Brevet FR2724404A1 — publié le 19960315

La presente invention est relative à un procédé de renforcement d'une poutre en béton pour augmenter sa résistance à une charge transversale, et également à un procédé de renforcement d'un ouvrage comportant une pluralité de telles poutres en béton, situées dans un même plan. La présente invention a été mise au point à l'occasion d'un problème de renforcement de pont, mais elle peut s'appliquer à d'autres cas, lorsqu'on désire augmenter la résistance d'une poutre à une charge transversale, soit parce que sa résistance s'est dégradée avec le temps, soit parce qu'on désire adapter les performances de la poutre à des charges supérieures à celles qui étaient prévues initialement. Un grand nombre de ponts sont constitués de travées successives constituées chacune d'un certain nombre de poutres longitudinales parallèles, reposant sur des supports à chacune de leurs extrémités. La solution classique pour renforcer un tel pont consiste à disposer des câbles de précontrainte allant d'une extrémité à l'autre du pont, et s'ancrant sur des massifs convenables établis à cette extrémité, chaque câble suivant sensiblement un trajet en ligne brisée, dont les points bas sont constitués par des déviateurs placés dans la partie centrale de chaque travée, au-dessous des poutres, et les points hauts se trouvent au voisinage des points d'appui des travées, à peu près à la hauteur de la partie médiane ou de la partie supérieure des poutres. Cette technique exige l'emploi de câbles de précontrainte de grande longueur, donc de mise en place relativement difficile.Si les différentes travées n'ont pas la même section, des problèmes peuvent apparaître pour le passage des câbles d'une travée à l'autre. En outre, il est nécessaire de prévoir une précontrainte adaptée à la charge supplémentaire de la partie la plus sollicitée, c'est-à-dire en général la travée centrale. I1 peut en résulter un surdimensionnement des câbles par rapport aux charges supportées par les travées latérales plus courtes. Dans le cas d'un ouvrage constitué d'une poutre unique, la technique antérieure a également pour désavantage que la confection des points d'ancrage doit se faire aux extrémités de la poutre, c'est-à-dire dans la région des appuis, ce qui exige un travail important de modification de la zone des appuis et de l'extrémité de la poutre. On notera que par poutre, on entend ici aussi bien une poutre pleine qu'une poutre ajourée ou encore une poutre constituant un caisson. La présente invention a pour but de fournir un procédé de renforcement d'une poutre, ou d'un ouvrage constitué d'un certain nombre de poutres, qui soit de mise en oeuvre plus simple et moins coûteuse que la technique antérieure, tout en apportant une sécurité au moins équivalente. Pour obtenir ce résultat, 1 invention fournit un procédé de renforcement d'une poutre en béton pour augmenter sa résistance à une charge transversale, ce procédé comportant les étapes suivantes - placer un déviateur en appui sur la partie centrale de la face de la poutre qui est opposée à la face d'application de la charge, - mettre en place un câble de précontrainte qui relie entre elles les deux extrémités de la poutre en étant dévié par le déviateur, et - appliquer au câble de précontrainte une tension calculée en fonction de la charge qui sera appliquée à la poutre, ce procédé ayant pour particularité qu'il comprend en outre les étapes de - disposer dans chacune des deux zones d'extrémité de la poutre une selle de renvoi, en appui sur l'extrémité de la poutre, cette selle présentant un passage de câble qui forme un arc de cercle de 1800 dans un plan voisin d'un plan perpendiculaire à la direction de la charge, les deux extrémités de ce passage étant dirigées vers le déviateur, - faire passer un câble de précontrainte dans ledit passage de chaque selle de renvoi, et ancrer les deux extrémités de ce câble sur le déviateur, - appliquer à chacune des extrémités de chacun des câbles, simultanément, la tension prévue, à partir des points d'ancrage desdites extrémités. Le procédé de l'invention permet de régler la précontrainte avec exactitude poutre par poutre, dans le cas d'un ouvrage comportant plusieurs poutres. Dans tous les cas, et en particulier dans celui d'un ouvrage comportant une poutre unique, il apporte en outre l'avantage de prévoir des points d'application de la précontrainte qui sont dans la partie centrale de l'ouvrage, donc généralement d'accès facile, sans préparation coûteuse. La selle de renvoi peut, dans le cas où on dispose d'une place suffisante, être une pièce métallique qu'on fixe sur l'extrémité de la poutre. Toutefois, en général, on ne dispose pas d'une place suffisante à cet endroit, car l'extrémité de la poutre est voisine d'une autre structure, par exemple d'une autre poutre. Dans ce cas, conformément à l'invention, pour disposer la selle de renvoi, on prépare, dans l'extrémité de la poutre, une cavité en forme de demicercle ou de demi-polygone, on place dans la cavité un tube, éventuellement en plusieurs éléments, en forme d'arc de cercle, destiné à constituer la selle, et on injecte un ciment entre la paroi intérieure de la cavité et la paroi extérieure du tube. La cavité peut être formée par perçage, à l'aide d'un outil de forage disposé successivement suivant des angles différents. Cette cavité peut déboucher sur la face d'extrémité de la poutre. Elle peut aussi être entièrement incluse à l'intérieur de celle-ci. Suivant une modalité avantageuse, on utilise un câble de précontrainte constitué d'un toron placé à l'intérieur d'une gaine, l'espace entre le toron et la gaine étant rempli d'un produit mou, tel qu'une cire. Il convient de noter que, du fait qu'on applique simultanément la tension de précontrainte sur chacune des extrémités de chaque câble, il n'y a pas glissement du câble dans son passage de la selle de renvoi. Les déplacements entre le toron et la gaine sont donc limités à des adaptations à des variations réduites de longueur entre les deux brins du câble situés de part et d'autre de la poutre, et soumis à une même tension nominale. En outre, au cas où la gaine deviendrait inefficace, le toron continuerait d'être maintenu directement par le passage de la selle, sans inconvénient majeur pour l'ouvrage. Avantageusement, après application de la tension au câble de précontrainte, on obture le passage de la selle de renvoi par injection de ciment ou résine. Cette obturation a essentiellement un effet de protection de la gaine et du câble contre les agents extérieurs. Avantageusement encore, pour l'ancrage des câbles de précontrainte, on prévoit dans le déviateur des passages transversaux dirigés vers les extrémités du passage de la selle de renvoi. Les passages transversaux peuvent être confectionnés lors de la fabrication du déviateur, et donc de façon beaucoup moins coûteuse que s'il fallait procéder à un forage à l'intérieur de ce déviateur. On peut aussi prévoir des pièces métalliques d'ancrage fixées sur le déviateur. Suivant une modalité intéressante de l'invention, pour renforcer un ouvrage comportant plusieurs poutres disposées en parallèle, et dont au moins une première poutre est renforcée conformément au procédé de l'invention, on prévoit un chevêtre transversal qui constitue le déviateur de la poutre renforcée, ou des poutres renforcées, et qui est solidarisé avec au moins une seconde poutre, renforcée ou non. Lorsqu'une charge est appliquée localement à une première des poutres solidarisées entre elles par le chevêtre, cette poutre exerce sur le chevêtre une force dirigée vers le bas. Cette force est transmise par le chevêtre au moins à une seconde des poutres solidarisées. Si cette seconde poutre est elle-même renforcée conformément au procédé de l'invention, la force dirigée vers le bas sera reprise en premier lieu par le câble de précontrainte. Celui-ci se comporte comme un moyen de solidarisation du chevêtre et de la seconde poutre. Si ce câble de précontrainte exerce une force insuffisante, ou si ladite autre poutre n'est pas renforcée selon le procédé de l'invention, pour éviter que la force dirigée vers le bas puisse séparer le chevêtre de la poutre, on solidarisera de façon positive la poutre correspondante avec le chevêtre, par exemple à l'aide d'étriers ou de pièces formant un assemblage du type queue d'aronde, si bien qu'un déplacement vers le bas du chevêtre par rapport à la seconde poutre est rendu impossible. De cette façon, on assure, pour un coût minimal, un renforcement efficace de l'ensemble. L'invention va maintenant être exposée de façon plus détaillée à l'aide d'un exemple pratique, illustré avec les dessins, parmi lesquels Figure 1 est une vue en plan d'une poutre renforcée selon le procédé de l'invention, Figure 2 est une coupe transversale selon la ligne II II de la figure 1, Figure 3 est une coupe agrandie selon la ligne III-III de la figure 2, et Figure 4 est une coupe agrandie d'un déviateur selon la ligne IV-IV de la figure 1. Figure 5 est une vue, en perspective, de dessous d'une partie d'une poutre mettant en oeuvre le procédé de l'invention. Toutes les figures sont schématiques, et les proportions n'ont pas été respectées, dans un but de clarté. Les figures 1 et 2 représentent une poutre 1, qui fait partie d'un tablier à poutres multiples, les autres poutres n'étant pas représentées. La poutre 1 repose à ses extrémités sur des appuis 2. La figure 1 montre que la poutre est posée obliquement sur ses appuis. Cela n'est évidemment pas obligatoire. Comme le montre la figure 1, les câbles de précontrainte de renforcement 3, 4 sont disposés de façon symétrique par rapport au centre de la poutre, si bien qu'il suffit d'en décrire un. Le câble de renforcement 3 est ancré par une de ses extrémités sur un "déviateur" 6, constitué par une poutre transversale ou chevêtre, qui est commune à plusieurs poutres, et qui est orientée parallèlement aux appuis 2. Le câble 3 traverse le déviateur 6, et passe dans une selle de renvoi 7, qui sera décrite plus loin plus en détail, et qui est située dans l'épaisseur de la poutre 1, près d'une de ses extrémités. Après avoir tourné d'un peu moins de 1800, le câble 3 retourne vers le déviateur 6, et son extrémité 8 est ancrée sur ce déviateur, de la même manière que l'extrémité 5. La figure 3 montre de façon plus détaillée la structure de la selle de renvoi 7. La selle 7 est en réalité constituée par deux tronçons de tube en acier galvanisé 10 et 11, qui forment chacun un coude d'environ 90 , et sont raccordés par une liaison à emmanchement 12, de façon à former ensemble un arc de cercle d'environ 1800, de diamètre légèrement supérieur à l'épaisseur de la poutre 1. Pour mettre en place la selle 7, on a foré dans la poutre 1 un premier tube d'axe 13 perpendiculaire à la direction générale de la poutre, dans lequel sont venus déboucher deux autres trous 14, 15, qui font un angle d'environ 45" avec la direction générale de la poutre. Bien entendu, la disposition des trous peut varier selon le problème. L'essentiel étant de réaliser un passage continu à travers la poutre, passage dans lequel on peut mettre en place, par tronçon, la selle tubulaire 7. Les extrémités 16, 17 du tube formant selle 7 font saillie de chaque côté de la poutre, et reposent chacune sur une platine 18, 19, ancrée dans la poutre, et qui constitue une surface d'appui pour l'extrémité correspondante. Après la mise en place des tubes 10, 11, on remplit la cavité constituée par les trous dont on vient de parler avec un coulis de ciment. De cette façon, on assure une étroite solidarité entre les tubes 10, 11 et la poutre 1. Le câble de précontrainte est, dans l'exemple représenté ici, un câble mono-toron "gainé-ciré" galvanisé. I1 est d'un diamètre nettement inférieur au diamètre intérieur des tubes 10, 11, si bien qu'il peut être introduit dans celui-ci sans difficulté. L'extrémité 16, 17 des tubes 10, 11 qui est soudée sur la platine 18, 19, est taillée en biseau, comme on peut le voir nettement à la figure 3, de façon à procurer une certaine souplesse pour la mise en place. Après que le câble 3 a été mis sous tension, on obture les tubes 10 et 11 en y coulant de la résine, de façon à protéger la gaine du tube contre toute agression extérieure. On notera que, en usage, la gaine du tube peut sans inconvénient être immobilisée par rapport à la poutre, attendu que le câble ne doit plus se déplacer, et en particulier ne doit pas coulisser à l'intérieur de sa selle de renvoi, sauf éventuellement pour des adaptations extrêmement peu importantes, pour lesquelles on peut mettre à profit la présence de la cire contenue entre le toron et la gaine du câble. La figure 4 montre la structure du raidisseur 6. Il est constitué essentiellement de deux fers parallèles à section en I 20, entre lesquels est coulée une masse de béton 21. Des tubes 22 traversent le béton 21 et les fers 20. Ils sont dirigés chacun vers une extrémité 16, 17 de la selle de renvoi du câble 3, ou de l'extrémité correspondante de la selle de renvoi du câble 4. Ces tubes sont en acier galvanisé, avec la même section interne que les tubes 10 et 11. Sur la face du déviateur opposée à la selle de renvoi, il est prévu une platine 24, soudée sur le fer correspondant 20, et qui est destinée à servir d'appui aux moyens d'ancrage 23, qui sont d'un type classique et qui ne sont pas décrits plus avant ici. Pour la mise en tension des câbles 3 et 4, il est nécessaire, pour éviter des contraintes anormales sur les extrémités de la poutre, d'exercer des forces égales sur chacun des câbles et des forces égales sur chacune des extrémités de chaque câble. Pour cela, on utilise de préférence un Jeu de quatre vérins identiques, 30, 31, 32, 33, représentés à la figure 1. Ces quatre vérins sont reliés à une pompe d'alimentation haute pression unique 34, si bien qu'on obtient automatiquement la même pression dans chacun des vérins. La figure 5 montre une partie du tablier de pont 40, supportée par quatre poutres horizontales longitudinales 41 à 44. Les deux poutres centrales 42, 43 sont renforcées conformément à l'invention, à l'aide de câbles de précontrainte 45, 46 et 47, 48, qui viennent s'insérer dans un chevêtre transversal commun 49. Les deux poutres latérales 41, 44 ne sont pas renforcées, on peut supposer qu'elles correspondent à un trottoir. Ces poutres latérales sont solidarisées avec le chevêtre 49 grâce à des étriers 50, 51 liés aux poutres. Si une charge localisée est appliquée, par exemple à la poutre centrale 42, une partie de cette charge est transmise au chevêtre 49, et, de là, elle est répartie entre les autres poutres 41, 43, 44, grâce aux câbles de précontrainte 47, 48 et aux étriers 50, 51. Des étriers supplémentaires peuvent être prévus pour relier les poutres centrales 42, 43 au chevêtre. On notera que, si les poutres ont une section à forme générale en I, les étriers peuvent être renplacés par des pièces d'appui reposant sur les ailes inférieures des poutres. REVEND I CAT IONS 1. Procédé de renforcement d'une poutre en béton (1) pour augmenter sa résistance à une charge transversale, ce procédé comportant les étapes suivantes - placer un déviateur (6) en appui sur la partie centrale de la face de la poutre qui est opposée à la face d'application de la charge, - mettre en place un câble de précontrainte (3) qui relie entre elles les deux extrémités de la poutre en étant dévié par le déviateur, et - appliquer au câble de précontrainte une tension calculée en fonction de la charge qui sera appliquée à la poutre, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes de:: - disposer dans chacune des deux zones d'extrémité de la poutre une selle de renvoi (7), en appui sur l'extrémité de la poutre, cette selle présentant un passage de câble qui forme un arc de cercle de 1800 environ dans un plan voisin d'un plan perpendiculaire à la direction de la charge, les deux extrémités (16, 17) de ce passage étant dirigées vers le déviateur, - faire passer un câble de précontrainte dans ledit passage de chaque selle de renvoi, et ancrer les deux extrémités de ce câble sur le déviateur, - appliquer à chacune des extrémités de chacun des câbles, simultanément, la tension prévue, à partir des points d'ancrage desdites extrémités. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour disposer la selle de renvoi, on prépare, dans l'extrémité de la poutre, une cavité en forme de demi-cercle ou de demi-polygone, on place dans la cavité un tube, éventuellement en plusieurs éléments (10, 11), en forme d'arc de cercle, destiné à constituer la selle, et on injecte un ciment entre la paroi intérieure de la cavité et la paroi extérieure du tube. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise un câble de précontrainte constitué d'un toron placé à l'intérieur d'une gaine, l'espace entre le toron et la gaine étant rempli d'un produit mou, tel qu'une cire. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, après application de la tension au câble de précontrainte, on obture le passage de la selle de renvoi par injection de ciment ou résine. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, pour l'ancrage des câbles de précontrainte, on prévoit dans le déviateur des passages transversaux dirigés vers les extrémités du passage de la selle de renvoi. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, pour renforcer un ouvrage comportant plusieurs poutres (41 à 44) disposées en parallèle dans un même plan, à peu près horizontal, et dont au moins une première poutre (42) est renforcée conformément au procédé de l'invention, on prévoit un chevêtre transversal (49) qui constitue le déviateur de la poutre renforcée, ou des poutres renforcées, et qui est solidarisé avec au moins une seconde poutre, renforcée ou non. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la seconde poutre est solidarisée de façon positive avec le chevêtre, si bien qu'un déplacement vers le bas du chevêtre par rapport à cette seconde poutre est rendu impossible.