Brevet FR2562117A1 — publié le 19851004

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour établir une continuité, au sens de la résistance des matériaux, entre deux poutres en béton armé ou précontraint en appui sur un poteau dans le prolongement l'une de l'autre mais non nécessairement alignes. Dans beaucoup de constructions, lorsque les portées entre points d'appui sont importantes, on utilise. une structure en béton armé constituée par des poutres principales reposant sur des points porteurs et supportant des poutres secondaires ou des dalles. En général, les points porteurs sont des poteaux en béton armé sur lesquels s'appuient les poutres principales. Dans de nombreux cas, pour des raisons de rapidité de réalisation, de difficulté d'étaiement, les poutres principales sont préfabriquées. Il est toujours difficile de rétablir la continuité de poutres préfabriquées en béton armé au droit des appuis. Les solutions généralement utilisées pour établir cette continuité sont - soit artisanales : acier en attente sur les pièces préfabriquées et apport de matière dans des conditions difficiles - soit d'un coût élevé : soudure de pièces metalliques incorporées, système de vis reprenant les efforts de traction, etc... Le but de l'invention est de rétablir la continuité entre deux poutres préfabriquées en béton armé ou en béton précontraint, d'une façon économique et efficace et en "orientant" la disposition des efforts en vue d'une économie globale d'acier dans les poutres par rapport à une solution traditionnelle. La solution est spécialement intéressante dans le cas où on utilise des poutres préfabriquées en béton armé par il y a non seulement économie d'acier, mais aussi- réduction des flèches et des risques de fissuration. L'invention consiste, dans son principe, à établir une liaison rigide entre les parties hautes-des deux poutres contiguës et à mettre en tension cette liaison par une pression d'écartement imposée aux poutres en partie basse. "Partie haute" et "partie basse" signifient respectivement le quart supérieur et le quart inférieur de la hauteur d'une poutre. Dans une réalisation typique, l'invention comprend - la jonction des deux poutres en partie haute au moyen d'un ou plusieurs éléments en acier - la compression des deux poutres en partie basse, au moyen d'un ou plusieurs vérins, pour mettre en tension les éléments en acier - un coulage de mortier dans l'intervalle entre les poutres, dans la région des vérins, pour encaisser les efforts complémentaires de compression au moment de la mise en charge d'utilisation des-poutres. L'invention permet d'augmenter les moments négatifs au droit de l'appui et de reprendre les efforts de traction dus à ces moments avec des profilés métalliques simples après avoir rétabli la continuité entre deux poutres contiguës. Ceci présente de nombreux avantages - poutres plus légères - section constante justifiée - diminution du poids total d'acier (ferraillage de la poutre + profilés i et surtout diminution du ferraiL- lage compliqué de la poutre, - réduction des flèches - diminution du risque de fissuration si l'on dépasse les charges normales d'utilisation. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitrons dans la description qui suit, en rférence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma d'une série da poutres dont on veut assurer la continuité selon l'invention, - la figure 2 est un schéma montrant la jonction de deux poutres - la figure 3 est un schéma analogue à celui de la figure 2 pendant la dernière phase de mise en oeuvre du procédé de l'invention -la figure 4 donne la courbe des moments dans le cas d'une poutre posée sur deux poteaux et soumise à son seul poids - la figure 5 est un schéma relatif à l'applica- tion du procédé de l'invention à cette poutre ;; - la figure 6 montre la courbe des moments de cette poutre après introduction d'un effort dans les vérins à chaque extrémité de la poutre - la figure 7 montre la courbe des moments après blocage des vérins par le mortier et application d'une charge - la figure 8 montre la courbe finale des moments dans la poutre en tenant compte de la charge et du poids de la poutre - la figure 9 montre une courbe analogue à celle de la figure 8 dans un cas particulier ;; - la figure 10 est un exemple d'un ferraillage convenant selon l'invention pour la poutre - la figure 11 est une perspective montrant le dispositif de fixation d'une poutre sur un poteau et un exemple de vérin - la figure 12 est une coupe longitudinale dans la région de la jonction de deux poutres sur un poteau - la figure 13 est une coupe transversale de l'une des poutres de la figure 11 au niveau dans la région d'extrémité de la poutre, et - la figure 14 est une coupe analogue à celle de la figure 13 mais dans la section courante de la poutre. La figure 1 montre, à titre d'exemple, une séie- de poutres préfabriquées Z11 Z2, Z3.. posées sur des poteaux A1,A2,A3... Le problème de rétablir la continuité deux poutres adjacentes se pose au droit des poteaux A2,A3,A4, etc... Selon l'invention (figure 2), après avoir posé les poutres préfabriquées Z tsur les appuis A, on dispose un profilé en acier K de façon à relier deux points B et C appartenant à l'extrémité de l'une et de l'autre de deux poutres adjacentes entre lesquelles on veut établir la continuité et l'on agit ainsi pour chaque couple de poutres adjacentes en sorte que l'on relie les points B2 et C2, B3 et C3, B4 et C4, etc...(figure 1). Les liaisons s'effectuent exclusivement aux points B et C et les barres de liaison sont quasiment libres entre ces points. On dispose un vérin V (figure 2) entre les deux poutres contiguës en partie basse des poutres, ceci pour chaque couple de poutres contiguës. On met alors en pression chaque vérin V jusqu'à un effort déterminé et on coule un patin de mortier M (figure 3) dans la région de chaque vérin V pour protéger les pièces métalliques de jonction des poutres avec le poteau et le vérin contre la rouille et contre le feu et égalément pour compléter ultérieurement l'action du vérin afin de supporter les charges de compression complémentaires au moment de la mise en charge des poutres. On détermine les efforts à introduire dans les vérins en fonction des portées et des charges qui peuvent être différentes d'une travée à l'autre, en application des règles de la résistance des matériaux. A titre indicatif, on donnera ci-après un exemple de calcul, en référence aux figures 1 à 10. soit L l'entre-axe de 2 appuis soit 1 la distance entre C n et Bn+1 soit e la distance B C soit p le poids propre d'une poutre Z au mètre linéaire (ml) soit P l'ensemble des charges d'utilisation d'une- poutre Z ramenées au mitre linéaire. (Nota : nous supposons les charges p et P constantes au mètre linéaire, mais tout autre cas de charge est compatible avec l'invention et ne fait que modifier les calculs) soit Q P + p la charge totale d'une poutre Z au ml soit d la distance verticale entre l'acier K et l'axe du vérin V soit v l'effort produit par le vérin V. Pour simplifier les calculs, on se placera dans le cas où les travées sont identiques, c'est-à-dire : L1 = L2 = L3 li = 12 = 13 On suppose également que le poids propre au mètre linéaire et les charges d'utilisation sont identiques dans chaque travée. Examinons la répartition des efforts supportés par une poutre Z dans une travée quelconque, hormis une travée de rive qui représente un cas particulier - Lorsque la poutre préfabriquée Z est posée sur deux poteaux sans étaiement et sous la simple charge de son poids propre, la courbe des moments s'établit suivant la résistance des matériaux (figure 4) - Après fixation des barres B C de liaison, si on introduit dans les vérins V à chaque extrémité de la poutre un effort v lfigure 5), ceci produit un couple v x d. La courbe des moments se modifie comme indiqué sur la figure 6. Après blocage du vérin par le patin de mortier1 on peut considérer que la continuité entre deua poutres contiguës est parfaitement rétablie. Les charges d'utiLis*- tion P sont alors appliquées et, suivant la résistance des matériaux, la courbe des moments correspondant uniquement@ aux charges P est conforme à la figure 7. Pour obtenir la courbe finale des momentsdansia. poutre Z sous charge Q = p + P, il faut "additionner" les courbes des croquis 6 et 7 et on obtient la courbe résultante de la figure 8. On constate alors que la courbe finale des moments dépend de l'effort v introduit dans les vérins V. Si on se fixe comme condition que le moment en travée M5 soit égal en valeur absolue au moment M7 dans les sections B et C de la poutre, cette condition permet inversement de déterminer l'effort nécessaire v dans les vérins (figure 9). Le calcul de la poutre s'établit alors ainsi sous charge finale Q, on calcule la poutre pour résister au moment suivant 1 1 M5 = - M7 = Q 16 = (P +p) 16 La poutre se comporte entre les points Cn et Bn+1 comme une poutre de portée réduite 1 avec un encastrement aux extrémités engendrant une égalité des moments en travée et sur appui (figure 10). Le ferraillage des poutres est calculé en tenant compte de ces conditions. Enfin, les profilés K sont calculés à partir du M6 moment M6 pour résister à l'effort G On réalise une poutre en béton armé de section très réduite, donc très légère et très peu armée, donc économique. Sa section béton armé est constante et la section des armatures est identique dans l'axe de la poutre, en partie basse et aux extrémités en partie haute (figure 10). Un exemple simple chiffré permet d'apprécier les écarts entre le calcul classique d'une poutre préfabriquée. en appui simple, en continuité ou selon l'invention Si on suppose L = 12 mètres 1 = 10 mètres c 'est-à-dire E = BC = 2 mètres En appui simple (le moment est maximal en travée) Q722 M = Q 8 = 18 Q mkg En continuité classique (le montant est maximal sur appui) 12 M = Q 12 = 12 Q mkg Selon l'invention (le moment est identique en travée et sur appui) 10 M = Q 16 = 6,25 Q mkg Dans le cas de grandes portées et de fortes surcharges qui conduiront à des poutres préfabriquées de très forte section, donc de poids propre élevé, l'effort v à exercer dans les vérins V peut s'avérer très important.On procède alors de préférence comme suit - on utilise un vérin hydraulique qui exerce la poussée nécessaire, ce qui permet de mettre en position le vérin mécanique au contact sans difficulté, le vérin hydraulique étant retiré ensuite avant de procéder au coulage du patin de mortier, ou - on dispose un étai provisoire dans l'axe de la poutre. Grâce à cet étaiement, on réduit la flèche qui s'est instaurée sous son propre poids, dans des proportions calculées ; on met alors sans effort le vérin mécanique en pression et au moment du relâchement de l'action de l'étai, il se produit dans le vérin l'effort calculé. En pratique, on choisit de préférence les points B et C, en proportion de l'entre-axe de deux axes successifs en sorte que le rapport entre la distance entre les points B et C d'une même poutre et la distance entre les deux appuis de cette poutre soit compris dans la gamme 0,7 à 0,9. On donnera ci-après, à titre indicatif, un exemple de calcul d'une poutre en supposant que l'on utilise des poutres de même portée L, de même poids p, et soumises à une même charge d'utilisation P. Les poutres sont calculées pour résister aux moments en travée et sur appui fictif î2 (I) M5 = - M7 = (P + P)16 Il faut introduire dans les vérins un effort initial Le moment total sur appui est obtenu par la formule ce qui permet de déterminer l'effort dans le ou les profilés en acier Ce sont les trois formules essentielles du calcul des poutres (I), des profilés sur appui (II) et des efforts à introduire dans les vérins lors de- la mise en oeuvre tIIIl. On peut chercher à simplifier les calculs en fixant un coefficient de réduction entre la portée L et la portée réduite l l = K L K En continuité parfaite, le moment en travée sous l'ensemble des charges Q s'écrit M = L2 Si on considère par contre la portée fictive 1, le moment en travée doit être, d'après l'invention, égal au moment aux poutres Cn et Bn + 1 1 M9 = M10 = Q 16 Il suffit pour déterminer 1 en fonction de L d'écrire l'égalité M8 = M9 = M10 1/L = 0,8164 ou 1 = 0,8164 L Si on adopte cette proportion pour la portée rdduite,les calculs se trouvent très simplifiés. Il suffit donc pour la poutre posée au départ en appui simple de rétablir la continuité donc d'appliquer un moment L2 M = p 12 donc La poutre est calculée pour résister au moment L M = (P + p) et l'effort E dans l'acier sur appui 24 est donc : E = (P+ On décrira maintenant ci-après un exemple annexé de mise en oeuvre de la présente invention, en référence aux figures 11 à 14. La figure 11 montre l'extrémité supérieure d'un poteau A, par exemple le poteau A2 de la figure 1 sur lequel on doit faire reposer l'extrémité de la poutre- Zr et- l'extrémité (non représentée sur la figure) de la poutre-2... Pour fixer la poutre Z1 sur le poteau, on utilise une cornière W qui présente des fenêtres oblongues T pour le passage de vis de fixation respectivement aux poteaux et à la poutre. Des dispositions analogues sont prévues pour la fixation de l'extrémité de la poutre Z2. L'une des deux cornières ou les deux prdsentent dans l'aile au contact d'une poutre un trou Y pour le passage d'une vis R qui est un des éléments constitutif d'un vérin. Une extrémité de la yins sera engagée dans ce trou et dans un logement fileté Y' de la face d'extrémité de la poutre contre laquelle est fixée la cornière et l'autre extrémité de cette vis porte contre l'autre cornière ou contre une plaque et un écrou est monté sur la vis pour constituer avec elle un vérin. L'extrémité de la poutre Z1 comporte dans sa face supérieure une rainure N dont une extrémité débouche sur la tranche de la poutre et dont l'autre extrémité communique avec une dépression B2pratiquée dans la poutre. La gorge N et la dépression B2sont destinées à loger une moitié d'une barre d'armature constituée d'une partie horizontale K terminée par deux crosses H. On a représenté sur la figure 12, en coupe verticale, l'extrémité de la poutre Z1 et l'extrémité de la poutre Z2 et l'on a fait apparaitre la partie de la barre K et la crosse H qui concerne l'extrémité de la poutre Z2 et l'on comprendra que l'autre extrémité de la barre K et l'autre crosse H concernent la poutre Z On n'a pas représenté le vérin sur la figure 12. Selon l'invention, on fixe d'abord les poutres Z1 et Z2 sur le poteau au moyen des cornières W, l'une des poutres étant munie du vérin ; on dispose ensuite la barre K avec ses crosses dans es dépressions correspondantes des deux poutres, on scelle la barre K avec un mortier approprié, quand ce mortier a fait prise, on agit sur le vérin pour mettre en compression les deux poutres jusqu'à la valeur choisie puis on coule du mortier de façon à recouvrir le vérin et, par exemple, jusqu'au niveau indiqué par la ligne S. Selon l'invention, on renforce les armatures de la poutre sur les bords, par exemple comme on le voit sur la coupe A-A de la figure 13 qui est une coupe transversale au niveau de la dépression F de la poutre Z2 mais, dans la zone courante de la poutre qui constitue de préférence de l'ordre de 80% de la longueur de la poutre, c'est-à-dire entre les deux dépressions de la poutre, le ferraillage peut être extrêmement réduit comme on le voit sur la figure 14 qui est une coupe transversale suivant le plan B-B de la figure 12. On voit que dans cette partie la poutre peut avoir une section en I et comporter un seul fer d'armature dans sa hauteur, de place en place. L'invention permet le calcul de la poutre comme si elle travaillait avec une portée réduite, par exemple 0,8 de la portée réelle, avec un encastrement au droit des appuis fictifs définis par la porté réduite, conduisant à une égalité des moments en travée et sur appuis fictifs. L'invention n'est pas limitée à la réalisation qui a été décrite. Dans une variante, par exemple, les logements A et B sont formés dans les faces latérales des poutres au lieu d'être dans les faces supérieures des poutres, mais ils sont toujours en partie haute. Dans une autre variante, les poutres ne comportent pas de logements et la liaison en partfe~haute est réalisée en reliant deux platines fixées aux poutres Ces platines peuvent être sur le dessus, sur les côtés-ou sur la tranche des poutres. Dans encore une autre variante, la liaison.est réalisée en soudant l'un à l'autre deux fers en attente qui dépassent du béton des poutres. REVENDICATIONS 1. Procédé pour établir une continuité entre deux poutres en béton, au sens de la résistance des matériaux, ces deux poutres étant en appui sur un poteau dans le prolongement l'une de l'autre, caractérisé en ce qu'or établit une liaison rigide entre les parties hautes des deux poutres et en ce qu'on met entension cette liaison par une pression d'écartement que ltnimpose aux poutres en partie basse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend - la jonction des deux poutres en partie haute au moyen d'un ou plusieurs éléments (K) en acier - la compression des deux poutres en partie basse au moyen d'un ou plusieurs vérins (V) pour mettre en tension les éléments en acier - un coulage de mortier (M) dans l'intervalle entre les poutres dans la région des vérins. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise un vérin mécanique. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on utilise un vérin hydraulique pour exercer une poussée sur les poutres avant de mettre en position le vérin mécanique. 5. Procédé selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'on dispose un étai provisoire dans l'axe de la poutre pour la mise en place du vérin mécanique. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour réaliser une liaison rigide entre les deux poutres en partie haute et au moins un vérin (V) pour exercer une compression sur les poutres en partie basse. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent deux logements (B,C} formés dans les poutres et un élément en acier pour relier ces logements. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en'ce que les logements (B et C) d'une même poutre sontsitués alune distance (1) telle que le rapport de cette. distance à la longueur L de la poutre entre appuis est comprise dans l'intervalle 0,7-0,9. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit rapport est voisin de 0,8. 10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que ledit élément en acier est une barre terminée à chaque extrémité par une crosse. 11. Application d'un procédé selon l'une desrevendications 1 à 5 ou d'un dispositif selon l'une des revendications 6 à 10 à des poutres ayant un ferraillage plus important aux endroits des extrémités que dans la section courante de la poutre. 12. Application selon la revendication 11, caractérisée en ce que la section courante de la poutre a une forme en I.