Brevet FR2677693A1 — publié le 19921218

Perfectionnements aux Procédés et dispositifs Pour ren- forcer le béton à la compression et aux ouvrages en bé- ton ainsi renforcés. L'invention est relative aux procédés et dispo- sitifs destinés à renforcer un élément en béton travail- lant à la compression à l'aide d'au moins une barre mé- tallique ou analogue noyée au moins en partie dans cet élément et comprimée longitudinalement entre ses deux extrémités. Cette technique permet d'amincir l'élément en béton considéré -et finalement de réduire son poids et son prix pour une valeur donnée de sa résistance à la compression ou d'accroître cette résistance pour des dimensions données dudit élément. Dans les solutions qui ont été proposées jusqu'à ce jour pour cette technique de renforcement du béton, l'une au moins des deux extrémités de la barre considé- rée déborde légèrement à l'extérieur de l'élément à ren- forcer et la compression longitudinale de la barre est exercée sur cette extrémité débordante, par rapport à l'autre, solidarisée de toute manière désirable avec une autre portion de l'élément considéré. Cette compression est engendrée notamment à l'aide d'une masse pesante reposant sur ladite extrémité si la barre considérée est orientée verticalement ou plus généralement elle est engendrée à l'aide d'au moins une armature tendue s'étendant parallèlement à la barre et dont les deux extrémités sont ancrées respectivement sur deux blocs eux-mêmes solidarisés avec les deux extrémités de ladite barre. Dans les modes de réalisation basés sur ces so- lutions, les longueurs des éléments de béton renforcés et des barres de renforcement sont modestes, et ce pour un certain nombre de raisons dont les suivantes: pour comprimer une barre en exerçant une poussée sur l'une de ses extrémités, il faut prévoir pour cette barre, du côté de cette extrémité, une sur- longueur extérieure à l'élément en béton, surlongueur qui risque de flamber lors de l'exercice de la poussée considérée sur elle, même si des moyens sont prévus pour éviter que la barre adhère à la paroi du canal qui la reçoit dans le béton, les frottements entre cette barre et cette paroi ne sont pas négligeables et réduisent de proche en proche les transferts de poussée à exploiter: c'est ainsi que, si la barre est trop longue, la poussée exercée sur l'une de ses extrémités ne la met en com- pression que sur une portion de sa longueur. L'invention a pour but, surtout, de remédier à ces divers inconvénients en permettant en particulier d'augmenter considérablement la portée des barres com- primées de renforcement du béton à la compression et de comprimer ces barres d'une manière simple et réglable avec précision, sans aucun risque de flambage, sans recours à des armatures auxiliaires et indépendamment de l'orientation desdites barres. A cet effet, les dispositifs pour renforcer un élément en béton à la compression selon l'invention comprennent encore au moins une barre résistant à la compression longitudinale logée sans adhérence dans un canal évidé dans ledit élément et ils sont essentielle- ment caractérisés en ce que l'une au moins des deux extrémités de la barre est associée à un cadre rigide logé dans une cavité de l'élément accessible de l'exté- rieur de cet élément et agencé de façon à recevoir de manière amovible un générateur de poussée, un côté de ce cadre étant agencé de façon à faire prendre appui longi- tudinalement la barre sur le béton, directement ou non, dans le sens tendant à écarter ce béton de la barre et donc à résister à une poussée exercée en sens inverse, et son autre côté étant traversé par l'extrémité de barre concernée et étant agencé de façon à coopérer avec un organe unidirectionnel permettant successivement de faire repousser longitudinalement de façon réglable ladite extrémité par le générateur de poussée, puis de bloquer cette extrémité par rapport au cadre dans le sens correspondant à la rentrée de l'extrémité dans le cadre. Dans des modes de réalisation avantageux, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des disposi- tions suivantes: l'extrémité de barre considérée est filetée, la traversée du cadre par cette extrémité filetée est effectuée avec jeu au droit d'un alésage à face lisse et l'organe de blocage unidirectionnel est un écrou vissé sur l'extrémité filetée à l'extérieur du cadre, l'organe de blocage unidirectionnel est un mors tronconique fendu à surface extérieure tronconique et à surface intérieure cylindrique propre à entourer quasi-jointivement l'extrémité de barre considérée, et la traversée du cadre par cette barre est effectuée au droit d'un alésage tronconique propre à recevoir join- tivement ledit mors, le côté du cadre opposé à celui traversé par l'extrémité de barre considérée est lui-même traversé par une extrémité d'une autre barre s'étendant dans le prolongement longitudinal de la première et coopère avec un organe de blocage unidirectionnel identique à celui précédemment mentionné, l'organe de poussée est un vérin hydraulique, le vérin hydraulique comprend une pluralité de vérins élémentaires montés en parallèle de façon à solliciter à l'écartement mutuel un carter comprenant les cylindres de ces vérins élémentaires et équipé d'une poignée et un palonnier solidaire des pistons desdits vérins élémentaires, l'ensemble du carter et du palon- nier présentant la forme extérieure d'une valise dessi- née et dimensionnée de façon à pouvoir être logée de manière facilement amovible dans le cadre avec prises d'appui du carter et du palonnier contre respectivement l'extrémité de barre à comprimer et le cadre ou l'ex- trémité contiguë d'une seconde barre à comprimer. L'invention concerne également les ouvrages en béton sollicités au moins localement à la compression et renforcés par au moins un dispositif du genre décrit ci-dessus, et en particulier: des tronçons de ponts en béton montés en en- corbellement ou porte-à-faux à partir d'une pile, tron- çons caractérisés en ce qu'ils présentent un intrados renforcé de la manière indiquée ci-dessus, des poutres en béton dont les deux extrémités reposent respectivement sur deux appuis, poutres carac- térisées en ce qu'elles présentent une portion supérieu- re renforcée de la manière indiquée ci-dessus, et des chaussées en béton caractérisées en ce qu'elles comportent, juxtaposée à une portion passive à soumettre à une compression horizontale longitudinale, au moins une portion active renforcée de la manière in- diquée ci-dessus. L'invention comprend, mises à part ces disposi- tions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire quelques modes de réalisation préférés de l'invention en se référant aux dessins ci-annexés d'une manière bien entendu non limitative. La figure 1, de ces dessins, montre en coupe un élément de béton sollicité à la compression et renforcé par un dispositif à barre comprimée établi selon l'invention. La figure 2 montre une variante également con- forme à l'invention d'une portion du dispositif de la figure 1. La figure 3 montre en coupe à plus petite échel- le un autre élément de béton renforcé par un dispositif selon l'invention comprenant plusieurs barres comprimées montées en série. Les figures 4 et 5 montrent, respectivement en coupe selon IV-IV, figure 5 et en vue en bout un vérin hydraulique conforme à l'invention pouvant faire partie des dispositifs de renforcement ci-dessus. Les figures 6, 7 et 8 montrent une portion de pont en encorbellement renforcée selon l'invention, res- pectivement en vue en plan schématique, en coupe longi- tudinale verticale selon VII-VII, figure 6 et en coupe transversale selon VIII-VIII, figure 7. Les figures 9, 10 et Il montrent une poutre en béton reposant sur appuis à ses deux extrémités et renforcée selon l'invention, respectivement en vue en plan schématique, en coupe longitudinale verticale selon X-X, figure 9 et en coupe transversale selon XI-XI, figure 9.20 Les figures 12, 13 et 14 montrent des tronçons de chaussée renforcés selon l'invention, respectivement en plan, en plan à plus grande échelle et en coupe verticale à encore plus grande échelle selon XIV-XIV, figure 13.25 D'une façon générale, on se propose d'augmenter la résistance à la compression d'un élément en béton 1 présentant une relativement grande dimension selon une direction D et se présentant notamment sous la forme d'un poteau, voile ou poutre, ledit élément présentant,30 au moins localement, une dimension relativement petite selon une direction E perpendiculaire à D et étant sol- licité à une forte compression selon cette direction D, ainsi que schématisé par des flèches F sur la figure 1. On évide à cet effet dans l'élément 1 un canal cylindrique 2 s'étendant selon la direction D, dont la section droite, de préférence circulaire, est seulement un peu plus grande que la section droite d'une barre métallique 3 résistante à la compression axiale et on loge cette barre 3 dans ce canal 2. La longueur de la barre 3 est inférieure à celle de l'élément 1 de sorte qu'aucune de ses extrémités ne déborde en dehors de cet élément. De plus, des moyens sont prévus pour faire pren- dre appui longitudinalement les deux extrémités de la barre 3 contre des portions, de l'élément 1, fortement sollicitées à la compression en direction de cette barre et pour solliciter ladite barre 3 à la compression axia- le après sa mise en place dans le canal 2. A l'une au moins 31 des deux extrémités de la barre 3, la prise d'appui en question est réalisée par l'intermédiaire d'un dispositif qui permet non seulement la prise en charge de la compression considérée, mais aussi la création de celle-ci. Ce dispositif comprend essentiellement un cadre rigide 4 logé dans une cavité 5 évidée dans l'élément 1 de façon telle que l'espace intérieur au cadre soit facilement accessible depuis l'extérieur dudit élément. L'un des côtés 41 du cadre 4 est évidé par un alésage 6 lui-même traversé par l'extrémité 31 considé- rée de la barre 3, ce qui rend possible l'application longitudinale directe d'une poussée sur cette extrémité à partir d'un vérin approprié 7 introduit de façon amo- vible à l'intérieur du cadre 4. Des moyens de blocage unidirectionnels sont prévus en outre: d'une part pour rendre possibles les légers déplacements longitudinaux de l'extrémité 31 de la barre 3 par rapport au cadre 4 dans le sens tendant à sortir cette extrémité du cadre, lors de l'application des poussées du vérin 7 sur elle, et d'autre part pour bloquer ensuite ladite extrémité par rapport au cadre 1 dans le sens de sa rentrée à l'intérieur du cadre, de façon à rendre pos- sible ensuite la détente et l'enlèvement du vérin 7. Deux modes de réalisation ont été illustrés pour ces moyens de blocage unidirectionnel de l'extrémité 31 de la barre 3. Dans le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, l'alésage 6 présente une face cylindrique interne lisse, l'extrémité 31 est filetée et peut se déplacer librement dans l'alésage 6 et un écrou 8 pré- sentant un filetage complémentaire de celui de l'extré- mité 31 est monté sur cette dernière juste à l'extérieur du cadre 4. En examinant la figure 1, on se rend compte que, dans ces conditions, l'extrémité 31 peut être repoussée vers la droite en vue d'être soumise à une compression axiale et que, pour maintenir ensuite la position rela- tive obtenue entre l'extrémité 31 et le cadre 4 en fin de compression, il suffit de visser l'écrou 8 jusqu'à obtention de son contact avec le côté 41 du cadre 4. Dans le deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 2, l'alésage 6 présente une face intérieu- re tronconique divergente vers l'extérieur du cadre 4 et l'on a entouré l'extrémité 31 alors lisse ou pratique- ment telle, par une bague fendue longitudinalement cons- tituant mors d'ancrage d'une façon bien connue en soi, ladite bague présentant une face intérieure cylindrique propre à entourer jointivement l'extrémité 31 et une face extérieure tronconique propre à être logée jointi- vement dans l'alésage 6 complémentaire. Le nombre des fentes longitudinales de ce bord est avantageusement égal à 3, de sorte que ledit mors est composé de trois clavettes identiques. L'examen de la figure 2 permet de comprendre facilement le fonctionnement d'un tel mécanisme: dans tous les cas, c'est-à-dire que le mors 9 soit enfoncé axialement dans son logement 6 ou non, il est toujours possible de déplacer vers la droite l'extrémité 31 de la barre 3; mais les déplacements de cette extrémité vers la gauche sont interdits dès que le mors 9 se trouve en sa position enfoncée. Dans un cas comme dans l'autre, on réalise ainsi un bon transfert des poussées axiales entre la barre 3 et le cadre 4 lorsque l'organe de blocage ( 8,9) est en sa position de blocage. Pour ce qui est de la prise d'appui du cadre 4 contre l'élément en béton 1, on peut l'assurer tout sim- plement, comme illustré sur la figure 1, en élargissant le côté 42 ' dudit cadre, opposé au côté 41 de façon à constituer une plaque de poussée directement noyée dans la masse de béton sollicitée à la compression. Selon une variante avantageuse, le côté 42 en question est conformé de la même façon que la côté 41 et associé, comme ce dernier, à une extrémité d'une barre disposée dans le prolongement de la barre 3 et destinée à travailler comme cette dernière à la compression. Dans ce cas, le cadre 4 peut être considéré com- me un "coupleur" entre les deux barres considérées, pro- pre non seulement à transférer les forces de compression d'une barre à l'autre, mais aussi à engendrer cette force à partir du vérin 7. C'est une telle hypothèse qui a été retenue dans la version illustrée sur la figure 3, O l'on trouve montées en série à l'aide de deux "coupleurs" 4 du genre de celui qui vient d'être décrit, trois barres 3 succes- sives disposées dans le prolongement mutuel l'une de l'autre. Il est bien entendu possible de donner au nombre desdits "coupleurs" 4 une valeur supérieure à 2, ce qui permet de travailler avec des "chapelets" de barres propres à transférer à une grande distance un effort de compression et donc de renforcer avec des barres compri- mées des ouvrages en béton présentant des dimensions très supérieures à ceux renforcés jusqu'à ce jour par cette technique, ainsi qu'il sera explicité ci-après dans le cadre de plusieurs exemples d'application. Dans de tels chapelets de barres, les deux ex- trémités de chacune des barres intermédiaires sont rac- cordées de la manière décrite ci-dessus à des cadres ou coupleurs de liaison. A chacune des extrémités d'un tel chapelet, on prévoit des moyens répartiteurs de pression qui peuvent encore être constitués par des cadres terminaux du genre de celui illustré en 4 sur la figure 1 mais qui sont de préférence constitués chacun, plus simplement, par une plaque rigide de poussée 10 (figures 1 et 3) disposée perpendiculairement à la barre terminale 3 concernée, et en juxtaposition contre son extrémité, ladite plaque étant noyée dans le béton constitutif de l'élément 1 dans une zone de celui-ci sollicitée à la compression. La plaque 10 peut être remplacée au moins en partie par une adhérence réalisée sur une longueur suffisante entre la face latérale du tronçon de barre voisin de l'extrémité considérée et la masse de béton environnante. Pour ce qui est du vérin 7, on lui donne une forme facilement manipulable et propre à être introduite de façon facilement amovible à l'intérieur du cadre 4. Dans un mode de réalisation avantageux qui a été illustré sur les figures 4 et 5, ce vérin est triple et comprend: un carter 11 évidé par trois cylindres 12 d'axes parallèles reliés par des canalisations 13 appro- priées à une source extérieure de liquide sous pression (non représentée), et un palonnier 14 solidaire de trois pistons logés de façon étanche dans les cylindres 12 et sollicités à l'enfoncement dans ces cylindres par des ressorts 16 à l'encontre de la pression hydraulique. Le carter 11 est équipé d'une poignée 17 permet- tant de manipuler facilement l'ensemble. Dans le mode de réalisation préféré illustré, le cadre 4 présente une forme rectangulaire allongée selon les directions des barres 3, de sorte que les côtés 41 et 42 sont les petits côtés du rectangle, les axes des vérins élémentaires 12,15 composant le triple vérin sont disposés parallèlement l'un à l'autre dans un même plan parallèle à la direction d'introduction de ce triple vérin dans le cadre 4 et l'ensemble dudit triple vérin se présente sous la forme extérieure d'une valise bordée sur ses deux flancs extrêmes par des plots de poussée 18 et 19 ainsi que visible sur les figures 4 et 5. Pour ce qui est des barres 3, on peut les cons- tituer par des éléments monoblocs, de préférence enve- loppés dans un tube mince de protection, notamment en acier. Mais on peut également constituer les barres 3 par des faisceaux de fils ou tiges, ronds ou non, fais- ceaux eux-mêmes enveloppés par des tubes de protection. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient finalement un dispositif comprenant au moins une barre comprimée, permettant de renforcer un élément en béton sollicité à la compres- sion, dispositif dont la constitution résulte suffisam- ment de ce qui précède. Pour mettre en oeuvre un tel dispositif, il suf- fit de prévoir dans une portion sollicitée à la compres- sion d'un élément en béton 1 à renforcer au moins un canal 2 s'étendant selon la direction de la compression et garni d'une barre 3 associée à l'une au moins de ses extrémités à un cadre 4 du genre décrit ci-dessus logé dans une cavité 5 appropriée dudit élément 1, l'autre extrémité de ladite barre 3 étant elle-même agencée de façon à prendre appui, directement ou non, sur une portion de l'élément en béton I en sens inverse de la 1 1 sollicitation à la compression de cette portion. La compression de la barre 3 est ensuite très facilement obtenue en introduisant dans le cadre 4 un vérin 7 approprié, en chargeant ce vérin de façon à exercer sur l'extrémité 31 de la barre 3 la poussée désirée, puis en bloquant la liaison entre cette barre et le cadre 4, en détendant le vérin 7 et en le déga- geant hors du cadre 4 et de l'élément 1. La compression ainsi effectuée présente de nombreux avantages par rapport à celles antérieurement proposées, notamment en ce qu'elle n'exige de recours à aucune extrémité de barre en saillie hors de l'élément en béton 1 ni à aucune armature de tension auxiliaire et surtout en ce qu'elle rend possible le raccord en série d'une pluralité de barres comprimées 3, ce qui permet de traiter des ouvrages en béton de grande longueur. Plusieurs exemples sont donnés ci-après de renforcement de tels ouvrages. Le premier exemple illustré sur les figures 5 à 8 montre un tronçon de pont en béton 20 monté en encorbellement, c'est-à-dire en porte- à-faux, sur une pile 21 et composé de voussoirs successifs 22 rapportés longitudinalement les uns contre les autres. Ce tronçon de pont comprend une dalle supérieure 23 et une voute inférieure (ou intrados) 24 qui sont entretoisées par des voiles verticaux 25. La dalle 23 qui travaille à la traction est ren- forcée d'une façon connue en soi par des armatures de précontrainte 26 et la voûte inférieure 24 est armée de barres longitudinales 27 qui sont associées à des cadres ou "coupleurs" 28 du genre décrit ci-dessus et qui sont comprimées de la manière décrite ci-dessus. Le second exemple illustré sur les figures 9 à 11 montre une poutre en béton 29 dont les deux extré- mités reposent sur deux appuis 30 et qui est composée d'un plateau supérieur 31 relié à un plateau inférieur formant intrados 32 par des voiles verticaux 33. Les voiles 33, dont la portion inférieure tra- vaille à la traction, sont renforcés d'une façon connue en soi par des armatures de précontrainte 34. Quant au plateau supérieur 31, qui travaille à la compression, il est renforcé par des barres longitu- dinales 35 comprimées associées à des cadres ou "cou- pleurs" 36 tels que décrits ci-dessus. Le troisième exemple illustré sur les figures 12 à 14 concerne une chaussée en béton 37 composée de tron- çons "passifs" relativement longs 38 entre lesquels sont interposés des tronçons "actifs" 39 plus courts. Les tronçons "passifs" 38 sont soumis à une com- pression longitudinale engendrée au niveau des tronçons actifs par des barres longitudinales comprimées 40 asso- ciées à des cadres ou "coupleurs" 41 du type décrit ci- dessus. Dans ce cas, chaque barre 40 a une extrémité associée à l'un des coupleurs 41 disposé dans un tronçon "actif" 39 et son autre extrémité est noyée de façon adhérente dans un tronçon passif 38 adjacent et vient en butée contre une plaque verticale 42 noyée dans ce tron- çon 38. Des joints appropriés 43 sont bien entendu in- terposés entre les tronçons de chaussée 38 et 39 de façon à rendre possibles leurs légères déformations mu- tuelles. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ail- leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux des modes de réalisation et d'appli- cation qui ont été plus particulièrement décrits ci- dessus; elle en embrasse au contraire toutes les variantes, notamment celles o l'une au moins des barres comprimées serait composée de plusieurs tronçons juxta-35 posés mutuellement bout à bout, les extrémités raboutées étant notamment guidées par un manchon rigide commun les enveloppant toutes les deux. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour renforcer un élément en béton ( 1) à la compression, comprenant au moins une barre ( 3) résistant à la compression longitudinale logée sans adhérence dans un canal ( 2) évidé dans ledit élément, caractérisé en ce que l'une au moins ( 31) des deux extrémités de la barre est associée à un cadre rigide ( 4) logé dans une cavité ( 5) de l'élément accessible de l'extérieur de cet élément et agencé de façon à recevoir de manière amovible un générateur de poussée ( 7), un côté ( 42) de ce cadre étant agencé de façon à faire prendre appui longitudinalement la barre sur le béton, directement ou non, dans le sens tendant à écarter ce béton de la barre et donc à résister à une poussée (F) exercée en sens inverse et son autre côté ( 41) étant traversé par l'extrémité de barre concernée et étant agencé de façon à coopérer avec un organe unidirection- nel ( 8,9) permettant successivement de faire repousser longitudinalement de façon réglable ladite extrémité par le générateur de poussée, puis de bloquer cette extré- mité par rapport au cadre dans le sens correspondant à la rentrée de l'extrémité dans le cadre. 2 Dispositif de renforcement selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que l'extrémité de barre considérée ( 31) est filetée, en ce que la traversée du cadre ( 4) par cette extrémité filetée est effectuée avec jeu au droit d'un alésage ( 6) à face lisse et en ce que l'organe de blocage unidirectionnel est un écrou ( 8) vissé sur l'extrémité filetée à l'extérieur du cadre. 3 Dispositif de renforcement selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que l'organe de blocage unidirectionnel est un mors tronconique fendu ( 9) à surface extérieure tronconique et à surface intérieure cylindrique propre à entourer quasi-jointivement l'ex- trémité de barre considérée ( 31), et en ce que la tra- versée du cadre par cette barre est effectuée au droit d'un alésage tronconique ( 6) propre à recevoir join- tivement ledit mors. 4 Dispositif de renforcement selon l'une quel- conque des précédentes revendications, caractérisé en ce que le côté du cadre ( 4) opposé à celui ( 41) traversé par l'extrémité de barre considérée ( 31) est lui-même traversé par une extrémité d'une autre barre s'étendant dans le prolongement longitudinal de la première et coo- père avec un organe de blocage unidirectionnel identique à celui précédemment mentionné. Dispositif de renforcement selon l'une quel- conque des précédentes revendications, caractérisé en ce que l'organe de poussée ( 7) est un vérin hydraulique. 6 Dispositif de renforcement selon la revendi- cation 5, caractérisé en ce que le vérin hydraulique comprend une pluralité de vérins élémentaires montés en parallèle de façon à solliciter à l'écartement mutuel un carter ( 11) comprenant les cylindres ( 12) de ces vérins élémentaires et équipé d'une poignée ( 17) et un palon- nier ( 14) solidaire des pistons ( 15) desdits vérins élémentaires, l'ensemble du carter et du palonnier pré- sentant la forme extérieure d'une valise dessinée et dimensionnée de façon à pouvoir être logée de manière facilement amovible dans le cadre ( 4) avec prises d'appui du carter et du palonnier contre respectivement l'extrémité de barre ( 31) à comprimer et le cadre ( 4) ou30 l'extrémité contiguë d'une seconde barre à comprimer. 7 Ouvrage en béton comportant une portion tra- vaillant à la compression, caractérisé en ce que cette portion est renforcée par un dispositif à barre compri- mée ( 3) et cadre ( 4) conforme à l'une quelconque des35 précédentes revendications. 8 Tronçon de pont en béton ( 20) monté en en- corbellement ou porte-à-faux à partir d'une pile ( 21), selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il pré- sente un intrados ( 24) renforcé de la manière indiquée ci-dessus. 9 Poutre en béton ( 29) dont les deux extrémités reposent respectivement sur deux appuis ( 30), selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle présente une portion supérieure ( 31) renforcée de la manière indiquée ci-dessus. Chaussée en béton ( 37) selon la revendica- tion 7, caractérisée en ce qu'elle comporte, juxtaposée à une portion passive ( 38) à soumettre à une compression horizontale longitudinale, au moins une portion active ( 39) renforcée de la manière indiquée ci-dessus.