Brevet FR2278862A1 — publié le 19760213

La présente invention a pour objet un procédé de construction des parois et du toit d'un ouvrage en béton armé de grandes dimensions, notamment d'un ouvrage comportant une enceinte métallique étanche doublée de parois et d'un toit en béton, et des dispositifs pour la mise en oeuvre de ce procédé. Le secteur technique de l'invention est celui du coffrage intérieur des parois d'un ouvrage en béton armé de grandes dimensions. La construction des murs bétonnés des ouvrages de grandes dimensions pose des problemes difficiles d'étaiement du coffrage, notamment lorsqu'il s'agit du coffrage du toit d'un ouvrage de grande hauteur et de grande largeur. Les parois verticales peuvent être coulées entre deux banches réunies entre elles par des tirants qui traversent le mur ce qui facilite l'étaiement. Mais cette solution n'est pas possible dans les cas où les parois de béton sont doublées intérieurement d'une paroi métallique mise en place préalablement au coulage du mur en béton armé. Ces problemes se rencontrent spécialement lors de la construction des enceintes de piles atomiques qui sont des chambres cylindriques de très grandes dimensions ayant par exemple un diamètre et une hauteur de l'ordre de 40 mètres. Les murs et le toit de ces chambres sont constituées d'une enveloppe métallique mince, doublée extérieurement par des murs et un dôme en béton arme. Dans la suite de l'exposé on se référera plus particulièrement à oette application, en précisant bien que ce choix ntest pas limitatif et que le procédé selon l'invention peut s'appliquer pour couler les murs en béton de toute enceinte de grandes dimensions comportant une enveloppe intérieure permanente et rigide pouvant résister à une pression interne de l'ordre de 0,1 bar. Il est également précisé que le procédé selon l'invention peut être appliqué pour couler les murs ou le toit en béton d'une cavité ne comportant pas de paroi intérieure étanche en utilisant comme coffrage intérieur pendant la construction une enceinte étanche et rigide de faible épaisseur construite spécialement pour cet usage et démontée après le durcissement du béton. On connaît un procédé pour construire des maisons suivant lequel on utilise une enveloppe gonflable, recouverue d'un treillis métallique, sur laquelle on projette du béton. Ce procédé connu n' a été utilisé que pour construire des maisons individuelles qui sont des ouvrages de dimensions relativement réduites dont les murs peuvent être constitués de béton projeté sur une armature en treillis. Ce même procédé connu ne pourrait convenir pour construire des ouvrages en béton de grandes dimensions. En effet, les ouvrages en béton tels qu'une enceinte de pile atomique présentent généralement des formes géométriques bien déterminées et comportant des arêtes vives.Une enveloppe gonflable ne permet pas d'obtenir n'importe quelle forme géométrique et notamment des arêtes vives. D'autre part, les ouvrages importants en béton comportent des armatures très importantes et des parois de grande épaisseur en béton coulé autour de ces armatures et vibré pour bien enrober celles-ci. On conçoit difficilement que des ouvriers puissent travailler à mettre en place les armatures d'un dôme de toiture en travaillant sur une enveloppe gonflable qui risquerait à tout instant d'être crevée ou brûlée par les projections incandescentes accompagnant les soudures. Dans le cas où l'ouvrage en béton est construit autour d'une enveloppe rigide préexistante, cette dernière s' oppose à l'utilisation d'une enveloppe gonflable comme coffrage intérieur. Enfin, l'utilisation d'une enveloppe gonflable convient bien en combinaison avec une mise en place du béton par projection mais ne permettrait pas de couler des parois en béton par suite des difficultés auxquelles on se heurterait pour réaliser un coffrage extérieur parallèle à l'enveloppe gonflable qui a une forme de ballon. L'objectif de la présente invention est de procurer un procédé de construction des parois et du toit des ouvrages en béton armé de grandes dimensions qui facilite le coffrage en réduisant ltétaiement et même en le supprimant complètement dans certains cas. Cet objectif est atteint en utilisant, comme coffrage intérieur, une enceinte étanche et rigide que l'on maintient remplie d'un fluide en légère pression pendant la durée du coulage et la prise du béton. Ledit fluide est, de préférence, un gaz comprimé sous une pression de l'ordre de 0,1 bar. Pour construire selon l'invention des ouvrages de grandes dimensions comportant une enceinte métallique étanche doublée de parois et d'un toit en béton armé, on construit d'abord l'enceinte, on la rend étanche, on la remplit d'un fluide comprimé, on met en place les armatures et on coule le béton en utilisant ladite enceinte maintenue en pression comme coffrage intérieur. Le procédé selon l'invention est particulièrement intéressant dans le cas qui précède puisqu'il permet d'utiliser comme coffrage l'enceinte métallique existante, sans avoir à l'étayer intérieurement. Il est surtout avantageux pour construire le toit en béton de l'ou- vrage car, dans les ouvrages de grandes dimensions comme les chambres de piles atomiques, le dôme de l'enceinte métallique ne peut pas supporter le poids de la première couche de béton et il est absolument obligatoire d'étayer l'en- ceinte métallique. Or cet étaiement à grande hauteur et sur une grande surface est très difficile à réaliser et très onéreux. Par contre, l'enceinte métallique d'un tel ouvrage peut supporter facilement une surfression de l'ordre de 0,1 bar qui suffit largement à cos- penser le poids d'une couche de béton dont l'épaisseur est inférieure à 0,30E. Le procédé selon l'invention peut également servir à compenser la poussée horizontale du béton pendant le coulage des murs verticaux mais cette application présente un intérêt pratique moindre car les murs verticaux sont coulés par tranches horizontales successives et 1 'enceinte métallique est généralement suffisamment résistante pour supporter sans être étayée les poussées horizontales du béton. Le procédé selon l'invention peut également être utilisé pour construire un ouvrage en béton armé comportant une cavité intérieure de grandes dimensions dont les parois sont constituées par le béton lui-même. Dans ce cas, on construit spécialement, pour servir de coffrage intérieur, une enceinte étanche et rigide ayant la forme de ladite cavité puis on remplit celle-ci d'un fluide comprimé, on coule les murs et/ou le toit de l'ouvrage autour de ladite enceinte et on démonte l'enceinte apres durcissement du béton. L'enceinte sons truite spécialement pour servir de coffrage intérieur doit avoir une résistance suffisante, compte tenu des dimensions, pour supporter les efforts dus à la pression interne ce qui conduit à des enceintes métalliques ou en panneaux de résines stratifiées ayant une bonne résistance mécanique. L'invention a pour résultat la possibilité de construire des ouvrages en béton armé comportant des cavités internes de grandes dimensions sans avoir à étayer le coffrage interne. Ceci conduit à une économie très importante, notamment pour le coffrage des dômes de couvertures de grandes dimensions qui sont très difficiles à étayer et qui exigent un matériel d'étaiement importent. Ce procédé conduit à un gain de temps important du fait qu'il supprime toutes les opérations d'etaiement et de décoffrage. Un autre avantage réside dans le fait que l'intérieur de l'enceinte n'est pas encombré par des étais pendant les opérations de coulage du béton et, en prévoyant un sas d'entrée et de sortie du personnel, il est possible de poursuivre sans gêne les travaux d'équipement à l'intérieur de enceinte pendant que l'on coule les parties en béton extérieures à l'enceinte ce qui permet un gain de temps sur la durée totale d'un chantier. On doit noter que le procédé connu dans lequel on utilise conne coffrage intérieur une enveloppe gonflable ne présente pas cet avantage. L'enveloppe gonflable ne pourrait pas etre utilisée comme coffrage du toit d'une pile atomique à l'intérieur de laquelle des charpentes ou des équipements mécaniques auraient été déjà montés, car le développement d'une enveloppe gonflable exige que l'intérieur de l'ouvrage soit entièrement libre de tout obstacle. Une application spécifique de l'invention est la construction du dôme et éventuellement des parois verticales en béton d'une chambre destinée à contenir une pile atomique et comportant une enveloppe métallique étanche qui peut supporter une surpression interne de l'ordre de 0,1 bar. Un autre cas d'application possible est la construction de parois bétonnées autour de grands réservoirs destinés à contenir des produits pétroliers ou des gaz comprimés, parois bétonnées qui peuvent servir à améliorer la résistance mécanique des réservoirs ou à constituer des écrans pare feu. Ces cas d'application sont particulièrement favorables à l'application du procédé selon l'invention du fait que les ouvrages a construire comportent une enveloppe métallique étanche suffisamment résistante pour supporter une pression interne très suffisante pour équilibrer les contraintes engendrées par la poussée ou le poids du béton. Le procédé selon l'invention peut également servir à l'édification d'ouvrages en béton comportant une cavité interne de grandes dimensions, par exemple pour construire des cuves ou des réservoirs en béton de grandes dimentions tels que les réservoirs d'eau. On peut dans ce cas utiliser comme coffrage interne une enveloppe de faible épaisseur, suffisamment résistante pour supporter la pression interne nécessaire. Cette enveloppe peut être construite spécialement pour être ensuite démontée mais on peut également la laisser en place pour améliorer l'étanchéité de l'ouvrage ou la protection des parois en béton. Par exemple, certains réservoirs en béton doivent être habillés intérieurement d'un revêtement d'étanchéité ou anticorrosion. On peut dans ce cas, construire l'enveloppe interne en résine stratifiée et la laisser ensuite en place pour servir de revêtement protecteur. Le procédé selon l'invention peut être utilisé non seulement pour supprimer l'étaiement du coffrage intérieur mais aussi pour alléger celui-ci dans le cas où 11 enveloppe étanche que comporte l'ouvrage ne peut supporter une pression suffisante pour compenser en totalité les poussées du béton. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple de mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention. La figure 1 est une vue en élévation, en coupe d'une enceinte de pile atomique. La figure 2 est une représentation schématique des installations d'un chantier conduit selon le procédé de l'invention. La figure 1 représente une enceinte 1 de pile atomique ayant la forme d'une chambre verticale cylindrique d'axe x xl recouverte d'un dôme 2 en forme de calotte sphérique. Cette chambre a un diamètre et une hauteur de l'ordre de 40 mètres. Une fois terminée elle est composée d'une enveloppe métallique intérieure 3 formant une enceinte étanche, laquelle est doublée de murs latéraux 4 et d'un dôme 5, en béton armé, ayant une épaisseur de l'ordre de 0,80 m à 1 m. La figure 1 représente l'ouvrage dans une étape intermédiaire de la construction. L'enceinte 3 est terminée et les murs 4 ont été construits. Le problème qui se pose est de construire le dôme en béton 5 représenté en pointillés et notamment la première couche 5a de ce dôme représentée hachurée, qui doit avoir une épaisseur de l'ordre de 20 cm. Etant donné le diamètre de l'ouvrage, le poids de béton et d'armatures de la couche 5a est de l'or- dre de 1500 tonnes et le dôme métallique a ne peut pas supporter un tel poids sans etre étayé et il est très difficile de réaliser cet étaiement à 40 m de hauteur, avec une portée de 40 mètres. L'enceinte étanche 3 peut par contre supporter facilement une pression interne de l'ordre de 0,1 bar. Selon l'invention, on rend l'enceinte 3 étanche et on la remplit d'air comprimé à une pression suffisante pour équilibrer les contraintes en gendrées dans le dôme 3a par le poids du béton pendant le coulage de la première couche - 5a. La pression dans l'enceinte est maintenue sensiblement constante pendant tout le coulage qui dure par exemple 40 heures et pendant un temps suffisant pour que la couche 5a ait suffisamment fait prise, par exemple pendant 24 heures ou 48 heures. Passé ce délai, le béton est suffisamment résistant pour que le dôme 5a soit autoporteur et on peut décomprimer l'enceinte. Le coulage des autres couches du dose ne nécessite aucun étaiement. Pendant le coulage la pression dans l'enceinte 3 est maintenue, par exemple, à 0,08 bar qui est une pression suffisante pour compenser le poids de la couche 5a et que l'enceinte 3 supporte facilement. La figure 2 représente schématiquement une installation de chantier. On voit sur cette figure l'enceinte 3, le dôme métallique 3a, les murs en béton 4 et la première couche 5a du dôme en béton. Pour remplir l'enceinte 3 d'air comprimé, on utilise des compresseurs 6 entraînés soit par des moteurs électriques, soit par des moteurs diesels, lesquels débitent dans un collecteur 7 qui est connecté sur un réservoir tampon 8. Le rectangle 9 représente la salle de contrôle dans laquelle se trouve un opérateur. Cet opérateur dispose d'un monomètre à tube de bourdon 10 et d'un monomètre à eau Il qui lui indiquent la pression dans l'enceinte 3. Il dispose d'une vanne 12 placée sur la canalisation 13 reliant le réservoir 8 à l'enceinte 3, qui lui permet d'envoyer de l'air comprimé dans l'enceinte et de faire monter la pression. Il dispose également d'une vanne de décharge 14 qui lui permet de faire baisser la pression dans l'enceinte 3. L'enceinte 3 est équipée également d'un pressostat 15 comportant des contacts agissant sur un dispositif d'alarme 16 en cas de pression dans l'enceinte 3 trop haute, par exemple, de pression atteignant 0,1 bar ou en cas de pression trop basse, parexemple de pression tombant au-dessous de 0,07 bar. L'enceinte 3 est équipée également d'une soupape de sécurité 17 constituée, par exemple, par un tube 17a débouchant au fond d'une colonne d'eau dont la hauteur détermine le seuil de pression, par exemple un seuil égal à 1 mètre d'eau environ. Des sirènes d'alarme 18 sont installées à l'intérieur de l'enceinte et à l'extérieur et peuvent être actionnées au moyen d'un bouton poussoir 19 situé dans la salle 9 pour avertir le personnel occupé à couler le dôme 5a et le personnel se trouvant à l'intérieur de l'enceinte d'un danger imminent en cas d'augmentation ou de chûte anormale de la pression dans ltencein- te 3. La mise en pression de l'enceinte se fait progressivement par palliers par exemple à raison de 0,02 bar par heure de même que la décompression. Une fois l'enceinte mise en pression, il suffit de petits compresseurs ayant par exemple un débit de l'ordre de 4Ns3/h pour maintenir la pression en compensant les fuites. La description qui précède montre qu'il suffit d'installations de chantier très simples qui peuvent fonctionner avec un personnel de surveillance réduit à deux hommes par poste de travail pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Les durées indiquées montrent également que le procédé selon l'invention permet de conduire très rapidement le chantier de coulage du dôme sans aucun délai supplémentaire pour les opérations d'étaiement et de décoffrage ce qui représente un avantage très important. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, divers éléments de l'installation décrite pourront être remplacés par des éléments équivalents bien connus de l'homme de l'art. REVENDICATIONS I - Procédé pour couler le toit et éventuellement les parois verticales d'un ouvrage en béton armé de grandes dimensions, caractérisé en ce que l'on utilise, comne coffrage intérieur, une enceinte étanche et rigide que l'on maintient remplie d'un fluide en légère pression pendant la durée du coulage et de la prise du béton. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit fluide est un gaz comprimé sous une pression de l'ordre de 0,1 bar. 3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, pour couler les parois en béton armé d'un ouvrage de grandes dimensions comportant une enceinte métallique étanche doublée d'une couche de béton armé, caracté risé en ce que l'on construit d'bord l'enceinte métallique, on la rend étanche, on la remplit d'un fluide comprimé, on met en place les armatu res et on coule le béton en utilisant ladite enceinte maintenue en pres sion comme coffrage intérieur. 4 - Procédé selon la revendication 3 pour couler le toit en béton armé de ladite enceinte, caractérisé en ce que l'on met en place les armatures sur le toit de l'enceinte, on met celle-ci en pression et on coule une première couche de beton du toit puis, après durcissement de celle-ci, on décomprime l'enceinte et on coule les couches suivantes du toit. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 pour construire un ouvrage en béton armé comportant une cavité intérieure de grandes di menions, caractérisé en ce que l'on construit spécialement une enceinte étanche et rigide ayant la forme de ladite cavité; on remplit celle-ci d'un fluide comprimé; on coule les murs et le toit de l'ouvrage autour de ladite enceinte servant de coffrage intérieur et on démonte éventuellement ladite enceinte après durcissement du béton. 6 - Dispositif de coffrage desparois et du toit d'un ouvrage en béton armé de grandes dimensions, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une enceinte étanche et rigide et de moyens pour maintenir dans celle-ci une légère pression. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des compresseurs d'air, un réservoir tampon, une tuyauterie munie d'une vanne reliant ledit réservoir à l'intérieur de ladite enceinte, une vanne de décharge et des moyens permettant de contrôler la pression dans ladite enceinte.