Brevet FR2546681A1 — publié le 19841130

On connaît des systèmes de protection pour limiter les conséquences des surcharges de traction - du fait du givre, de la neige ou de vents violents - développées dans et par les câbles des lignes électriques destinées au transport et à la distribution du courant basse et moyenne tension. D'une façon générale, ces câbles - pour lesquels le coefficient de securité est généralement de 3 pour assurer la continuité de la distribution du courant - sont ancrés, avec une boucle libre, sur des traverses (ou "armatures") horizontales montées au sommet de poteaux dont le coefficient de sécurité est, lui, généralement plus faible (2,1). Aussi, pour éviter les casses de poteaux en cas de surcharge des câbles, on réalise les armatures de telle sorte que celles-ci-fléchissent et codent par pliage, avec extension de la boucle, sous l'effet de ces surcharges de traction avant que ne soit atteinte la limite de résistance des poteaux qui les portent.Le fléchissement des armatures dans la direction quasi horizontala des câbles a alors pour effet de creuser les chaîneff:es formées par le câble entre deux poteaux consécutifs, c'est-à- dire, en réduisant les efforts transversaux de traction développés par le câble sur Ces derniers, de préserver les poteaux avant qu'ils ne cassent et de permettre d'assurer la continuité de la distribution du courent en attendant le remplacement des armatures déformées Des systèmes de ce genre sont décrits dans les brevets français nc 992.893 et 2.46b'.88. La présente invention consiste à augmenter diune façon simple la délormation plastique (clest-à-dire permanente3 que subit une armature prédéterminée - et donc de creuser plus vite les chaînettes - à partir du moment ou ladite armature amorce cette déformation permanente, c esz--dire des que se trouve dépassé un seuil prédéterminé de sur- charge de l'effort développé par le câble pour lequel est calculée cette armature; ceci afin de faire radicalement chuter en conséquence les surcharges transmises, au préjudice de leur sécurité, aux ouvrages dans le cas des troubles rappeiés-ci-dessus. Inversement, l'augmentation de cette déformation plastique, con ormment a' I l'invention, permet de mieux contrôler le seuil de rupture des ouvrages en place lorsqu'ils sont soumis à des troubles accidentels d'une ampleur prédéterminée. En effet, grâce au fléchissement plus "franc" des armatures en cas de surcharges, on évite la transmission de ces dernières aux poteaux à la faveur des phénomènes aléatoires qui peuvent toujours se développer au cours de la flexion permanente des armatures. Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, l'augmen- tation de la déformation plastique de l'armature sous l'effet d'un effort prédéterminé est réalisée par diminution de sa résistance à la déformation à laquelle elle est soumise. La demanderesse a, en effet, observé sur les armatures de l'art antérieur en forme de poutres que celles-ci tendent à se "vriller" au fur et à mesure qu'elles sont sollicitées en déformation. Cette tendance au vrillage a pu etre analysée comme résultant des sollicitations auxquelles la poutre se trouve soumise, dès qu'elle commence à fléchir sous l'action d'une surcharge, pour opposer à cette surcharge une résistance minimale, en fait une "section" à résistance minimale ; tout se passe en fait comme si, dès qu'une poutre est sollicitée en flexion, la charge à laquelle elle est soumise tend à la déformer dans la configuration où elle résiste le moins. De ce fait, lorsque les armatures de câbles sont ainsi soumises à des surcharges accidentelles, on s aperçoit que le vrillage auquel elies sont alors soumises tend à orienter leur section de telle sorte que le moment fléchissant en soit le plus faible possible. En bref, meme lorsque l'on utilise une armature-poutre dont la section se présente, par rapport à l'effort transversale à supporter, dans l'orientation correspond au calcul de sa meilleure résistance à la flexion, cet effort tend à la faire pivoter sur elle-meme pour qu'elle présente sa section la plus "molle" et pour qu'elle fléchisse plus facilement. Ces observations, confirmées d'ailleurs par les allures vrillées des armatures récupérées après sinistres et facilement explicables par la théorie, ont conduit la demanderesse à chercher à "exploiter" le phénomène avec pour objectif l'amélioration des performances des armatures existantes. A cet effet, la demanderesse a réalisé des armatures en deux éléments dont l'un peut tout simplement pivoter dans l'autre, autour d'un axe perpendiculaire à la direction de la traction exercée par le câble, c'est-à-dire en fait, confondu avec l'axe longitudinal des armatures classiques. De la sorte, l'élément pivotant n'a plus à se vriller par rapport à l'élément fixe de l'armature puisqu'il peut prendre à tout niveau de la surcharge l'orientation qui oppose la moindre résistance à cette dernitre. En d'autres termes, dans la mesure où la poutre est sollicitée en "vrillage" au moment où elle est soumise à une surcharge, I'invention consiste non pas à s'opposer à ce vrillage pour préserver la poutre, mais tout simplement à laisser la poutre "se vriller dans son intégralité", c'est-à-dire, en fait, à la laisser pivoter sur elle-même en son entier. L'invention sera mieux comprise grâce au complément de description qui suit, qui décrit à titre non limitatif l'un de ses modes de réalisation en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une vue, en perspective frontale de trois quarts, d'une armature conforme à l'invention montee sur son poteau - la figure 2 est une vue, en perspective arrière de trois quarts, de l'armature représentée à la figure 1, c'est-à-dire en montage normal - la figure 3 est une vue correspondante à la figure 2 mais dans laquelle l'armature a enregistré une déformation perma nente après surcharge d'un câble - les figures 4 à 7 représentent toutes une vue de côté de l'armature montée sur son poteau avec illustrations de quatre positions de déformations permanentes croissantes. - Enfin, la figure 8 est du même type que les figures 4 à 7 mais elle illustre la déformation d'une armature du type de l'art antérieur, c'est-à-dire non conforme à l'invention. Si l'on se reporte aux figures 1 et 2, on reconnaît montée sur un poteau 1, une poutre telle que celle décrite dans le brevet français 2.466.888. Cette poutre est montée dans une chape 2 à deux oreilles 2a, 2b et elle est constituée - d'une part, d'une barre 3 en laminé marchand de forme en- L (cornière), dont on connaît parfaitement les caractéristiques mécaniques - d'autre part, dans sa partie centrale, d'un tronçon 4 de même profll mais plus court et soudé, tête-bêche, par ses arêtes sur celles de la barre 3. de telle sorte que la poutre se présente, dans son ensemble, sous la forme d'un fourreau carré central prolongé à ses extrémité par deux bras à profil en L. On ne reviendra pas ici sur les caractéristiques de résistance prédéterminée de cette poutre composite ; ces caractéristiques sont fixées, grâce aux longueurs respectives des barres 3 et 4, en fonction des charges à supporter et du seuil de fléchissement de cette poutre à l'extrémité du fourreau formé par le tronçon 4. Les câbles destinés à être ancrés sur cette poutre sont matérialisés par les trois lignes en trait mixte 5, 6 et 7 qui passent par les fers en U 8, 9, 10, boulonnés sur la poutre et servant à l'accrochage des suspensions. On remarquera que la poutre est engagée dans une double ouverture ronde, menagée en lia et 11b dans les oreilles de la chape 2. Le diamètre de cette ouverture correspond à celui du cercle circonscrit au carré formant la section du tronçon central en fourreau de la poutre. De la sorte, la poutre peut pivoter et être orientée dans cette double ouverture. Si l'on se reporte maintenant à la figure 4, on reconnaît - simplement schématisée - I'oreille 2a de la chape 2 dans l'ouverture lia de laquelle est engagée le fourreau carré 3-4 dont les angles peuvent glisser, dans le sens des flèches fl et f2, sur la tranche de l'ouverture lia. On reconnaît aussi le fer en U 10. Dans la position représentée sur la figure 4, la suspension du câble électrique 7 exerce en temps normal se tension F (figure 5) qui est quasi-horizontale dans. la mesure où les règlementations tendent à limiter la, flèche des câbles entre poteaux. Le câble fait une boucle molle entre deux suspensions adjacentes pour contourner l'armature. Lorsque le câble exerce une surcharge S, l'aile verticale de la cornière 3 devrait a priori tendre à se déplacer vers la gauche d'abord élastiquement, puis d'une façon plastique permanente lorsque cette surcharge dépasse le seuil de plasticité de sécurité prédéterminé pour l'armature. On remarquera cependant, à l'observation, que le déplacement de l'extrémité de l'armature ne s amorce pas dans le sens de la flèche F mais dans le sens d'une flèche F1 légèrement inclinée vers le bas. II convient de noter le phénomène car c'est son analyse - que l'on peut expliquer fort simplement - qui a conduit la demanderesse à la démarche permettant d'améliorer la performance d'une armature classique du type représenté à la figure 8 Bien que la force F soit horizontale, on pressent que la cornière 3 va avoir du mal à se plier dans sa direction car l'aile horizontale 3a détermine un important moment fléchissant (en termes simples, une grande raideur) de ia poutre dans cette direction ; de sorte, I'aile 3a retient l'aile 3b qui n'aurait, elle, aucune difficulté à se fléchir puisque la force s'exerce sur elle comme perpendiculairement à une lame. La théorie démontre - et i'on pressent encore - que le profilé en L constitué par les deux ailes 3a et 3b a son plus faible moment fléchissant - c'est-à-dire encore sa plus faible raideur - dans le sens, incliné a 450, de la flèche F2. Tout le monde sait en effet que, lorsque l'on plie un profilé en L, c'est en le plaçant "à plat" sur les extrémités de ses deux ailes qu'il plie le plus facilement. II est ainsi clair que ie profilé en L a tendance, lorsqu'il est sollicité en flexion, à se plier à 450 dans la direction de la bissectrice de l'angle formé par ses deux ailes, ne serait-ce qu'en raison de la symétrie qu'il présente par rapport à cette direction. En d'autres termes, quelle que soit ia direction dans laquelle le profilé est sollicite en flexion, II tend à fléchir dans la direction privi léguée de cette bissectrice, dans les mêmes conditions qu'un dériveur à quille évolue sur l'eau dans la direction de se quille quelle que soit la direction du vent qui le pousse. Dès lors, comme la force F est oblique par rapport à la direction de moindre raideur du profilé 3, et comme la force F est suffisante oour déterminer une déformation, le profilé 3 est soumis à un couple sur; torsion et il tend à pivoter, dans le sens f2 des aiguilles d'une montre, de telle sorte que le profilé vienne présenter son orientation de moindre raideur à la force qui le sollicite. De la sorte, la déformation s'amorce dans une direction F1 qui est, en fait, la résultante des divers efforts auxquels est soumis le profilé. On constate que, lorsque la surcharge augmente (figure 6), la déformation permanente du profilé continue de s'accentuer dans le sens de la diagonale d du carré formant la section centrale de l'armature, pendant que celle ci continue à pivoter dans le sens de la flèche f2. Le phénomène se poursuit, au fur et à mesure que la surcharge augmente, jusqu'à ce que la section en L du profilé se soit redressée sensiblement à 450 pour placer son fond, à angle droit, face à l'effort qui s'exerce dans le sens de la flèche F. En fait, la position finale n'est pas strictement conforme à ce qui vient d'être expliqué car ia force F ne s'exerce pas directement sur ie fond à angle droit du profilé, mais par l'intermédiaire d'un fer en U 10 et, donc, d'une façon excentrée. On se rend compte, dès lors, que le moment fléchissant du profilé 3 (en d'autres termes sa raideur) devient de plus en plus faible dans la direction de l'effort de surcharge et que, par suite, la poutre formant armature fléchit d'autant plus vite qu'elle fléchit davantage. Lorsque le câble 7 est ainsi soumis à une surcharge de givre par exemple qui détermine une augmentation de la traction F, la rotation de I'armature~ aide cette dernière à "céder" plus vite qu'une armature qui serait engagée par une ouverture carrée dans les oreilles 2a, 2b et qui ne pourrait pas tourner (tir. 8). En d'autres termes, grâce à l'invention, on réalise une poutre qui travaille conformément aux termes du calcul de sécurité dans ses conditions normales d'utilisation, c'est-à-dire pour toutes déformations élastiques. En revanche, cette poutre devient subitement de plus en plus "molle" dès que se développent des déformations permanentes, c'est-à-dire dès qu'il y a surcharge, c'est-à-dire encore dès qu'il y a risque de rupture des poteaux. On se rend ainsi facilement compte que l'on peut "traiter" avec une armature pivotante une surcharge - c'est-à-dire que l'on peut calculer une armature pivotante pour une surcharge - bien plus grande que celle que pourrait traiter une armature fixe. A titre d'exemple, on e pu constater les améliorations de performances suivantes pour les poutres de types suivants Seuil de traction Longueur Longueur Section Poutre Poutre totale tronçon central non pivotante pivotante 2.100 mm 200 mm 80 x 8 540 DAN 640 DAN 3.000 mm 250 mm 90 x 9 540 DAN 640 DAN L'exploitation des conclusions tirées de l'observation que le profilé de la figure 8 a légèrement vrillé dans le sens de la flèche fl, permet ainsi d'obtenir une amélioration spectaculaire des performances d'une armature au prix d'une très légère modification de la chape qui la soutient. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté mais elle englobe au contraire toutes ses variantes. En particulier, bien que la formule de l'armature pivotant dans une fenêtre ronde soit extrêmement simple du point de vue réalisation, on comprend bien que toute solution qui facilite le pivotement de l'extrémité de l'armature audelà du pivotement minime observé dans les situations d'encastrement total de la figure 8 peut constituer une solution parfaitement efficace et que des possibilités peuvent très bien être offerues à cet égard par le développement technologique courant. On se rend même compte qu'entre le phénomène "subi" sur la figure 8 et le phénomène "exploité" sur les figures 4 à 7, on peut moduler la façon et la loi selon laquelle la poutre pivote et se ramollit. Il est clair en effet que plus le fer en U 10 est long et plus le bras de levier qui tend tend à s'opposer au pivotement est important. De la sorte, Si l'on veut que la poutre cède "vite", il conviendra d'utiliser un fer en U "court" tandis que l'on pourra doser11 et ralentir cette évolution en allongeant plus ou moins le fer en U 10 on remarque d'ailleurs, sur la figure 7, que la poutre se stabilise en fin de déformation permanente sur un angle de pivotement qui est fonction du bras de levier sur lequel s'exerce la force F. C'est pourquoi l'invention ayant maintenant été exposée et son intérêt justifié sur des exemples détaillés, le demandeur s'en réserve l'exclusivité pendant toute la durée du brevet sans limitations autres que celles des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Procédé pour réduire l'effort de traction exercé par un câble ancré sur l'extrémité d'une poutre horizontale (3/4), - ladite poutre étant prévue pour céder, par fléchissement permanent, sous l'effet d'une surcharge(s) prédéterminée de cette traction, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'au fur et à mesure que la poutre fléchit, on réduit sa résistance à la flexion dans la direc tion dans laquelle s'exerce la traction. ce grâce à quoi la tendance au flechis sement de la poutre est accentuée au fur et à mesure que celui-ci se développe, ce qui permet, pour une structure de poutre prédéterminée, de hausser la valeur de la surcharge prédéterminée à partir de laquelle peut être amorcé sans danger le fléchissement permanent. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réduc tion de la résistance à la flexion de la poutre est réalisée par réduction du moment fléchissant de la section de la poutre dans le sens de ladite flexion, ce grâce à quoi la résistance à la flexion de la poutre diminue au fur et à mesure que son fléchissement se développe. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la réduc tion, de moment fléchissant est réalisée par réduction de section. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la ré duction de section est réalisée par pivotement de cette dernière, ce grâce à quoi il est possible de réa liser la réduction de section résistante sans modifier la section matérielle de la poutre. 5. Procédé selon la revendication 4,caractérisé en ce que le pivote ment est réalisé par déplacement relatif de deux éléments distincts constituant la poutre, I'un (3/4) pivotant dans l'autre (2), ce grâce à quoi l'élément pivotant place, de lui-même et sous l'effet de la sur charge, sa propre section dans 1'orienta- tion dans laquelle celle-ci offre la moindre résistance à ladite surcharge. 6. Poutre d'ancrage pour câble, destinée à fléchir sous l'effet d'une surcharge exercée par ce câble, ladite poutre étant caractérisée en ce qu'elle est constituée de deux parties aménagées de telle sorte que l'une (3/4) peut pivoter par rapport à l'autre (2), de telle sorte que la section de la partie pivotante puisse à tout moment s'orienter de façon à opposer son moment fléchissant minimum à la surcharge. 7. Poutre d'ancrage selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'élément pivotant de poutre est un élément distinct de l'élément constituant l'embase fixe de la poutre et que cet élément pivotant est monté dans l'élément d'embase par l'intermédiaire d'un palier (lia, 11b) dont l'axe est perpendiculaire à l'effort de traction