Brevet FR2311901A1 — publié le 19761217

La présente invention concerne un procédé de construction par éléments de coques de couverture en béton comportant une dalle inférieure et une dalle supérieure, des poutres principales et des éléments d'about, et des cadres raidisseurs des dalles supérieure et inférieure. Les problèmes de fabrication de telles coques de couverture sont en général spécifiques à chaque réalisation, et dépendent des contraintes d'ordre technique et esthétique imposées. Lorsqu'il s'agit de coques de grandes dimensions, dont le poids dépasse 1000 tonnes par exemple, ces problèmes de fabrication sont intimement liés aux problèmes variés que pose l'installation en position définitive dans la structure concernée. Les méthodes classiques d'exécution, pour des coques de couverture de cette importance, ne conviennent plus ; une préfabrication totale par exemple nécessiterait l'emploi de grues gigantesques. Le procédé de construction selon l'invention a nota vent pour but de permettre une exécution pratiquement continue des coques, utilisant un matériel réduit relativement standardisé, tout en respectant des contraintes sévères d'économie, d'esthétique (absence de joint sur la sous-face de la dalle finie par exemple), d'étanchéité, d'isolation thermique et phonique, et d'encombre- ment. Ledit procédé doit également permettre une réalisation aisée d'une cor verture comportant un ensemble de plusieurs coques, grâce à la souplesse du programme des travaux. Le procedé de construction par éléments de coques de couverture en béton selon l'invention est caractérisé par le fait que, dans une première phase on fabrique, sur place et sensiblement au niveau du plancher à la verticale de la position définitive, la partie inférieure de ladite coque comportant la dalle inférieure, les poutres principales et éléments d'about, et les cadres raidisseurs, dans une deuxième phase on précontraint longitudinalement ladite partie, dans une troisième phase on hisse l'ensemble précontraint par des moyens de levage jusqu'à une cote supérieure à la cote finale, dans une quatrième phase on exécute les poteaux porteurs à la cote finale, dans une cinquième phase on redescend jusqu'à ladite cote finale ledit ensemble précontraint sur ses appuis définitifs après durcissement des poteaux porteurs, et dans une sixième phase on exécute la dalle supérieure. Ledit procéde comporte en outre au moins l'une des caractéristiques suivantes - pour la première phase, on utilise un béton léger de structure à base d'agrégats d'argile expansé, de densité après séchage de l'ordre de 1700 kg/m3. - dans la première phase, la dalle inférieure est coulée en une seule fois sur toute sa largeur, la progression de la fabrication au cours de cette étape se faisant longitudinalement. - dans la première phase, la fabrication par tronçons transversaux est réalisée à l'aide d'un coffrage roulant, le premire tronçon étant supporté par des appuis provisoires avant l'abaissement du coffrage, chacun des tronçons suivants tenant, au décoffrage, en porte-à-faux sur la structure déjà executee, et étant ensuite calé. - dans la première phase, on prefabrique d'abord les cadres raidisseurs, puis, une fois lesdits cadres positionnés, on bétonne simultanément la dalle inférieure, les poutres principales et les éléments d'about. - pour la troisième phase, on utilise des tours métalliques constituées de tubes traversant la dalle inférieure, lesdites tours prenant appui sur des parties bétonnées, en des emplacements avoisinant directement ceux des poteaux porteurs à réaliser, lesdites tours étant de plus entretoisées en tête pour porter des vérins de levage. - on prévoit l'utilisation de vérins avec blocage de sécurité à chaînes, au fur et à mesure de la montée de la structure. - on prévoit un guidage pour la montée de la structure par des colliers coulissant sur les tubes désdites tours. - dans la sixième phase, l'exécution de la dalle supérieure est réalisée directement sur place à l'aide de table. coffrantes roulant longitudinalement sur des rails appuyés sur les parties inférieures des raidisseurs, chaque table pouvant présenter une portion rabattable pour une progression aisée malgré la présence des parties latérales desdits raidisseurs. - on réalise, dans la sixième phase, chaque tronçon de la dalle supérieure en trois étapes successives, à savoir d'abord une épaisseur principale en béton léger constituant une dalle porteuse, puis une couche de polystyrène, et enfin une couche de béton traditionnel. Les buts et avantages de la présente invention apparattront plus concrètement à la lumière de la description suivante et en référence aux figures du dessin annexé où - la figure I est une demi-coupe transversale d'une coque de couverture à l'issue de la première phase du procédé selon l'invention, - la figure 2 est une coupe partielle selon II-II de la figure l, - la figure 3 montre un détail du coffrage roulant utilisé dans la pre mière phase, - la figure 4 représente schématiquement une étape intermetiaire de la première phase, - la figure 5 représente schématiquement le hissage de la structure çrécontrainte, troisième phase du precfide, - la figure Ga est une coupe partielle du type de celle de la figure 2, montrant la disposition d'une des tours métalliques, utilisées pour la troisième phase, dont l'entretoisement en tête porte les verins de levage, - les figures tb, 6c sont des coupes selon b - b et c - c respectivement de la figure 6a, à un niveau permettant de représenter les moyens de levage, - la figure 7 est une demi-coupe transversale d'une coque au cours de la sixième phase, détaillant le coffrage utilisé. La loupe montre la réalisation en trois étapes successives de l'exécution de la dalle supérieure. Figure 1, la structure porteuse de base comporte une dalle inférieure ), des poutres principales 2, des piments d'about 3 et des cadres raidisseurs tels que 4, 5. Le schéma dc base de ladite structure tel que représenté est très général, et de nombreuses particularités peuvent apparaître.Dans la variante decrite aux figures I et 2, les poutres principales 2 peuvent présenter des sections trausversales variables, par exemple des sections plus importantes au voisinage des appuis conne en 6 et 7 par exemple ; les éléments d'about peuvent présenter un évidement longitudinal 8, dans le cas par exemple où l'on désire réaliser une couverture comportant un ensemble de plusieurs coques, lesdits évidements permettent un assemblage quelconque, grâce à un emhoîtement d'élements de transition ayant la forme désirée. Dans le cas ou la coque à construire a des dimensions très importantes, on utilise avantageusement un béton léger, pour couler ladite structure porteuse initiale lors de la première phase du procédé selon l'invention. L'expression "béton léger" doit être entendue au sens d'une densité inférieure à 2000 kg/m3 ; il peut s' agir par exemple d'une béton léger de structure à base d'agrégats d'argile expansé. Un tel béton, plein, fait avec du sable de rivière normal et un dosage en ciment de l'ordre de 350 kg/m3, présente une résistance équivalente à celle des bétons normaux de même dosage en ciment, et une densité après séchage, compte tenu des areaturest de tordre de 1700 kg/m3. Dans la première phase, il est avantageux de couler la dalle inférieure en une seule fois sur toute sa largeur, la progression de la fabrication au cours de cette étape se faisant longitudinalement. A titre d'exemple nullement limitatif, les figures 3 et 4 illustrent une variante dans laquelle la fabrication par tronçons transversaux est réalisée à l'aide d'un coffrage roulant, le premier tronçon étant supporté par des appuis provisoires avant l'abaissement du coffrage, chacun des tronçons suivants tenant, au décoffrage, en porte-à-faur sur la structure déjà exécutée, et étant ensuite calé. Il est d'ailleurs préférable de préfabriquer d'abord les cadres raidisseurs, puis, une fois lesdits cadres positionnés, de bétonner simultanément la dalle inférieure, les poutres principales et les éléments d'about ; ainsi, lesdits cadres servent au naintien des coffrages des poutres, ne nécessitent pas d'étayage spécial, et ont une résistance suffisante pour assurer un bon entre toisement de la structure dès le décoffrage des poutres.Si l'on préfabrique, dans un premier tempos, les poutres principales seules, une erreur de réglage du fond de moule entraînerait, aux raccordements avec les parties de dalle mises en place ultérieurenent, la présence de points anguleux qu'il serait difficile de faire disparaître entièrement par le réglage des coffrages de la dalle. Un coffrage 9, permettant une réalisation par tronçons transversaux, est ainsi disposé au niveau 10 du plancher. En position de travail, il repose sur des vérins 11 prenant appui sur les poutres principales du plancher ; en position de decoffrage, c'est-à-dire les verins 11 baissés, ledit coffrage peut se déplacer sur des chemins de roulement tels que 12. Le "pas" de la réalisation tient compte naturellement des conditions propres à chaque ouvrage, en particulier des dispositions des poutres principales telles que 13, 14, 15, 16, appuis nécessaires si le plancher n'est pas au niveau du sol, ou si l'ouvrage comprend des aménagements au-dessous du niveau du sol. La figure 4 représente schématiquement une étape intermédiaire de la première phase, étape se situant à la fin de la réalisation d'un troisième tronçon transversal de ladite structure porteuse réduite. Le tronçon réalisé est encore supporté par des appuis provisoires tels que 17, 18, qui ont servi à supporter le premier tronçon avant l'abaissenent du coffrage ; on peut utiliser par exemple un portique de départ pour disposer ces premiers appuis. Ensuite, il suffit de caler de proche en proche chacun des tronçons suivants tenant en porte-à-faux sur la structure déjà exécutée ; la flèche 19 symbolise la progression de l'ouvrage. Une fois la première phase terminée, c'est-à-dire ladite structure réduite exécutée sur toute sa longueur au niveau du plancher, on précontraint, dans une deuxième phase, ladite structure longitudinalement. Cette phase n'a pas été illustrée par une figure, car sa réalisation est classique pour l'}omme du métier. I1 est à noter que la phase de précontrainte doit précéder la phase de levage, pour avoir une résistance suffisante de la structure à hisser. La troisième phase du procédé selon l'invention consiste à hisser l'ensemble précontraint par des moyens de levage, jusqu'à une cote supérieure à la cote finale. On utilise pour cela des tours métalliques constituées de tubes tels que 20, 21, entretoisées en tête selon un ensemble 22 pour porter des vérins de levage. Lesdits tubes doivent prendre appui sur des éléments assez solides pour assurer le levage de ladite structure porteuse précontrainte. I1 va de soi qu'une adaptation aux contraintes imposées (sol, galeries, structures...) est nécessaire pour chaque type d'ouvrage. A titre illustratif, on a décrit deux types de géométries à respecter ; quatre tours de levage sont utilisées ici.Les tubes 20 de deux tours prennent appui sur les semelles 23 des poteaux 24 dont l'exécution est provisoirement arrêtée au niveau du plancher ; les tubes 21 des deux autres tours prennent appui sur des murs 25 définissant une galerie 26 à partir d'une semelle 27. Tous les tubes traversent la dalle inférieure I par des ouvertures 28 ménagées à cet effet. Grâce aux moyens de levage disposés au sommet des tours, on peut hisser ladite structure depuis le niveau 10 du plancher, jusqu'à une position schématisée par le cadre 29, comme symbolisé par les flèches 30, 31. La cote indiquée par le cadre 29 est, par exemple, d'environ 0,50 m supérieure à la cote finale. Les figures 6a, 6b, 6c représentent des moyens de levage utilisés. I1 s' agit de vérins 32 comportant chacun deux tiges filetées 33 traversant une pièce 34 solidaire de la poutre 2. Le nombre de vérins est bien sur fonction du poids de la structure ; sur la figure, on a représenté six vérins pour chaque tour. On peut prévoir ltutilisation de vérins avec blocage de sécurité à chaînes 35, au fur et à mesure de la montée de la structure ; il est en effet important que la course soit correcte pour chaque vérin, pour une bonne répartition des charges et une nécessaire sécurité. Pour renforcer la stabilité et la sécurité, on peut prévoir un guidage pour la montée de la structure ; ce guidage peut être réalisé par des colliers 36, coulissant sur les tubes desdites tours, solidaires par des tiges 37 de la structure à lever. Dans une quatrième phase, on exécute les poteaux porteurs à la cote finale ; sur la figure 6a, on a représenté par un cadre 38 l'emplacement du poteau porteur correspondant. II va de soi que lesdites tours et éléments voisins ne doivent gêner en rien l'exécution desdits poteaux, en particulier les échauffaudages prévus pour leur coulage. La reprise d'armatures au niveau 10 du plancher peut être réalisée soit par un manchonnage, ces aciers étant comprimés, soit par aciers doux repliés provisoirement. Les poteaux porteurs, de préférence réalisés en béton lourd, se terminent par des plaques d'appui définitif, par exemple en néoprène fretté. Un espace peut être prévu pour permettre l'introduction de vérins plats en vue d'un éventuel remplacement ultérieur des plaques d'appui. Dans une cinquième phase, après durcissement des poteaux porteurs, on redescend à la cote finale ledit ensemble précontraint sur ses appuis définitifs ; les deux appuis d'une même section transversale s'équilibrent mutuellement par l'intermédiaire de la coque, évitant ainsi une distorsion du néoprene ou une flexion latérale des poteaux. On peut alors démonter les tours et reboucher les ouvertures provisoires 28. La sixième phase, exécution de la dalle supérieure, peut alors commencer. On utilise des tables coffrantes telles que 39, 40, pouvant rouler longitudinale ment sur des rails 41, appuyés sur les parties inférieures des raidisseurs. Sur la figure 7, on a représenté une table 39 en position de décoffrage (vérins baissés), et une table 40 en position de coffrage (vérins levés). Si nécessaire, une table peut présenter une portion rabattable pour une progression aisée malgré la présence des parties latérales des raidisseurs ; on a représenté la table 39 munie d'une telle portion 42 rabattable. Il est préférable de réaliser la dalle supérieure en béton léger, afin notamment d'éviter d'éventuels effets secondaires à la jonction de deux bétons de natures différentes. Pour limiter les effets du retrait de la dalle supérieure, le bétonnege se fait en réservant des panneaux tels que 43, 44. Préférentiellement, chaque tronçon de la dalle supérieure est réalisé en trois retapes successives, à savoir d'abord mre épaisseur principale 45 en béton léger constituant une dalle porteuse, puis une couche de polystyrène, et enfin une couche 47 de béton traditionnel, cosse cela apparaît sur la loupe de la figure 7. Avec une telle fabrication sur place, on obtient une étanchéité plus sûre qu'avec une préfabrication à l'extérieur. Dans le procédé selon l'invention, tous les coffrages, à l'esception de ceux de la dalle supérieure, sont conçus pour permettre le chauffage ou 1' étuvage du béton ; ainsi, la sous-face de la dalle inférieure finie ne présente aucun joint, les lignes transversales des reprises de bétonnage sans différence de niveau ni discontinuité disparaissant ensuite avec le flocage. Outre les avantages déjà signalés, le procédé selon 1' invention permet - une occupation nulle des éventuels étages de sous-sols, - des coffrages réduits servant autant de fois qu'il y a d'éléments identiques par coque, et de coques éventuellement, - un réglage aisé de la sous-face d'une coque grâce au positionnement par vérins du coffrage, - une réalisation combinée possible de plusieurs coques avec le minimum de temps morts, car la construction de la coque suivante peut commencer dès que la coque précédente a été entièrement bétonnée, avant levage, ces opérations ne se gênant pas mutuellement et n'utilisant pas le même matériel. I1 va de soi que le procédé selon l'invention n'est nullement limité aux exemples qui en ont été donnés à titre purement illustratif, mais comprend tout procédé rentrant dans la conception générale de l'invention. REVENDICATIO'.xS 1/ Procédé de construction par éléments de coques de couverture en béton ceFnortant une dalle inférieure et une dalle supérieure, des poutres principales et des éléments d'about, et des cadres raidisseurs des dalles supérieure et inférieure, caractérisé par le fait que, dans une première phase on fabrique, sur place et sensiblement au niveau (10) du plancher à la verticale de la position définitive, la partie inférieure de ladite coque comportant la dalle inférieure (1), les poutres principales (2) et éléments d'about (3), et les cadres raidisseurs (4), dans une deuxième phase on pffcontraint longitudinalement ladite partie, dans une troisième phase on hisse l'ensemble précontraint par des moyens de levage jusqu'à une cote supérieure à la cote finale, dans une quatrième phase on execute les poteaux porteurs à la cote finale, dans une cinquième phase on redescend jusqu'a ladite cote finale ledit ensemble précontraint sur ses appuis définitifs après durcissenent des poteaux porteurs, et dans une sixième phase on exécute la dalle supérieure (43,44). 2/ Procédé de construction selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise pour la première phase un béton léger de structure à base d'agrégats d'argile expansé, de densité après séchage de l'ordre de 1700 kg/m3. 3/ Procédé de construction selon l'une des revendications 1 et 2, caractérise par le fait que, dans la première phase? la dalle inférieure est coulée en une seule fois sur toute sa largeur, la progression de la fabrication au cours de cette étape se faisant longitudinalement. 4/ Procédé de construction selon l'une des revendications I à 3, caractérisé par le fait que, dans la première phase, la fabrication par tronçons transversaux est réalisée à l'aide d'un coffrage roulant (9), le premier tronçon étant support par des appuis provisoires avant l'abaissement du coffrage, chacun des tronçons suivants tenant, au décoffrage, en porte-.-faux sur la structure dj executee, et étant ensuitc calé. 5/ Procédé de construction selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que, dans la première phase, on prefaFrique d'abord les cadres raidisseurs, puis, une fois lesdits cadres positionnés, on bétonne simultanent la dalle inférieure, les poutres principales et les éléments d'about. cil Procédé de construction selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que, pour la troisième phase, on utilise des tours métalliques constituées de tubes (20,21) traversant la dalle inférieure, lesdites tours prenant appui sur des parties bétonnées (?3,t5), eu des emplacements avoisinant directement ceux des poteaux porteurs à réaliser, lesdites tours étant de plus entretoisées en tête pour porter des vérins de levage. 7/ Procédé de construction selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'on prévoit l'utilisation de vérins avec blocage de sécurité à chaines, au fur et à mesure de la montée de la structure. 8/ Procédé de construction selon l'une des revendications 6 et 7, caractérise par le fait que l'on prévoit un guidage pour la montée de la structure par des colliers (36) coulissant sur les tubes desdites tours. 9/ Procédé de construction selon l'une des revendications I à 8, caractérisé par le fait que, dans la sixième phase, l'exécution de la dalle supérieure est réalisée directement sur place à l'aide de tables coffrantes (39,40) roulant longitudinalement sur des rails appuyés sur les parties inférieures des raidisseurs, chaque table pouvant présenter une portion rabattable pour une progression aisée malgré la présence des parties latérales desdits raidisseurs. 10/ Procédé de construction selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que, dans la sixième phase, on réalise chaque tronçon de la dalle supérieure en trois étapes successives, a savoir d'abord une épaisseur principale en béton léger constituant une dalle porteuse, puis une couche de polystyrène, et enfin une couche de béton traditionnel.