Brevet FR2566122A1 — publié le 19851220

La présente invention concerne les ponts et structures analogues dans lesquelles un élément porté (tablier) est en appui contre un élément porteur (pile ou culée). Pour de telles structures, la connaissance de la réaction d'appui de l'élément porté sur l'élément porteur, ainsi que son évolution dans le temps est hautement souhaitable. Elle peut permettre en effet de porter un diagnostic sur l'état de l'ouvrage et de détecter d'éventuelles anomalies ou tout autre défaut entraînant une variation de la réaction d'appui, soit sur une me ligne d'appui, soit sous un seul appui de cette ligne d'appui. Dans tout ce qui suit, pour simplifier l'exposé, on ne parlera plus que des réactions d'appui d'un pont dont le tablier repose sur des piles, mais il doit être entendu que la portée de l'invention est générale comme on l'a exposé ci-dessus. Dans l'état actuel de la technique, la déter inination des réactions d'appui de ponts n'est ni courante ni facile. Pour les ouvrages de faibles dimensions, on peut chaque fois que l'on veut connaître la réaction d'appui soulever le tablier du pont sur vérins pour effectuer la pesée de la réaction d'appui. Pour pratiquer une telle méthode, on ménage dans la structure des emplacements ou logements destinés à recevoir des vérins de soulèvement (niches à vérins). Une telle méthode est difficilement praticable pour des ouvrages importants, alors que c'est précisément sur les grands ponts qu'il est particulièrement intéressant de déterminer et de suivre toutes les réactions d'appui. Selon une autre méthode, voisine de la précédente, on incorpore à la structure des appuis dy namométriques susceptibles de se comporter comme des vérins hydrauliques de soulèvement sous l'effet d'une pression hydraulique appliquée. Enfin, dans certains cas où l'on utilise des appareils d'appui avec elastomères confinés, on peut mesurer la pression de l'élastomère , ce qui permet de suivre indirectement la réaction d'appui. Par rapport à un tel état de la technique, la présente invention propose un nouveau procédé pour la mesure des réactions d'appui ne présentant pas les inconvénients des méthodes antérieures. Selon l'invention, on interpose à la construction entre le tablier et la pile d'un pont, un bloc préconstitué d'appui et de pesage, ce bloc d'appui en béton armé incorporant un appareil de mesure de contraintes et constituant à demeure à la fois un élément de-structure du pont terminé et un élément de mesure de la réaction d'appui. L'appareil à mesurer les containtes à utiliser de préférence au sein du bloc est très avantageusement du type connu dit "contraintemètre". I1 s'agit d'un extensomètre à corde vibrante logé dans un cylindre en acier, trapu et rigide. Lorsqu'un tel appareil est noyé dans le béton, après prise de ce dernier, il s'y comporte comme une inclusion dynamométrique, et sa corde vibrante en acier spécial disposée dans l'axe du cylindre en acier, change de longueur selon les contraintes qui lui sont appliquées. De ce fait,lorsqu'on l'excite par une bobine à induction, sa fréquence de vibration varie. C'est la mesure de cette fréquence qui est représentative des contraintes appliquées. Les figures 1 et 2 illustrent très schématiquement en vue de dessus et en coupe verticale axiale, selon la ligne de coupe IE-II de la figure 1, un tel contraintemètre de la technique antérieure. il s'agit d'un cylindre en acier, 10, dans l'épaisseur duquel sont ménagés un passage axial central 20, et deux logements radiaux 30 débouchant dans le passage central 20. Une corde vibrante en acier, 50, est montée dans l'axe du bloc 10 et du passage 20, à l'aide d'ensembles 51 de réglage et de blocage de la corde vibrante ; les ouvertures du passage 20 sont fermées par des bouchons d'étanchéité. Les logements 30 reçoivent une bague isolante 30a, une bobine électrique 31 munie d'un noyau plongeur 32 dont l'extrémité est voisine de la corde vibrante 50. Chaque logement 30 est obturé par un système d'étanchéité 35 (représenté seulement à droite de la figure 2). Des fils électriques (non représentés) traversent les systèmes 35 et relient les bobines 31 à l'extérieur. L'entretien en vibration et la détection de fréquence se font de la manière suivante : l'une des bobines 31 est excitée et met en vibration la corde vibrante 50. L'autre bobine est le siège d'une force électromotrice induite et sert à detecter la fréquence de vibration de la corde vibrante 50. On comprend facilement que la mesure de la fréquence est représentative de la déformation du cylindre sous l'effet des contraintes qu'il subit. Dans tout ce qui suit l'extensomètre à courte corde vibrante représenté aux figures 1 et 2 sera dit contraintemètre. Un tel appareil, bien connu en lui-même est plus complètement décrit dans un article intitulé "le contraintemètre" - appareil pour la mesure directe des contraintes dans les bétons et ma tériaux sujets à fluage et retrait par CH.BONVALET Revue Française de Mécanique, nO 71-1979, article auquel on pourra se reporter et qui est cité ici à titre de référence incorporée au texte de la présente demande. Le bloc d'appui et de pesage selon l'invention est constitué par un bloc de béton armé, de forme cylindrique parallélépipédique comportant une face supérieure d'appui et une face inférieure de scellement. Dans l'axe central de ce bloc, dans une cheminée verticale libre d'armature, est monté un contraintemètre du type précité, dans un positionnement rigoureux prédéterminé par rapport à la face appui. De préférence, la face d'appui est matérialisée par une plaque d'appui, le bloc étant réalisé par coulée de béton sur une telle plaque, le contrain mètre étant positionné par rapport à la plaque à l'aide d'un gabarit de montage. Lors de la mise en place du bloc d'appui et de pesage selon l'invention, la face supérieure d'appui est appliquée contre l'appareil d'appui du tablier du pont, à l'aide de vis de réglage, et, dans cette position du bloc, la face de scellement est scellée à la pile du pont, de préférence à l'aide d'un mortier liquide sans retrait, ou moyen analogue. Les armatures du bloc sont choisies pour lui permettre de reprendre des efforts correspondant à la totalité de la réaction d'appui, qui peut aller par exemple jusqu'à 2200 tonnes. Les dimensions du bloc et le choix des armatures sont déterminés en conséquence. il est important que la cheminée centrale verticale précitée soit ménagée dans l'axe du bloc pour que le contraintemètre se trouve placé hors du champ de contraintes spécifiques déterminées par les armatures. Selon une autre caractéristique de l'invention, le bloc d'appui et de pesage est pré-étalonné en atelier, après prise et séchage du béton, de telle sorte que l'on sait, avant même sa mise en place entre le tablier et la pile d'un pont quelle est la signification des indications du contraintemètre en termes de réaction d'appui. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description détaillée qui va suivre en se référant aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif. Sur les dessins annexés, les figures 1 et 2 ayant déjà été dénies à propos de la technique antérieure - la figure 3 représente schématiquement, en vue transversale, la prise d'appui du tablier d'un pont ferroviaire sur une pile, par l'intermédiaire de blocs d'appui -et de pesage selon l'inven- tion - la figure 4 représente un détail de la figure 3 - la figure 5 représente en vue de dessus un bloc selon l'invention montrant le détail des armatures - la figure 6 représente une coupe selon la ligne VI-VI de la figure 5 ; - la figure 7 est une vue de dessous et la figure 8 une vue de côté du bloc selon l'invention ; - les figures 9, 10, 11 représentent selon deux coupes verticales axiales orthogonales et sélon une coupe transversale la réalisation du bloc par coulée de béton sur la plaque d'appui associée au gabarit de mise en place du contraintemètre. Sur les figures I et 2, on voit le tablier T d'un pont ferroviaire reposant par deux appareils d'appui A sur une pile P. Le tablier comporte deux appareils d'appui A. Entre chacun des appareils A et la pile P est interposé un bloc 100 en béton armé selon l'invention, qui assure à la fois un rôle de structure et un rôle de détermination de la réaction d'appui. Chaque bloc d'appui 100, dont le volume est 3 de l'ordre de 0,5 m3, comporte une face supérieure d'appui 101 et une face inférieure de scellement 102 munie de vis de réglage 103 qui peuvent être plus au moins vissées dans des douilles noyées dans le béton. Au montage (figure 2), la face d'appui 101 de chaque bloc 100 reçoit l'appareil d'appui A et l'ensemble est plaqué contre le tablier à l'aide des vis de réglage 103 et la face de scellement 102 est réunie à la pile par scellement au mortier liquide M sans retrait. On va maintenant décrire la structure interne d'un bloc selon l'invention. Un tel bloc représenté aux figures 5,6,7 et 8 se présente essentiellement comme un bloc de béton de forme parallélépipédique à section carrée et à coins tronqués, armé par des armatures Al, A2, A3, A4, A5 dont la forme apparaît sur les figures 5 et 6. il faut noter que les armatures A5 constituent des oreilles de manutention. A sa face supérieure d'appui 101, le bloc comporte une plaque ou platine 105 en tôle d'acier rabotée et sablée sur sa face externe. Au centre du bloc est incorporé un contraintemètre, 10, du type précité. Tout autour du contraintemètre, est ménagée dans le bloc une cheminée exempte d'armature, 120, et hors du champ de contraintes spécifiques des armatures. Par ailleurs, le bloc est relié à la platine ou plaque d'appui par un gabarit 130. Les figures 9, 10 et 11 représentent la réalisation du bloc par coulée du béton (la figure 9 étant une coupe selon la ligne de coupe IX-IX de la figure 11, et la figure 10 une coupe selon X-X). Pour ce faire, on met en place à lthori zontale la plaque ou platine 105. Un gabarit métal lique 130 est soudé à cette platine, comportant des montantsverticaux 131 et des longerons horizontaux 132. Le gabarit 130 est entouré des armatures, et il définit ainsi la dimension de la cheminée verticale 120 exempte d'armatures. Enfin, le gabarit 130 comporte des supports diaqonaux 134, dont l'un au moins,134a, est monté à pivotement. Ces supports sont là pour coopérer au maintien du contraintemètre 10 avec un épaulement 12. Plus précisément, on fait pivoter autour de son axe 134b le support 134a, on introduit le contraintemètre de telle sorte que les trois supports fixes 134 viennent soutenir l'épaulement 12 du contraintemètre, et on rabat, comme représenté sur la figure 11, le support 134a dans l'épaulement 12. Le contraintemètre est ainsi maintenu en place de façon rigoureuse par rapport à la plaque. On met ensuite en place les armatures tout autour de l'ensemble du gabarit et du contraintemètre, et on coule du béton, avec une légère vibration, dans un coffrage (non représenté) dont le fond est constitué par la plaque 105. Aprèsprise du béton et démoulage, on obtient un bloc que l'on laisse sécher. Le contraintemètre 10 est étroitement incorporé au béton sous forme d'inclusion rigide. Bien entendu, les fils électriques de mise en oeuvre des circuits du contraintemètre sortent du bloc. On peut procéder ensuite en atelier à l'é- talonnage de ce bloc, c'est-d-dire à 'étalonnage du contraintemètre en fonction de la charge du béton. En service, comme représenté aux figures 1 et 2, les blocs sont mis en place entre les appareils d'appui A d'un pont et sa pile P. Les fils électriques sortant du bloc permettent, à intervalles réguliers, par exemple tous les trimestres de venir mesurer la réaction d'appui du pont, en excitant la corde vibrante du contraintemètre, en mesurant la fréquence, et en se reportant aux résultats de l'étalonnage réalisé en atelier. L'invention s'applique aux ponts, particulièrement aux ponts ferroviaires pour des rames à grande vitesse qui nécessitent une surveillance particulièrement serrée. Mais, comme on l'a dit, l'invention n'est pas limitée à cette application. D'autre part, il doit être entendu que le contraintemètre est un exemple préférentiel de la réalisation d'un extensomètre à courte corde vibrante, et que d'autres systèmes à corde vibrante peuvent être incorporés au bloc sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Un procédé de détermination in situ de la réaction d'appui d'un ouvrage notamment d'un pont, caractérisé par la combinaison des opérations suivantes: a) on préconstitue en atelier un bloc en béton armé(100)incorporant à titre d'inclusion un appareil de mesure de contraintet10); b) après prise et séchage du béton, on étalonne ledit appareil en appliquant au bloc des contraintes d'étalonnage variables; c) on incorpore en permanence à la construction entre l'élément porteur P (pile) et l'élément porté T (tablier) d'un ouvrage lendit bloc préconstitué de telle sorte qu'il constitue un élément de structure de l'ouvrage soumis à la réaction d'appui; d) on saisit les indications de l'appareil de mesure de contraintes(10),et on en tire la réaction d'appui à l'instant de la mesure. 2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc(100)a une forme parallélé pipêdique à section carrée comportant des armatures internes (A1,A2,A3,A4,A5) dégageant une cheminée cen trale(120)1dans laquelle est monté l'appareil de mesure de contrainte(10)par l'intermédiaire d'un gabarit support(130) positionnant rigoureusement l'appareil au sein du bloc. 3. Un procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'appareil de mesure (10) de contraintes est un extensomètre à courte corde vi branté constitué par un bloc d'activer sensiblement cylindrique, dans l'axe duquel est montée une corde vibrante (50 > 4.Un procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour la fabrication du bloc, on positionne rigoureusement l'appareil de mesure de contraintes (10) sur un gabarit (130), lui-même relié à une plaque de base (105), on dispose les armatures (A1 à A5) par rapport à la plaque de base (105), au gabarit (130) et à l'appareil (10) en dégageant une cheminée (120) libre de l'influence des armatures, on coule le bloc sur la plaque de base en laissant sortir du bloc coulé les fils électriques nécessaires à l'excitation de la corde vibrante et à la mesure de sa fréquence. 5. Un procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'on met en place le bloc (100) sur l'ouvrage à l'aide d'un ensemble de réglage à vis, pour assurer un bon contact entre la face supérieure (101) du bloc et l'élément porté (A), alors que l'on scelle à l'aide d'un mortier la face inférieure (102) du bloc sur l'élément porteur (P) de l'ouvrage. 6. Un bloc d'appui et de pesage en béton armé (100) pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il se présente comme un volume de béton armé muni d'armatures (Al à A5), les armatures dégageant une cheminée centrale (120), un appareil de mesure de contraintes (10) étant monté dans cette cheminée centrale, le positionnement dudit appareil par rapport au bloc étant réalisé à l'aide d'un gabarit de montage (130). 7. Un bloc d'appui et de pesage selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'appareil de mesure de contraintes (10) est un extensomètre à corde vibrante du type contraintemètre. 8. Un bloc d'appui et de pesage selon l'une des revendications 6 et.7, caractérisé en ce que le bloc (100) comporte une plaque d'appui (105) à sa face supérieure (101). 9. Un bloc d'appui et de pesage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le gabarit (103) supportant l'appareil est soudé à la plaque appui (105). 10. Un bloc d'appui et de pesage selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé par des ensembles de réglage à vis (103) sur sa face inférieure (102).