Brevet FR2502222A1 — publié le 19820924

La présente invention concerne une cheminée, et notamment, mais non exclusivement, une tour à usage de réfrigérant atmosphérique. Dans leur mode de réalisation le plus répandu, de telles cheminées comportent un voile en béton armé à double courbure, généralement en forme d'hyperboloide de révolution autour d'un axe vertical, avec à leur partie inférieure une ouverture autorisant l'entrée d'air dans le but d'assurer un tirage à l'intérieur de la cheminée; à cet effet, le voile est interrompu à distance du sol et prolongé jusqu'aux fondations à l'intérieur de celui- ci, par des poteaux inclinés selon les méridiennes, pou- vant être également inclinés dans le plan tangent à l'hy- perboloide à cet endroit, et définissant une structure portante ou assise en treillis à claire-voie; au plan mécanique, ces poteaux définissent avec le voile et les fondations de la tour une structure unique, parfaitement solidaire. L'augmentation de la taille de tels ouvrages con- duit à renforcer leur structure portante, alors que des impératifs fonctionnels, liés à une recherche de réduction des pertes de charge que subit l'air à son entrée, con- duisent à réduire l'obstacle que les poteaux opposent à l'entrée de l'air, par réduction de leur mattre couple global et réduction des turbulences qu'ils tendent à pro- voquer dans l'air entrant. Concilier ces impératifs est difficile, et con- duit à un ensemble approchant les limites raisonnables de sécurité et de cotlt. Le but de la présente invention est de proposer une structure de cheminée remédiant à ces inconvénients. A cet effet, la présente invention propose de désolidariser le voile, comportant la cheminée proprement dite, et la structure portante ou assise, le voile étant auto-stable et rigidifié à sa partie inférieure par un anneau périphérique pour reposer sur l'assise par l'inter- médiaire de cet anneau, et le cas échéant d'appuis notam-- ment élastiques. Les avantages d'une telle dissociation du voile et de l'assise sont nombreux, certains se rencontrant de façon générale chaque fois que, dans un ouvrage, on dis- socie la structure portante de la structure portée, et d'autres étant tout à fait spécifiques au cas des chemi- nées et notamment des tours de réfrigérant atmosphérique. De façon connue en soi, cette dissociation per- met, par le jeu d'appuis interposés entre la structure portée, comportant le voile, et la structure portante, qui peut 8tre constituée de piles essentiellement ver- ticales et solidaires des fondations de la tour, ou, en variante, d'un socle formant soubassement, de compenser les tassements différentiels par un procédé couramment utilisé dans le cas des ponts, dont les travées reposent elles aussi sur des piles; il s'agit par exemple de pré- voir la possibilité d'introduire des vérins entre la structure portante et la structure portée pour y intro- duire ou y ajouter des cales d'appui, dtautres procédés de compensation utilisés dans les travaux publics pou- vant naturellement être également choisis. Il est en outre possible d'introduire des appuis anti-sismiques, pouvant filtrer le spectre d'excitation sismique, entre la structure portée et la structure por- tante. Un autre avantage consiste dans la possibilité de calculer le voile en s'affranchissant des caractéris- tiques du sol, ce qui conduit à un certain degré de stan- dardisation des cheminées. Plus généralement, l'ouvrage réalisé conformé- ment à l'invention est constitué de deux structures pures, le voile comportant la cheminée proprement dite et la structure portante dont le comportement est connu et dont 250222 2 le calcul peut être conduit avec précision. Cet avantage est particulièrement intéressant dans le cas des cheminées notamment à usage de réfrigé- rant atmosphérique qui, dans leur conception actuelle- ment connue, sous la forme d'une structure unique voile- poteau-sol, ne se prêtent actuellement à aucune méthode de calcul, empirique ou théorique, susceptible de pré- dire avec suffisamment de précision le degré de sécurité devant le risque d'instabilité de forme ou cloquage, l'imprécision s'accroissant au fur et à mesure qu'aug- mente le rapport entre la hauteur des poteaux et celle de la cheminée. Lorsqu'on adopte la structure préconisée selon l'invention, dans un premier mode de réalisation les piles constituent avantageusement la structure porteuse et peuvent être conçues et calculées comme des consoles, soumises à leur extrémité supérieure aux efforts prove- nant du voile et encastrées dans leurs fondations. En variante, les piles sont solidaires du voile avec lequel elles constituent la structure portée, et re- posent sur une assise formant structure portante, cette assise étant alors, par exemple, constituée d'un socle formant soubassement, et solidaire des fondations de la tour. Il en résulte que, dans l'un ou l'autre mode de réalisation, la distance entre les piles peut être déter- minée directement en fonction d'un calcul d'optimisation de l'aérodynamissie de l'entrée d'air, consistant essen- tiellement à minimiser les pertes de charge. Ainsi, le remplacement de la dentelle connue de poteaux inclinés prolongeant le voile vers la semelle an- nulaire de fondation, lesquels poteaux ne peuvent être conçus et calculés comme des consoles puisqu'ils forment une structure unique avec leurs fondations et avec le voile, par une structure conformémnent à l'invention, com- portant avantageusement des piles verticales qui peuvent être plus espacées, accroît le rendement thermique par augmentation de la surface des entrées d'air et la di- minution de la turbulence. Selon une démarche contraire, on peut en adop- tant la structure selon l'invention accepter un rende- ment thermique égal à celui des réfrigérants tradition- nels et réduire la hauteur totale de la cheminée eu rem- plaçant les poteaux classiques par une. structure portante dissociée de son assise. La cheminée selon l'invention, notammrent à usage de tour de réfrigérant atmosphérique, du type comportant un voile à double courbure et une structure portante ou assise pour le voile, se caractérise par conséquent en ce que le voile est auto-stable et dissocié de l'assise, et présente à sa partie inférieure un anneau périphéri- que rigide, par l'intermédiaire duquel il repose sur ltas- sise. D'autres caractéristiques et avantages de lVin- vention ressortiront de la description ci-dessous, rela- tive à deux modes de réalisation non limitatifs, et des dessins annexés qui font partie intégrante de cette des- cription. La figure 1 montre, dans un premier mode de réa- lisation, une élévation latérale d'une tour de réfrigé- rant atmosphérique réalisée conformément à l'invention, selon deux variantes respectivement dans sa partie gau- che et dans sa partie droite. La figure 2 montre une vue de l'assise, en coupe par le plan II-Il de la figure 1. Les figures 3 et 4 montrent des vues en coupe par le même plan II-II à une échelle supérieure à celle de la figure 2, d'une pile du type utilisé respective- ment pour la variante de la partie gauche et pour la va- riante de la partie droite des figures 1 et 2. La figure 5 montre une vue partielle d'une sec- tion de la tour, par un plan incluant l'axe de celle-ci, au droit d'un appui selon la variante illustrée dans la moitié gauche des figures 1 et 2. La figure 6 montre une vue partielle d'une sec- tion de la tour par un plan vertical passant entre deux appuis, dans une variante du premier mode de réalisation, employant le rprocédé de construction dit de "poutre- échelle". La figure 7 montre une vue partielle d'une sec- tion de la tour par un plan vertical passant entre deux appuis, dans un deuxième mode de réalisation o les pi- les sont partie intégrante de la structure portée. On a désigné par l un voile en béton armé, à double courbure et par exemple en forme d'hyperboloide de révolution autour d'un axe vertical 2, ce voile dé- finissant la cheminée proprement dite; on a par ailleurs désigné par 3 la structure portante ou assise du voile, cette assise 3 se prolongeant à l'intérieur du sol 4 par des fondations non représentées. Conformément à l'invention, le voile 1 est auto- stable et dissocié de l'assise 3, c'est-à-dire apte à ré- sister de façon autonome, indépendamment de toute inter- action avec l'assise 3, aux divers efforts et contraintes auxquels il peut être soumis notamment du fait de l'ac- tion du vent; en particulier, le voile 1 est apte à s'op- poser du fait de son propre poids au couple de renverse- ment qui lui est imprimé par un vent maximal théorique il est calculé indépendamment de l'assise 3. La partie inférieure du voile 1 se présente sous la forme d'un anneau périphérique rigide 5, d'axe 2, par l'intermédiaire duquel le voile 1 repose sur l'assise 3 cet anneau 5, qui équilibre les poussées horizontales et rigidifie de ce fait le bord inférieur du voile 1, peut présenter toute forme compatible avec les exigences aéro- dynamiques; il peut former une saillie vers l'extérieur du voile 1, comme dans l'exemple illustré figure 5, o il peut, le cas échéant, être relié vers le haut au reste du voile 1 par des goussets tels que 6; il peut également pénétrer partiellement à l'intérieur 7 de la cheminée délimité par le voile 1, auquel il peut égale- ment être relié par des goussets de renfort. Le voile 1 repose sur son assise, par le voile 5 et notamment par la face inférieure 8 de celui-ci, sensi- blement plane et orientée transversalement par rapport à l'axe 2, par l'intermédiaire d'appuis 9 qui peuvent être élastiques (par exemple en élastomère) et sont suscep- tibles de transmettre les efforts verticaux et horizon- taux en autorisant, par distorsion, la dilatation de l'ouvrage sous l'action de la température; dans cer- tains cas, on peut également prévoir l'utilisation d'ap- puis fixes sans distorsion, ou tout appui d'autre type. Dans un premier mode de réalisation, du fait de sa dissociation du voile 1 au niveau des appuis 9, l'as- sise 3 de la tour peut être constituée par des piles, respectivement 3a dans la partie gauche des figures 1 et 2, à la figure 3 et à la figure 5, ou 3b dans la partie droite des figures 1 et 2 et à la figure 4, conçues et calculées comme des consoles, soumises à leur extrémité supérieure aux. efforts provenant du voile et encastrées dans leurs fondations (non illustrées). Dans la partie gauche des figures 1 et 2, et aux figures 3 et 5, chaque pile 3a présente une forme tronconique de révolution autour d'un axe vertical 10 qui lui est propre; dans la partie droite des figures 1 et 2 et à la figure 4, chaque pile 3b présente la forme d'un mur vertical, présentant un plan moyen vertical propre 11 incluant l'axe 2; en coupe par un plan hori- zontal quelconque, chacun des murs 3b présente de pré- férence une forme aérodynamique, s'inspirant dans l'exemple illustré de la forme dite "en goutte d'eau" avec symétrie par rapport au plan radial propre 11; d'autres formes pourraient naturellement être adoptées, notamment lorsque la cheminée doit être construite en un lieu présentant des vents importants. Les fondations (non illustrées) de l'assise 3 peuvent être constituées comme dans les cheminées de type traditionnel par une semelle annulaire unique, commune a l'ensemble des piles telles que 3a ou 3b; cependant, du fait de la dissociation entre le voile 1 et son assise 3 lorsque l'on met en oeuvre lVinvention, et de la grande facilité qui en résulte pour compenser des tassements différentiels éventuels par remplacement ou modification de l'épaisseur des appuis tels que 9, on peut avantageu- sement prévoir des fondations isolées pour chaque pile telle que 3a ou 3b, ou pour des groupes de piles dis- tincts, ce qui facilite le calcul des fondations et sim- plifie leur réalisation. Une variante de ce mode de réalisation, illus- trée par la figure 6, consiste à employer, pour réaliser l'assise, la disposition dite en "poutre-échelle" o cha- cune des piles 12 est reliée aux autres par des entre- toises horizontales 13 et 14, circulaires, en forme de couronne. L'entretoise supérieure 13 relie toutes les parties supérieures des piles; l'entretoise inférieure 14, qui peut être, dans ce mode de réalisation, solidaire des fondations de la tour, relie les bases de toutes les piles. L'entretoise supérieure 13 sert en outre de sup- port au voile par l'intermédiaire des appuis élastiques 9. Dans un deuxième mode de réalisation, tel que représenté en figure 7, on a également employé la cons- truction en forme de "poutre-échelle", o les piles 12 sont reliées par deux couronnes circulaires 13 et 14 for- mant entretoises. Mais ici les piles 12,solidaires du voi- le 1, font partie intégrante de la structure portée et le rMle de l'anneau périphérique rigide 5 est joué par l'en- tretoise inférieurel4, qui repose sur l'assise 3 par l'in- termédiaire des appuis élastiques 9, maintenant placés à la base des piles. De cette manière est réalisée la dis- sociation entre la structure portée, comportant le voile et les piles, et la structure portante ou assise, et les avantages précités se retrouvent de la mnme façon. Bien entendu, dans ce dernier mode de réalisa- tion, il est possible de donner aux piles les formes qui ont été décrites en variante du premier mode de réalisa- tion, et notamment celles de tronc de cane, de mur ra- dial vertical, ou la forme aérodynamique précitée. Naturellement, la tour à usage de réfrigérant atmosphérique illustrée ne constitue qutun exemple non limitatif de mise en oeuvre de 1linvention, qui pourrait s'appliquer à d'autres types de cheminée présentant une assise à claire-voie. REVENDICATIONS 1. Cheminée, notamment tour de réfrigérant at- mosphérique, du type comportant un voile (t) à double courbure et une structure portante ou assise (3) pour le voile (1), caractérisée en ce que le voile (1) est auto-stable et dissocié de l'assise (3), et présente à sa partie inférieure un anneau périphérique rigide (5) par l'intermédiaire duquel il repose sur l'assise (3). 2. Cheminée selon la revendication 1, carac- terisée en ce que ledit anneau (5) repose sur l'assise (3) par l'intermédiaire d'appuis (9) susceptibles de transmettre les efforts verticaux et horizontaux en au- torisant la dilatation thermique de l'ouvrage. 3. Cheminée selon la revendication 2, carac- térisée en ce que les appuis (9) sont élastiques. 4. Cheminée selon lHune quelconque des reven- dications t à 3, caractérisée en ce que l'assise (3) est constituée de piles (3a, 3b) essentiellement ver- ticales. 5. Cheminée selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisée en ce que l'assise (3) est constituée d'un socle formant soubassement, et so- lidaire des fondations de la tour. 6. Cheminée selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que les piles présentent une forme tronconique de révolution autour d'un axe vertical. 7. Cheminée selon l'une des revendications 4 et 5, la tour présentant un axe vertical, caractérisée en ce que les piles présentent la forme de murs radiaux par rapport à cet axe. 8. Cheminée selon la revendication 7, caracté- risée en ce que les piles présentent une forme aérodyna- mique. 9. Cheminée selon la revendication 4, carac- térisée en ce que les fondations sont communes à l'en- semble des piles (3a, 3b). 10. Cheminée selon la revendication 4, carac- térisée en ce qu'il est prévu des fondations isolées pour chaque pile (3a, 3b) ou pour des groupes de piles (3a, 3b) respectifs.