Brevet FR2504966A1 — publié le 19821105

L'invention concerne une construction de grande hauteur notamment une cheminée pour installations industrielles, qui estconstituée d'éléments de construction préfabriqués reliés entre eux par des éléments de ferraillage verticaux, éventuellement en utilisant la précontrainte d'éléments de ferraillage verticaux, formant dans l'ensemble un revêtement de protection, une part importante des éléments de construction devant être produite grâce à des opérations de production destinées normalement à la fabrication d'éléments de construction préfabriqués en béton non arme. Actuellement, on construit des cheminées d'usine isolées relativement basses, c'est-à-dire dont la hauteur peut atteindre environ 100 m, en utilisant des briques spéciales ; la mécanisation de tels travaux souleve des problèmes importants, et le rendement est donc faible. Avec les cheminées bâties à l'aide de blocs spéciaux de forme diverse, od un bloc remplace plusieurs briques, on obtient une certaine augmentation du rendement, mais on n'a pas réussi à éviter le grand nombre d'opérations de travail pénibles qui doivent être effectuées à grande hauteur au dessus du sol. Un autre inconvénient des deux modes de construction cidessus est la durée relativement longue du travail de construction. Pour remédier à ces inconvénients, on a proposé récemment de construire les cheminées de faible hauteur et de petit diamètre par procédé monolithique, c'est-à-dire en ayant recours à une mécanisation compliquée de l'opération de construction proprement dite à l'aide de coffrages glissants et en mécanisant également le transport du béton à l'emplacement de remplissage. Mais, même avec les petites cheminées, ce mode de construction n'a pas procuré les résultats espérés car le montage et le démontage proprement dits de telles installations de fabrications compliquées rallonge considérablement le temps nécessaire à la construction, sans parler de l'augmentation importante du prix de revient. De plus, on constate depuis peu de temps à nouveau une tendance à construire des cheminées de ce niveau de hauteur avec des éléments de construction annulaires, mais les résul tats espérés n'ont pas non plus été atteints, en particulier en raison des problèmes posés par le soudage du ferraillage vertical constitué de couronnes élémentaires. En ce qui concerne les revêtements de protection de telles cheminées, ceux-ci sont réalisés la plupart du temps grâce à une maçonnerie faite de briques profilées assemblées à l'aide d'un ciment résistant aux acides. Au cours des dernières années s'est affirmée la tendance à augmenter la productivité ou le rendement de tels travaux tout en conservant une résistance aux acides suffisante et en tenant compte des prescriptions de sécurité. Cette recherche a amené à fabriquer d'avance les blocs et les éléments des revêtements extérieurs, c'est-à-dire avant la construction proprement dite, et, à n'introduire qu' ensuite l'ensemble des éléments préfabriqués dans les parois de la cheminée. Dans de nombreux cas, les éléments de construction de ce genre sont montés dans des cages et cadres en métal présentant les types les plus divers. Et ce sont justement ces éléments en métal qui provoquent la destruction progressive de l'ensemble du revêtement de protection résistant aux acides car, dans de tels milieux fortement corrosifs, le métal utilisé, qui est de l'acier de construction ordinaire, est soumis à une corrosion rapide. La préparation et la composition de ces éléments de constructions posent également d'autres problèmes, car leur transport, la facilité de leur mise en place et la mécanisation de ces travaux ne sont pas encore assurés du point de vue technique et constructif. Depuis peu, on fabrique des éléments porteurs creux préfabriqués comportant un ferraillage intérieur complexe qui remplit pour l'essentiel la totalité de la paroi de béton de l'élément de construction. La fabrication de tels éléments représente une technologie compliquée, exigeant beaucoup de temps et d'efforts, aussi bien en ce qui concerne leur assemblage qu'en ce qui concerne la fabrication proprement dite car on ne peut envisager ni mécanisation ni automatisation. On connait également des éléments de construction cylindriques creux qui comportent un ferraillage simple dont la fabrication peut être mécanisée. Nais, pour certaines raisons, de telles pièces sont peu satisfaisantes car, soumises à des sollicitations dynamiques, elles ont tendance à la fissuration et à la rupture ce qui peut provoquer la destruction de l'ensemble de la construction de grande hauteur. Les éléments préfabriqués des types susdits ne permettent pas de prévoir dans leurs parois des trous transversaux pour raccorder ou faire déboucher des dispositifs technologiques. C'est un but de la présente invention d'éliminer les inconvénients présentés par l'état de la technique ; elle se propose donc de créer une construction de grande hauteur, notamment une cheminée d'usine ou analogue, qui est caractérisée selon l'invention en ce qu'elle est constituée d'éléments en béton armé dans la paroi desquels il est prévu sur la périphérie au moins trois canaux de passage dans lesquels est monté un élé- ment de ferraillage vertical scellé avec du mortier au ciment. Entre la partie inférieure et la partie supérieure de la cheminée ou construction analogue, il peut être intercalé un anneau d'armature, relié aux deux parties au moyen de l'élé- ment de ferraillage vertical continu et, en même temps, par au moins trois nervures de ferraillage au moyen de tirants en acier montés dans des trous de passage de ces nervures. Les nervures d'armature sont faites d'éléments de béton armé préfabriqués ayant la même hauteur que les éléments en béton armé de la constructon de grande hauteur. Les canaux de passage ménagés dans les éléments de béton armé ainsi que les trous de passage percés dans les nervures d'armature sont munis d'une armure en acier. Au moins trois paires de nervures d'armature peuvent être réunis ensemble par au moins un élément de ferraillage de hauteur inférieure à celles des autres. Toutes les parties des nervures d'armature sont munies dans des joints de hauteur d'une pince ayant pour rle d'assurer la liaison avec le corps proprement dit de la construction. L'élément d'armature vertical est muni de filetages aux extrémités des différentes parties élémentaires et ces parties sont reliées entre elles au moyen d'un manchon taraudé. Les éléments en béton armé de la construction sont munis de sections d'un revêtement de protection se présentant sous la forme d'un cadre, l'élément d'encerclement extérieur et supérieur du cadre étant relié sur sa périphérie en au moins trois points au moyen d'un montant ou raidisseur avec l'élément d'encerclement inférieur contre le front périphérique duquel sont montées d'autres couches de blocsou d'anneaux du revêtement extérieur. Le raidisseur du cadre dont l'extrémité supérieure fait saillie au dessus de la couche supérieure de la partie du revêtement extérieur est formé par une barre d'acier dont les deux extrémités sont fixées à l'élément d'encerclement inférieur et passent librement dans des anneaux fixés à 1 'élément d'encerclement supérieur. Près de la surface intérieure de la paroi de l'élément de béton armé est monté un raidisseur horizontal et près de la surface extérieure de cette paroi un raidisseur horizontal extérieur, les armures d'acier des canaux de passage étant disposés entre les deux raidisseurs. Dans la paroi de l'élément en béton armé, il est prévu un trou de passage permettant le débouché ou le raccordement d' ensembles technologiques dont le coffrage est maintenu par un ferraillage contre une des armures d'acier. A celui des éléments en béton armé de la partie supérieure de la construction qui est situé le plus bas, sont fixés au moyen d'un anneau de renforcement au moins trois étais qui sont ancrés dans les fondations de la construction. A l'anneau de renforcement peut être associée au moyen d'un joint garni d'un matériau d'étanchéité élastique la partie inférieure statique de la construction. Chaque étai est relié aux étais voisins au moyen d'éléments d'armature. Le type de construction qui vient d'être décrit permet de monter rapidement et simplement l'ensemble de la cheminée, avec une productivité élevée. Dans cette construction à grande hauteur selon l'invention, les joints entre les différentes sections sont réduits à un minimum ce qui donne un meilleur aspect à la construction et permet de diminuer la corrosion de tous les éléments de renforcement de la cheminée. Le montage d'une cheminée dont la hauteur ne dépasse pas 60 m ne dure que quelques jours et, pour une cheminée atteignant environ 100 m, il ne dure que quelques semaines, les dépenses en matériau étant réduites au maximum. Lorsque la hauteur dépasse 80 m l'économie en matériaux augmente encore du fait que les nervures d'armature permettent de construire une cheminée pouvant atteindre une hauteur de 100 m avec une base de petit diamètre pouvant être fabriquée par des machines à grand rendement. Les fondations de la cheminée n'ont pas à répondre à des conditions particulièrement sévères. Le mode de réalisation du revêtement de protection empêche de façon simple tout contact entre les gaz de fumée corrosifs et les éléments métalliques des sections du revêtement de protection, augmentant ainsi notablement la durée de vie du revêtement de protection et, par conséquent, de la cheminée elle-même. Les anneaux de l'élément de renforcement qui dépassent par leurs arcs au dessus de la surface supérieure de l'élément du revêtement de protection permettent de l'accrocher facilement à un mécanisme de transport et facilitent l'encastrement de la partie de cheminée suivante à poser par dessus. L'élément en béton armé qui-esl 'élément de base de la construction selon l'invention et qui-est fait en béton de qualité supérieure assure une transmission parfaite des effets des contraintes considérables, aussi bien statiques que dynamiques, sans risque de fissurage ni de destruction, tout en rendant le montage plus facile et plus sûr et en facilitant l'accouplement entre les éléments préfabriqués. En même temps, toutes les parties de la construction selon l'invention présentent des possibilités entières de rectification et d' accouplement donnant l'assurance d'obtenir de façon simple et rapide la configuration finale souhaitée de la construction. La fabrication des éléments préfabriqués en question peut être facilement mécanisée car elle peut être également effectuée sur des machines à grand rendement servant en premier lie à la fabrication de produits non armés et d'éléments qui ne sont pas destinés à transmettre des contraintes élevées. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel la figure 1 est une vue d'ensemble, partiellement en coupe, d'une cheminée d'usine selon l'invention la figure 2 est une coupe transversale de la partie supérieure de la construction représentée à la figure 1 la figure 3 est une coupe transversale effectuée à 1' emplacement de l'anneau d'armature de la cheminée représentée à la figure 1 la figure 4 est une coupe transversale de la partie inférieure de la construction représentée à la figure 1, effectuée à l'emplacement du joint des éléments en béton armé ainsi que des nervures de renforcement la figure 5 est une vue partielle, partiellement en coupe, de l'élément en béton armé la figure 6 est une vue par dessus de l'élément en béton armé représenté à la figure 5 la figure 7 est une vue d'un détail du trou transversal prévu dans l'élément en béton armé la figure 8 montre une partie du revêtement de protection la figure 9 est une vue de détail montrant en section vertiC? accouplement de deux éléments en béton armé la figure 10 est une vue d'ensemble de la cheminée d' -uaine,~montrant l'accouplement entre les étais sous précon train W-avec la partie supérieure de la cheminée. Le mode de réalisation de la construction selon l'invention représentée à la figure 1 repose sur une fondation 12 dans laquelle est ancré un élément de ferraillage ou d'armature~vertical 11 (figure 2). Le corps de cheminée proprement dit est constitué par un système d'éléments en béton armé 7 (figure 2) qui sont montés les uns sur les autres, d'autres parties de l'élément d'armature vertical 11 reliées entre elles par un manchon taraudé 13 (figure 9) étant disposées dans les canaux de passage 8 prévus dans cet élément. Les extrémités de l'élément d'armature vertical 11 sont munies de filets correspondants. Entre les différents éléments en béton armé 7 il est prévu un joint étroit 33 (figure 10) dans lequel est introduite une couche 34 de mortier de ciment (figure 9). L'élément en béton armé 7 de ce mode de réalisation se présente sous la forme d'un corps creux à paroi cylindrique 23 (figure 6). Dans cette paroi 23 sont montées dans des canaux de passage 8 des armures d'acier 9. Ces armures d'acier 9 se trouvent entre un raidisseur horizontal intérieur 24 (figure 6) et un raidisseur horizontal extérieur 25 qui sont logés dans le voisinage de la surface intérieure 22 et de la surface extérieure 35 de la paroi 23 de l'élément en béton armé 7. Les raidisseurs horizontaux intérieurs 24 et extérieurs 25 peuvent être faits en fil d'acier de construction, enroulés en spires hélicordales avec un pas d'au maximum 15 cm. Pour augmenter leur rigidité et faciliter leur introduction, ils peuvent, de plus, être fixés au moyen de tirants 36 en forme de bande allongée (figure 6). Suivant les besoins de la fabrication ou les nécessités architectoniques, la section transversale de l'élément en béton armé peut affecter de l'extérieur la forme d'un polyèdre régulier ou irrégulier, d'une configuration en goutte, d'un ovale, ou toute autre forme analogue. Pour assurer le débouché du canal de fumée ou le raccordement d'aggrégats technologiques, il est avantageusement prévu dans l'un des éléments en béton armé un trou transversal 26 (figure 6). De façon particulièrement avantageuse, ce ré culât est obtenu en introduisant dans la paroi 23 de l'élément en béton armé 7 un coffrage cordu en bois, de forme correspondant à la forme du trou transversal 26 ; pour assurer la précision de positionnement, ce coffrage peut être maintenu à 1' aide d'une armature 28 (figure 7) contre l'une des armures en acier 9. Comme le montre la figure 5, il est prévu une noyure 30 sur l'une ou sur les deux faces frontales 29 du canal de passage 8 afin de faciliter le montage des éléments en béton armé 7 les uns avec les autres. Dans ce cas, l'armure en acier 9 se termine au niveau de la face intérieure 31 de cette noyure 30. La résistance aux acides de la cheminée est assurée par un revêtement de protection. Celui-ci est constitué par des blocs façonnés en matériau céramique ou en béton réfractaire maçonnés et assemblés à l'aide d'un lut résistant aux acides. Vu de l'extérieur aussi bien que de l'intérieur, le revêtement protecteur peut avoir une forme cylindrique ou prismatique, mais ce point est sans importance du point de vue de l'objet de l'invention. La figure 8 montre que la couche inférieure 37 du reve- tement de protection est bloquée à l'aide d'un élément d'en- cerclement extérieur inférieur 17, Sur cette couche inférieure 37 sont ensuite édifiées d'autres couches 18.I1 en résulte que le diamètre extérieur de ces dernières est supérieur d'une quantité égale à deux fois l'épaisseur de l'élément d'encerclement inférieur 17 au diamètre extérieur de la couche inférieure 37. De cette façon, on assure une liaison suffisante entre la couche inférieure 37 et les autres couches 18 uniquement au moyen d'un lut ou ciment résistant aux acides, les autres couches 18 étant soutenues par la partie frontale de l'élément d'encerclement inférieur 17.La hauteur du revêtement de protection doit être choisie en fonction de la construction de la paroi de cheminée, des dimensions de l'élément en béton armé 7 et des conditions de transport, dans des limites comprises entre 0,50 et 3 m. La couche supérieure 20 de blocs du revêtement de protection est munie d'un élément d'encerclement supérieur extérieur 15 qui, à sa périphérie, est relié en au moins deux emplacements par un étai 16 avec l'élément d'encerclement 17 inférieur. L'étai 7 peut être fait en fil d'acier de construction de façon à être fixé à l'élément d'encerclement inférieur 17 et à être tiré en passant librement dans des anneaux 21 prévus sur l'élément d'encerclement supérieur 15.Au dessus de la couche supérieure 20 de blocs dans la section 14 du revêtement de protection, l'étai 16 forme un arc 38 qui sert, d'une part, comme guidage pour poser la section suivante vers le haut du revêtement de protection, et, d'autre part, comme anneau permettant aux mécanismes de transport de saisir l'ensemble constitué par la section 14 du revêtement de protection. Pour construire des cheminées basses, c'est-à-dire dont la hauteur peut atteindre environ 60 m, on monte les uns au dessus des autres les éléments en béton armé 7, les éléments d'armature verticaux 11 qui se trouvent dans les canaux de passage 8 étant assemblés entre eux au moyen du manchon taraudé 13 (figure 9). L'élément d'armature vertical 11 porte le même filetage aux deux extrémités. Les éléments d'armature verticaux 11 sont assemblés les uns aux autres en vissant sur une extrémité de l'élément dont l'autre extrémité est bétonnée dans la fondation le manchon taraudé 13, de telle façon qu'une partie de l'intérieur du manchon reste libre pour recevoir la partie suivante de 1' autre élément d'armature vertical 11. Le diamètre extérieur des manchons taraudés 13 est inférieur au diamètre des canaux de passage 8. Ensuite, on monte sur une couche préparée 34 de mortier de ciment l'élément en béton armé 7, on fixe la partie de 1' élément d'armature vertical 11 et ce cycle de travail se poursuit. Pour construire des cheminées de grande hauteur et en conservant les éléments de béton armé 7 faciles à réaliser, on associe à la paroi de la cheminée des nervures d'armature 3. Ces dernières sont munies de trous de passage 4 dans lesquels sont montés des tirants 5. Les parties des nervures d'armature 3 sont fabriquées avec le même module de hauteur que les éléments en béton armé 7 et elles sont reliées à la paroi de cheminée, d'une part, aumoyen de tirants 5 qui sont maintenus dans l'anneau d'armature 2 et, d'autre part, au moyen de pinces 10. Celles-ci enserrent, d'une part, les tirants 5 des nervures d'armature 3 et, d'autre part, l'élément d'armature vertical Il de la paroi de cheminée. Pour le montage, on monte d'abord la partie inférieure 6 de la cheminée qui est munie des nervures d'armature 3. Après avoir posé le premier élément en béton armé 7 de la partie inférieure 6 de la cheminée, on lui associe les premières parties de toutes les nervures d'armature 3. Le joint de contact entre la circonférence extérieure de l'élément de béton armé 7 de la paroi de cheminée et la nervure d'armature est alors garni de mortier de ciment, puis on effectue sur le joint horizontal supérieur la liaison au moyen de la pince 10. La pince entoure et serre par sa périphérie la to talité des tirants 5 des nervures d'armature 3 et au moins une armure d'acier 9 du canal de passage 8 de-l'élément en béton armé 7, ainsi que l'élément d'armature vertical 11 qui est monté à l'intérieur de celui-ci.Ensuite, on pose l'élément en béton armé 7 suivant situé plus haut, et on poursuit le montage jusqu'à la hauteur de l'anneau d'armature 2 dans lequel se terminent les tirants 5 des nervures d'armature 3. Les nervures d'armature 3 ou les paires de nervures peuvent être reliés entre eux au moyen de l'élément d'armature 19. Cet élément peut s'étendre sans solution de continuité sur toute la hauteur de la partie inférieure de cheminée 6, ou bien présenter des discontinuités, ou encore se présenter sous la forme d'élément de hauteur incomplète. Selon un mode de réalisation préféré, les canaux de passage 8 de l'élément d'armature vertical 11, vus en coupe horizontale, se trouvent à l'intérieur de l'anneau d'armature entre les trous de passage 4 destinés aux tirants 5 des nervures d'armature 3. A l'anneau d'armature 2 fait suite la partie supérieure 1 de la cheminée, dont le montage se déroule de la même façon que celui d'une cheminée de hauteur inférieure à 60 m non munie des nervures d'armature 3. Ces mêmes éléments de béton armé 7 autorisent d'autres possibilités de construction de la cheminée. Mais ces éléments sont montés par dessus l'anneau d'armature 2 qui est accouplé statiquement sous précontrainte à la fondation 12 au moyen de tirants disposés dans des canaux des étais 32. En cas de débouché au dessus du sol, la partie inférieure 6 de la cheminée peut totalement disparaitre et le débouché peut après coup être réalisé ainsi qu'il a été décrit dans un élément en béton armé 7 quelconque au dessus de l'anneau d'armature 2, ou bien, se présenter sous la forme d'une constYuc- tion indépendante statiquement faite d'éléments en béton armé 7. La construction en question est alors reliée à la partie supérieure 1 de la cheminée par l'intermédiaire du joint 33 garni en permanence d'un matériau d'étanchéité élastique. REYENDICATIONS 1. Construction de grande hauteur, notamment cheminée d'usine ou analogue, caractérisée en ce que cette construction est faite en éléments de béton armé (7) dans la paroi desquels il est prévu sur la nériphérie trois canaux de passage (8) dans lesquels est monté un élément d'armature vertical (11) scellé avec du mortier de ciment. 2. Construction de grande hauteur selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il est intercalé entre la partie in férieure (6) de la construction et sa partie supérieure (1) un anneau d'armature (2) relié avec ces deux parties (6,1) au moyen de l'élément d'armature vertical (11) et en même temps avec au moins trois nervures d'armature (3) au moyen de tirants (5) qui se trouvent dans des trous de passage (4) desdites nervures (3). 3. Construction de grande hauteur selon la revendication 2, caractérisée en ce que les nervures d'armature (3) sont constituées par des éléments en béton armé ayant le même module de hauteur que les éléments en béton armé (7) de la construction de grande hauteur. 4. Construction de grande hauteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'aussi bien le canal de passage (8) prévu dans les éléments en béton armé (7) que les trous de passage (4) dans les nervures d'armature (3) sont munis d'une garniture ou armure en acier. 5. Construction de grande hauteur selon la revendicaton 2, caractérisée en ce qu'au moins trois paires de nervures d' armature (3) sont reliées entre elles par au moins un élément d'armature (19) de hauteur partielle. 6, Construction de grande hauteur selon la revendication 2, caractérisée en ce que toutes les parties élémentaires des nervures d'armature (3) sont munies dans des joints de hauteur d'une pince (10) adaptée à assurer la liaison avec le corps de construction proprement dit. 7. Construction de grand-hauteur selon la revendication 1, caractérisée en ce que les parties élémentaires de l'élément d'armature vertical (11) sont munies à leurs extrémités d'un filet et en ce que ces parties élémentaires de l'élément d'armature vertical (11) sont assemblées les unes aux autres au moyen d'un manchon taraudé (13), 8.Construction de grande hauteur selon la revendication 1; caractérisée en ce que les éléments en béton armé (7) sont munis de sections (14) d'un revêtement de protection constituées par un cadre, et en ce qu'un élément d'encerclement extérieur supérieur (15) du cadre est relié à sa périphérie, en au moins deux emplacements, au moyen d'un raidisseur ou étai (16) à un élément d'encerclement inférieur (17) sur la face périphérique duquel sont montés d'autres couches (18) de blocs ou anneaux de revêtement de protection. 9. Construction de grande hauteur selon la revendication 8, caractérisée en ce que le raidisseur ou étai (16) du cadre, dont l'extrémité supérieure fait saillie au dessus de la couche supérieure d'éléments du revêtement de protection est formé par une barre d'acier dont les deux extrémités sont fixées à l'élément d'encerclement inférieur (17) et passent librement dans des anneaux (21) fixés à l'élément d'encerclement supérieur (15). 10. Construction de grande hauteur selon la revendication 1, caractérisée en ce que, près de la surface intérieure (22) de la paroi (23) de l'élément en béton armé (7), est monté un raidisseur horizontal intérieur (24) et, près de la surface extérieure de la paroi (23), un raidisseur horizontal extérieur (25), les armures d'acier (9) des canaux de passage (8) étant disposées entre ces deux raidisseurs (24,25). 11. Construction de grande hauteur selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans la paroi (23) de l'élément en béton armé (7), il est prévu un trou transversal (26) permettant de faire déboucher ou de raccorder des ensembles technologiques, dont le coffrage en bois (27) est maintenu par une armature (28) contre l'une des armures d'acier (9). 12. Construction de grande hauteur selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins dans l'une des faces frontales (29) de l'élément en béton armé (7), il est prévu dans le canal de passage (8) une noyure ou cuvette (30), l'armure d'acier (9) se terminant sur la face intérieure (31) de celle-ci. 13. Construction de grande hauteur selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il est prévu au moins trois étais (32) fixés sous précontrainte au moyen de l'anneau d'armature (2) à celui des éléments en béton armé (7) de la nartie supérieure de la construction qui est situé le plus bas, ces étais étant ancrés dans la fondation (12) de la construction. 14. Construction de grande hauteur selon la revendication 13, caractérisée en ce que la partie inférieure statiquement indépendante de la construction de grande hauteur est associée d'en bas à l'anneau d'armature (2) par l'intermédiaire d'un joint (33) garni d'un matériau d'étanchéité élastique. 15. Construction de grande hauteur selon la revendication 13, caractérisée en ce que chacun des étais (32) est relié aux étais voisins au moyen de l'élément d'armature (19).