Brevet FR2627526A1 — publié le 19890825

L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une structure mixte comprenant d'une part une partie métallique utilisée essentiellement pour supporter des contraintes de traction, d'autre part une partie en béton solidarisée etroitement avec ta partie métallique et utilisée essentielLement pour supporter des contraintes de compression et etant en état de précontrainte dans sa dimension longitudinale. On sait que les métaux, et principalement L'acier largement utilisé dans de nombreuses constructions et dans de nombreux ouvrages (planchers de bâtiment, pont...) ont une résistance élevée à La traction et à la compression. Mais, en pratique, L'acier est employé dans les constructions sous forme de tôles minces ou de profils élancés qui supportent mal Les efforts de compression. Le béton a une bonne résistance à la compression et une résistance faible à la traction. On a donc été conduit à réaliser des structures mixtes comprenant des poutres métalliques ayant une membrane destinée à être tendue, c'est-à-dire à travailler à la traction, et une autre membrane qui est étroitement solidaire d'une dalle en béton faisant aussi partie de la structure et destinée à etre comprimée, c'est-à-dire à travaitler à la compression. Classiquement, jusqu'à présent, la sol i- darisation de La partie en béton avec la partie métallique resulte de d'adhérence du béton au métal, étant donné que la première est coulée directement sur La seconde apres adjonction du coffrage habituel là ou il est nécessaire. Mais, selon Le signe des moments fléchissants, en particulier pour les poutres continues, il arrive que certaines parties de la dalle en beton soient soumises à des contraintes de traction ; -il en résulte des risques de fissuration. On élimine habituellement ce risque en mettant la dalle en béton en état de précontrainte, apres son durcissement et, par conséquent, apres sa coulée directement sur la partie métallique de la structure, c'est-à-dire lorsque l'adhérence s'est établie entre Les deux parties. La précontrainte imposée à la dalle en bêton est faite dans sa dimension longitudinale selon une technique bien connue qu'il n'est pas nécessaire de décrire. Du fait de l'adhérence du bêton avec l'acier, une fraction importante de la précontrainte est communiquée à la partie en acier. Quand cette dernière est composée de poutres en I, ou en caisson, comme c'est généralement le cas, Les membrures supérieures qui adhèrent au bêton supportent cette précontrainte transmise mais les âmes des poutres ont tendance à se voiler ou à se plisser. L'invention a pour but principal d'apporter un procédé de fabrication d'une structure mixte bêton-métal qui élimine totalement toute transmission de la précontrainte de la partie en bêton à la partie en métal et, en conséquence, tout risque de déformation indésirable de cette partie en métal. Pour fabriquer une structure mixte telle que définie plus haut,- on réalise la partie métallique de la structure avec une face supérieure qui supportera la poutre en béton, on ajoute le coffrage nécessaire et, selon un premier aspect de l'invention, on enduit ladite face supérieure d'une couche de matière d'anti-adhérence, on coule la partie en béton, et on la laisse se solidifier, on met cette partie en état de précontrainte dans le sens désiré selon la technique connue en soi, puis on ancre solidement la partie en béton à la partie métallique. La matière d'anti-adhérence utilisée est constituée par toute matière compatible avec le béton et avec le métal, capable de s'opposer au contact direct entre le métal et le béton jusqu'à la solidification de ce dernier. A titre d'exemple, on peut citer la graisse, la peinture, une feuille de matière plastique, une couche de revêtement en matière plastique. L'ancrage de la partie en béton à la partie métallique peut être réalisé à l'aide de boulons traversant à la fois la partie en béton et une zone de la partie métallique, ou de goujons fixés à la partie métallique et noyés dans une région à remplissage différé de la partie en béton, ou à l'aide de plaques fixées à la face inférieure de la partie en béton et soudées ensuite à la partie métallique. Selon un second aspect de L'invention, on coule la partie en béton indépendamment et séparément de La partie métallique, soit en totalité, soit par tronçons et on laisse solidifier ; ensuite, on met en place La partie en béton sur La face supérieure de la partie métallique, on met cette partie en béton en état de précontrainte puis on L'ancre solidement à ta partie métallique. Les mêmes moyens d'ancrage que ceux mentionnés ci-dessus peuvent être utilisés. Le second aspect du procédé de l'invention admet une variante de mise en oeuvre selon Laquelle avant la mise en place de la partie en béton sur la face supérieure de La partie métallique, on dépose sur cette face supérieure une couche d'une résine à polymérisation lente, on met en place la partie en béton sur cette couche de résine, on met cette partie en béton en état de précontrainte, on laisse la résine se polymériser en totalité. Avec cette variante la résine pplymérisée sert de moyen d'ancrage de la partie en béton à la partie métallique. On entend donc ici par polymérisation Lente une durée de polymérisation suffisamment longue pour que la solidarisation de la partie en béton et de la partie métallique ne se produise pas avant que la mise en état de précontrainte de la partie en béton soit terminée. L'invention sera mieux comprise à l'aide de La des ration détaillée qui suit, donnée en référence aux dessins annexés, à titre d'exemple indicatif et non limitatif. Dans ces dessins : - la figure 1 est une vue schématique partielle d'une structure mixte réalisée selon le procédé de l'invention, - la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale selon 2-2 de ta figure 1 d'une structure mixte réalisée par coulage en place selon le premier aspect de l'in vention ; - la figure 3 montre une vue schématique d'un mode d'ancrage d'une dalle précontrainte en bêton à une poutre métallique, selon L'invention ; - la figure 4 montre une variante du mode d'ancrage d'une dalle en bêton précontraint à une poutre métallique ;; - la figure 5 montre une autre variante de réalisation de l'ancrage d'une dalle en béton précontraint à une poutre métallique. En se référant tout d'abord à la figure 1, on voit une structure mixte en béton et en métal désignée par la référence générale 1 qui peut faire partie d'un pont ou d'un plancher d'un bâtiment. Cette structure mixte 1 réalisée selon le procédé de I' invention comprend d'une part une partie métallique 2 ayant des poutres 3 et d'autre part une dalle 4 en béton précontraint qui est disposée sur Les poutres 3 et auxquelles elle est solidement ancrée par des moyens d'ancrage que l'on décrira plus loin. Dans l'exemple décrit ici, les poutres 3 sont des poutres profilées du commerce du type IPE ou IPN ayant une membrure supérieure 5 et une face supérieure pante 6. La figure 2 illustre le premier aspect de l'invention selon lequel la dalle 4 est réalisée directement sur la partie-métallique 2 préalablement mise à sa place définitive. Après exécution du coffrage nécessaire, de façon connue en soi, on enduit selon le procédé de l'invention la face supérieure 6 des membrures 5 d'une couche de graisse 8 dont le rôle est d'empêcher L'adhérence du béton avec le métal des poutres. La couche de graisse 8 a une épaisseur suffisante pour que pendant la coulée du béton frais qui a lieu ensuite, ce béton ne vienne pas en contact avec les poutres 3. Ainsi qu'il est habituel, des gaines 9 sont noyées dans l'épais- seur de la dalle 4 pour le passage des câbles de précontrainte 10. Après un durcissement suffisant du béton, la dalle 4 est mise en état de précontrainte à l'aide des câbles 10, de la façon habituelle, et c'est ensuite que, selon l'invention, la dalle 4 est ancrée à La partie métallique 2. La figure 3 montre que l'ancrage est réalisé à l'aide de boulons 11 traversant les ailes supérieures 3A des poutres 3 et la totalité de l'épaisseur de La dalle 4 précontrainte. A cet effet des trous 12 sont percés dans les ailes 3A et des trous 13 correspondant sont ménagés dans la dalle 4 pendant la coulée du béton. Ces derniers trous 13 ont un élargissement 14 du côté de La face supérieure de La dalle 4 pour la réception de la tête des boulons 11. La figure 4 montre une variante de réalisation de L'ancrage de la daLle 4 précontrainte à la partie métallique 2. Des goujons 15 sont préalablement soudés à la face supérieure 6 des ailes 3A, de loin en loin, avec un pas prédéterminé ; ces goujons 15 ont une hauteur au plus égale et de préférence inférieure à L'épaisseur envisagée de La dalLe 4. Au moment de La coulée du béton composant cette dernière une cavité 16 exempte de béton est réservée à L'emplacement de chaque paire de goujons 15 à une dimension suffisante en sens transversal pour que, pendant la mise de la dalle en état de précontrainte, cette dalle ne vienne pas en contact avec les goujons 15. Après exécution de L'opération de précontrainte, on remplit de béton frais ISA chaque cavité 16, de telle sorte que les goujons 15-sont noyés dans l'épaisseur de La dalle 4. Bien évidemment les gaines 9 de passage des câbles 10 sont prévues en dehors de la situation des goujons 15 et des cavités 16. La figure 5 montre une autre variante selon laqueLle les goujons15 ne sont pas fixés directement aux poutres métalliques 3 mais à une plaque intermédiaire métallique 17 qui repose sur la face supérieure 6 de La partie métallique 2 de la structure mixte. Par conséquent les goujons 15 sont fixés à la face de la plaque intermédiaire 17 qui est tournée vers La dalle 4. On peut concevoir, en relation avec chaque poutre 3, une plaque 17 qui s'étend sur toute la longueur de la face supérieure 6 de chaque poutre d'où il résulte que la dalle 4 n'est nulle part en contact avec cette face supérieure 6. On peut concevoir aussi que chaque plaque intermédiaire 17 a une longueur limitée et qu'il existe de nombreuses plaques intermédiaires 17 porteuses chacune d'au moins un goujon 15 et espacées d'un pas déterminé dans le sens de la longueur des poutres 3.Dans ce cas, la dalle 4 est en contact avec la face supérieure 6 de chaque poutre 3 dans les zones de séparation entre les plaques espacées 17. Dans ces zones de séparation, La face supérieure 6 est enduite de matière d'antiadhérence avant la coulée du beton directement sur la partie métallique 2 comme expliqué plus haut. Au contraire, dans Le cas évoqué ci-dessus, quand chaque plaque intermédiaire 17 couvre toute la face supérieure 6 d'une poutre 3 correspondante, il n'est plus nécessaire d'utiliser une matière d'anti-adhérence. En sens transversal, chaque plaque intermédiaire 17 a une largeur au moins égale, et de préférence, supérieure comme sur la figure 5, à La largeur des ailes supérieures 3A sur lesquelles elle repose. Après mise en état de précontrainte de la dalle 4, chaque plaque intermédiaire 17 est réunie à la poutre 3 qui la supporte, de préférence par des cordons de soudure 18 ou par des moyens de fixation équivalents comme des boulons. Selon un second aspect de l'invention, ainsi qu'on l'a déjà dit, la dalle 4 peut être réalisée en dehors de la partie métallique 2, soit en une seule pièce, soit en plusieurs tronçons à assemblér ensuite après leur mise en place sur la partie métallique 2.Quand la dalle 4 est réalisée en une seule pièce, elle peut être mise en place sur la partie métallique 2 par une opération de glissement. L'opération de précontrainte de cette dalle peut avoir lieu soit avant, soit après sa mise en place sur la partie métallique 2. Quand la dalle 4 est réalisée en tronçons successifs dans le sens de sa Longueur, il est préférable que L'opération de précontrainte ait Lieu après ta mise de ces tronçons sur La partie métallique 2, la précontrainte servant aussi à les tenir assemblés. Selon ce second aspect de L'invention, L'emploi d'une matiére d'anti-adhérence n'est plus nécessaire. Les moyens d'ancrage restent nécessaires. On remarquera que tous les exemples de moyens d'ancrage des figures 3 à 5 sont applicables aussi pour ancrer à La partie métallique 2 la partie en bêton précontraint réalisée séparément, en totalité ou par tronçons, en dehors de la partie métallique 2. Bien entendu, de nombreux moyens d'ancrage équivalents à ceux qui ont été décrits ci-dessus, peuvent être utilisés sans que l'on sorte pour autant du cadre de L'invention. Quand on met en oeuvre l'un ou L'autre des deux aspects de L'invention toute adhérence de La datte en béton avec la partie métallique 2 de la structure mixte 1 est supprimée pendant L'opération de mise en état de précontrainte de cette dalle ; par conséquent il n'existe plus aucun risque de transmission indésirable de l'une à L'autre des effets de la précontrainte. L'invention couvre aussi toute structure mixte obtenue par la mise en oeuvre du procédé décrit plus haut ; elLe couvre également toute partie métallique 2 préparée en vue de la mise en oeuvre du procédé de l'invention et de la réalisation d'une structure mixte conforme à l'invention, par exemple avec une face supérieure 6 munie de moyens d'ancrage tels que des goujons 15, ou couverte d'une couche de matière d'anti-adhérence, ou d'une couche de matière plastique à polymérisation lente destinée à servir de moyen d'ancrage. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une structure mixte (1) comprenant -une partie métallique (2) utilisée essentiellement pour sopporter des contraintes de traction, une partie en béton (4) solidarisée étroitement avec la partie métallique (2) et utilisée essentiellement pour supporter des contraintes de compression et étant en état de précontrainte dans sa dimension longitudinale, selon lequel on réalise la partie métallique (2) de la structure (1) avec une face supérieure (6) qui supportera la partie en béton, on ajoute le coffrage nécessaire, caractérisé en ce que, on enduit ladite face supérieure (6), au moins dans les zones qui seront en contact avec La partie en béton (4), d'une couche de matière d'antiadhérence (8), on coule la partie en béton (4), on' La laisse se solidifier et on la met en état de précontrainte dans le sens désiré selon la technique connue en soi, on ancre solidement à l'aide de moyens d'ancrage (11 ; 15,15A ; 15,17,18) la partie en béton (4) à la partie métallique (2). 2. Procédé de fabrication d'une structure mixte (1) comprenant une partie métallique (2) utilisée essentiellement pour supporter des contraintes de traction, une partie en béton (4) solidarisée étroitement avec la partie métallique (2) et utilisée essentiellement pour supporter des contraintes de compression et étant en état de. précontrainte dans sa dimension longitudinale, selon lequel on réalise la partie métallique (Z) de la structure (1) avec une face supérieure (6) qui supportera la partie en béton, caractérisé.en ce qu'on coule la partie en béton (4) indépendamment et séparément de la partie métallique (2), soit en totalité, soit par tronçons dans le sens de la longueur, on la laisse se solidifier et on la met en place sur la face supérieure (6) de la partie métal lique (2) soit avant, soit après mise en état de précontrainte de ladite partie en béton (4), on ancre solidement à l'aide de moyens d'ancrage (11 ; 15,15A ; 15,17,18) la partie en béton (4) à la partie métallique (2). 3. Procédé de fabrication d'une structure mixte (1) comprenant une partie métallique (2) utilisée essentieLLement pour supporter des contraintes de traction, une partie en béton (4) solidarisée étroitement avec la partie métallique (2) et utilisée essentiellement pour supporter des contraintes de compression et étant en état de précontrainte dans sa dimension Longitudinale, selon Lequel on réalise la partie métallique (2) de la structure (1) avec une face supérieure (6) qui supportera la partie en bêton, on ajoute Le coffrage nécessaire, caractérisé en ce qu'on dépose sur ladite face supérieure (6) de la partie métallique (2) au moins une plaque intermédiaire métallique (17) pourvue sur sa face supérieure tournée vers la partie en béton (4) de moyens d'ancrage (15) et couvrant la totalité de ladite face supérieure (6), on coule la partie en beton (4), on la laisse se solidifier et on la met en état de précontrainte dans le sens désiré selon la technique connue en soi, on réunit fermement la plaque intermédiaire métallique (17) à la partie métallique (2) par des moyens de fixation (18). 4. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'on utilise comme moyen d'ancrage une couche de résine à polymérisation lente que L'on étale sur ladite face supérieure (6) de la partie métallique (2) avant la mise en place sur celle-ci de la partie en béton (4). 5. Procédé selon L'une quelconque des revendications 1, 2 caractérisé en ce qu'on utilise comme matière d'antiadhérence une matière choisie entre de la graisse, de la peinture, une matière plastique en feuille ou en couche de revêtement. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 caractérisé en ce qu'on utilise comme moyens d'ancrage des boulons (11) traversant la partie en béton (4) et une zone de la partie métallique (2). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1,2 caractérisé en ce que, pour la réalisation des moyens. d'ancrage, on fixe des goujons (15) à ladite face superieure (6) de la partie métallique (2), on coule la partie en bêton (4) en réservant en correspondance avec L'emplacement des goujons (15) une cavité (16) que l'on remplit de béton frais (15A) lorsque la partie en béton (4) est en place à L'état précontraint sur la partie métallique (2). 8. Procédé selon la revendication 6 appliqué à une partie métallique (2) comprenant des poutres (3) à ailes supérieures (3A) caractérisé en ce que les boulons (11) traversent lesdites ailes (3A) et sont contenus dans l'épaisseur de la partie en bêton (4). 9. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'ancrage sont des goujons (15) fixés à la face supérieure (6) tournée vers la partie en béton (4) et de longueur au plus égale à l'épaisseur de cette partie en bêton (4). 10. Structure mixte ayant une partie métallique inférieure (2) et une partie supérieure (4) en béton précontraint solidaires l'une de l'autre, caractérisée en ce qu' elle comprend des moyens d'ancrage (11 ; 15,15A ; 15,17,18) réunissant solidement L'une à l'autre ces deux parties. 11. Partie métallique (2) ayant une face supérieure (6) destinée à la réalisation d'une structure mixte à partie métallique inférieure (2) et à partie supérieure en béton précontraint (4) reposant sur ladite face supérieure (6), caractérisée en ce que cette face supérieure (6) est munie de goujons d'ancrage (15) pour servir à réunir fermement-l'une à L'autre les deux parties (2,4) de ladite structure.