur égale à la largeur de la dalle, disposé contre la face de la première plaque tournée vers ladite dalle et porté par la partie supérieure des poutres de la structure métallique.