Brevet FR2739112A1 — publié le 19970328

OUVRAGE DE GENIE CIVIL SUSPENDU ET SON PROCEDE DE CONSTRUCTION. La présente invention est relative aux ouvrages de génie civil suspendus, notamment ponts suspendus ou couvertures suspendues, ainsi qu'aux procédés de fabrication de ces ouvrages. Les ouvrages suspendus en question comportent au moins deux pylônes, au moins un câble porteur s'étendant entre deux ancrages au sol et soutenu par les pylônes, et une structure de génie civil suspendue au câble porteur par l'intermédiaire de suspentes qui sont elles-mêmes accrochées chacune à un collier serré autour du câble porteur, chaque collier étant soumis de la part de sa suspente à un effort qui présente une composante tangente au câble porteur, dite effort tangentiel. Habituellement, le câble porteur est constitué par un faisceau de fils ou de torons d'acier nus, le câble porteur étant enveloppé par une couche protectrice externe de peinture ou de bitume ou par une gaine tubulaire. Cette couche protectrice est en général interrompue au droit des colliers, qui sont très fortement serrés directement sur l'acier du câble porteur. Ce serrage intense est indispensable tout d'abord pour reprendre par frottement l'effort tangentiel auquel est soumis le collier : compte tenu de la médiocrité du coefficient de frottement acier sur acier, l'effort de serrage du collier pourra par exemple être compris entre 10 % et 100 % de l'effort total de tension du câble porteur, suivant la portée de l'ouvrage. Par ailleurs, le serrage intense des colliers est également indispensable pour limiter au maximum les mouvements relatifs entre les fils ou torons d'acier composant le câble porteur. En effet, du fait que ces fils ou torons sont nus, leur mouvement relatif est générateur d'usure et de fatigue par "fretting-corrosion" (également appelée "fatigue induite par petits débattements" ou "usure induite par petits débattements"), ce qui entraîne à la fois un desserrage des colliers et la rupture des brins constitutifs du câble porteur. Les ouvrages de génie civil suspendus de l'art antérieur présentent les inconvénients suivants - le serrage intense des colliers nécessite des colliers très longs (par exemple jusqu'à deux mètres) et massifs, serrés par de nombreux boulons, - les phénomènes de "fretting-corrosion" ne sont jamais complètement évités, - et on constate fréquemment que des phénomènes de corrosion se propagent sous la couche protectrice externe du câble porteur. La présente invention a notamment pour but de pallier ces inconvénients. A cet effet, selon l'invention, un ouvrage de génie civil suspendu du genre en question est essentiellement caractérisé en ce que, pour limiter l'effort de serrage des colliers sur le câble porteur, ledit ouvrage comporte en outre au moins un câble de liaison de section très inférieure au câble porteur, ce câble de liaison comprenant au moins une portion qui présente une pluralité de tronçons s'étendant entre des colliers successifs en pente descendante à partir d'un des pylônes, cette portion du câble de liaison étant fixée rigidement audit pylône ainsi qu'auxdits colliers et étant tendue à des valeurs de tension décroissantes d'un tronçon à l'autre en s'éloignant de ce pylône, de sorte que le câble de liaison exerce sur chacun des colliers auxquels il est fixé un effort de compensation dirigé vers le pylône, qui compense au moins partiellement l'effort tangentiel subi par ce collier, et en ce que le câble porteur est constitué de torons individuellement protégés qui comportent chacun une gaine de matière plastique englobant des fils d'acier torsadés et faisant corps avec ces fils d'acier, les colliers exerçant sur le câble porteur une contrainte de serrage très inférieure à la limite de fluage de la matière plastique constituant cette gaine. Grâce à ces dispositions - les torons constitutifs du câble porteur sont bien protégés contre la corrosion, - les mouvements relatifs entre torons ne sont plus à proscrire puisqu'ils ne sont plus générateurs de "fretting-corrosion", ce qui contribue à rendre possible la diminution de l'effort de serrage des colliers, - cet effort de serrage peut également être réduit du fait que la matière plastique des gaines des torons présente un bon coefficient de frottement, - la reprise au moins partielle de l'effort tangentiel des colliers par le câble de liaison permet de réduire encore l'effort de serrage des colliers, - et on évite en outre les risques de fluage des gaines de matière plastique protégeant les torons (fluage qui pourraît être dû au serrage des colliers et/ou à la mobilisation de forces de frottement entre les colliers et le câble porteur). Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - l'effort de compensation compense sensiblement tout effort tangentiel appliqué aux colliers auxquels est fixé le câble de liaison, lorsque l'ouvrage n'est soumis à aucune sollicitation dynamique : ainsi, les forces de frottement des colliers contre le câble porteur ne sont mobilisées que pour reprendre les efforts tangentiels dynamiques, qui sont appliqués pendant des durées courtes et qui ne risquent donc pas de provoquer de phénomènes de fluage des gaines en matière plastique des torons constitutifs du câble porteur; - le câble de liaison est interrompu au niveau de chaque collier, les tronçons du câble de liaison étant constitués respectivement par des faisceaux de torons d'acier, de préférence individuellement protégés, torons qui sont fixés individuellement à des blocs d'ancrage solidaires des colliers. - une chemise protectrice en matière plastique est interposée entre le câble porteur et chaque collier; - la gaine de chaque toron constituant le câble porteur est réalisée en polyéthylène haute densité, les colliers exerçant sur le câble porteur une contrainte de serrage inférieure à 10 MPa D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins - la figure 1 est une vue schématique générale d'un pont suspendu selon une forme de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un des torons constitutifs des câbles porteurs du pont suspendu de la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique de détail du pont suspendu de la figure 1, illustrant la reprise des efforts tangentiels subis par les colliers d'accrochage des suspentes, - la figure 4 est une vue partiellement en coupe d'un de ces colliers d'accrochage des suspentes, - et la figure 5 est une vue de détail de la figure 4, en coupe transversale. Le pont suspendu représenté sur la figure 1 comporte classiquement un tablier 1, deux pylônes 2, deux câbles porteurs parallèles 3, dont un seul est visible sur le dessin, et une pluralités de suspentes 4 qui sont accrochées aux câbles 3 et qui portent le tablier 1. Les câbles porteurs 3 sont tendus entre deux ancrages au sol 5 aux deux extrémités du pont (massifs d'ancrage artificiels, ancrages dans la roche, ou le cas échéant ancrages aux deux extrémités du tablier s'il s'agit d'un pont suspendu "auto-ancré"), et ils sont soutenus par les pylônes 2. Les câbles porteurs 3 sont de préférence discontinus au droit des pylônes 2, avec ancrage sur ces pylônes, par exemple comme explicité plus en détail dans la demande de brevet français déposée le même jour que la présente demande de brevet et intitulée "Perfectionnements aux ponts suspendus et à leurs procédés de construction" dont le contenu est incorporé à la présente demande de brevet par référence. Chaque câble porteur 3 est constitué par un ou plusieurs faisceaux cylindriques de torons 6 individuellement protégés, dont l'un est représenté sur la figure 2. Chacun de ces torons 6 est constitué de plusieurs fils d'acier 7 torsadés, qui sont noyés dans un matériau protecteur solide 8 lui-même recouvert par une gaine extérieure 9 de matière plastique souple, notamment en polyéthylène haute densité. Le matériau protecteur 8 est apte à transmettre aux fils 7 les efforts appliqués à la gaine 9 parallèlement à l'axe du toron 6 de sorte que la gaine 9 fait corps avec les fils d'acier 7. A titre d'exemple non limitatif, le matériau protecteur peut être un élastomère adhérant sur les fils 7 et sur la face intérieure de la gaine 9, comme explicité plus en détail dans la demande de brevet français déposée le même jour que la présente demande de brevet et intitulée "Toron individuellement protégé pour ouvrage de génie civil suspendu, ouvrage de génie civil suspendu comportant de tels torons, et procédé de fabrication", dont le contenu est incorporé à la présente demande de brevet par référence. Par ailleurs, comme représenté sur la figure 3, les suspentes 4 sont accrochées aux câbles porteurs 3 par l'intermédiaire de colliers AiAu, B,-Bn, Cl-Cn, D1-D,, qui sont serrés autour des câbles porteurs 3 - les colliers A1-As sont disposés successivement le long de chaque câble porteur 3, en allant d'un premier pylône 2 vers l'extrémité correspondante du pont suspendu, - les colliers Bl-Bn sont disposés successivement le long de chaque câble porteur 3 en allant du premier pylône 2 vers le milieu du pont suspendu, - les colliers Cl-Cn sont disposés successivement le long de chaque câble porteur 3 en allant du deuxième pylône 2 vers le milieu du pont suspendu, - et les colliers D1-Ds sont disposés successivement le long de chaque câble porteur 3 en allant du deuxième pylône 2 vers l'extrémité correspondante du pont suspendu. Chacun de ces colliers est soumis de la part de sa suspente à un effort de traction dirigé vers le bas qui présente une composante normale au câble porteur et une composante tangente au câble porteur, dite "effort tangentiel", qui est dirigée dans le sens de la pente du câble porteur au droit du collier considéré. Chaque effort tangentiel est la somme d'un effort tangentiel statique, dû essentiellement au poids du tablier 1, et d'un effort tangentiel dynamique, dû essentiellement aux véhicules circulant sur le tablier 1 et aux intempéries : l'effort tangentiel dynamique peut représenter par exemple au maximum la moitié de l'effort tangentiel statique. On notera T1, T2,...Tn les efforts tangentiels statiques subis respectivement par les colliers B1Bn ou C1- Q, et on appellera T'1, T' 2, . . . T', les efforts tangentiels statiques subis respectivement par les colliers A1-A,, ou Dl- D,. Afin d'éviter que les efforts tangentiels statiques soient repris par frottement des colliers sur le câble porteur 3, ces efforts sont repris par des câbles de liaison 10, 11, 12 qui sont fixés rigidement aux différents colliers le long du câble porteur et qui sont ancrés aux pylônes 2. Les câbles de liaison 10, 11, 12 sont eux-mêmes constitués par une juxtaposition de torons d'acier, de préférence du type individuellement protégé par une gaine en matière plastique. En ce qui concerne les câbles de liaison 10 et 12 situés vers les extrémités du pont, ceux-ci s'étendent chacun le long des câbles porteurs 3, à partir d'un ancrage lOa, 12a dans l'un des pylônes 2, et en étant reliés successivement aux colliers A1-A, pour le câble de liaison 10 et aux colliers D1-D, pour le câble de liaison 12. Ainsi, chacun des câbles 10 et 12 présente un premier tronçon qui relie le pylône 2 correspondant au collier A1 ou D1, un deuxième tronçon qui relie entre eux les colliers A1, A2 ou D1, D2 etc..., et un dernier tronçon qui relie entre eux les colliers Aux1, A. ou Dal, D,. Chacun de ces tronçons est tendu avec une valeur de tension décroissante d'un tronçon à l'autre en s'éloignant du pylône 2 correspondant, de façon que la résultante de ces tensions sur chacun des colliers compense l'effort tangentiel statique T'1, T' 2' T'1 appliqué à ce collier par sa suspente 4. Autrement dit, le tronçon du câble de liaison qui aboutit en pente descendante au collier Ai ou Di est tendu à la tension T'i + T'ive + ... T'., ce qui représente dans tous les cas un effort très inférieur à l'effort subi par le câble porteur 3. Pour obtenir ces différentes tensions dans le câble de liaison 10 ou 12, on procède de la façon suivante - après réalisation des pylônes 2 et des câbles porteurs 3, on met en place les colliers A1-A, ou D1-D, en les serrant partiellement sur le câble porteur de façon qu'ils puissent se déplacer légèrement lors de la mise en tension du câble de liaison, puis on met en place le câble de liaison 10 ou 12 en l'ancrant dans le pylône 2 correspondant et en le fixant rigidement aux différents colliers correspondants, et de préférence on met en place également les suspentes 4 et une petite fraction du tablier 1 sur toute la longueur du pont, de façon à éviter que la mise en tension du câble de liaison ne déforme le câble porteur 3, notamment si la portée du pont suspendu n'est pas très grande;; - on tend alors le câble de liaison 10 ou 12 au moyen d'un vérin au niveau du collier A. ou D, jusqu'à ce que le premier tronçon du câble de liaison 10 ou 12 soit à sa tension définitive T'1 + T'2 + .. .+ T',; - on serre ensuite totalement le collier le plus proche du pylône 2 (A1 ou D1), - puis on détend le câble de liaison 10 à partir du collier le plus éloigné du pylône 2, jusqu'à la valeur de tension T'2 + T'3 + ... + T' - on serre alors totalement le deuxième collier à partir du pylône (A2 ou D2), - et on procède de la même façon en diminuant successivement la tension du câble de liaison pour les tronçons suivants de ce câble, jusqu'au serrage complet du collier le plus éloigné du pylône 2 (A, ou D.). Eventuellement, il serait possible de mettre en tension les câbles de liaison 10, 12 en tirant sur leurs ancrages l0a, 12a, auquel cas il faudrait - d'abord serrer totalement le collier A, ou D, le plus éloigné du pylône 2, - puis mettre en tension le câble de liaison 10 ou 12 à la tension T',, - puis serrer totalement l'avant dernier collier A,- ou Ds 1 - puis augmenter de proche en proche la tension du câble de liaison 10 au fur et à mesure que les colliers sont serrés totalement, jusqu'à la tension finale T'1 + T'2 + ...T', après serrage du collier A1 ou D1 le plus proche du pylône, après quoi l'ancrage 10a, 12a dans le pylône doit être fixé définitivement pour conserver cette tension. Le câble de liaison central 11 s'étend quant à lui le long du câble porteur 3 entre deux ancrages lia, llb dans les deux pylônes 2. Ce câble de liaison 11 peut être décomposé en deux portions lic et iid qui s'étendent chacune entre un des pylônes 2 et le milieu du pont suspendu : chacune de ces portions lic et lld du câble de liaison 11 est équivalente à l'un des câbles de liaison 10, 12 déjà décrits, de sorte que chacune de ces portions du câble 11 fonctionne sur le même principe que les câbles 10, 12 et peut être mise en tension par un procédé similaire à celui déjà décrit pour les câbles 10, 12. La mise en tension du câble est alors réalisée depuis le milieu du câble de liaison 11 : - en tirant sur les deux colliers centraux Bn et Q à partir du tronçon central du câble de liaison 11 d'abord à la tension T1 + T2 +...T,, - puis en serrant totalement les colliers B1 et C1, - puis en diminuant successivement la tension du tronçon central du câble de liaison 11 au fur et à mesure du serrage des différents colliers, jusqu'à la tension T1 avant le serrage des colliers Bn et Q. Le tronçon central du câble de liaison est finalement détendu jusqu'à une tension nulle. Eventuellement, comme pour la mise en tension des câbles de liaison 10 et 12, chacune des portions lic, lld du câble de liaison 11 pourrait être mise en tension par traction sur son ancrage lia, llb - en serrant d'abord totalement le collier du tronçon en question qui est le plus éloigné du pylône 2 correspondant (Bn ou Con), - puis en tirant sur l'ancrage lia, llb à la tension Tn, - puis en fixant le collier précédent (Bnl ou Cl1), - puis en augmentant ainsi de proche en proche la tension de la portion concernée du câble de liaison 11, jusqu'à la valeur T1 + T2 + ... Tn pour le dernier tronçon. Dans ce qui suit, on décrira un exemple de réalisation particulier d'un collier de serrage du câble porteur, en regard des figures 4 et 5. Dans ce mode de réalisation particulier, le câble porteur est scindé en plusieurs sous-câbles, par exemple un sous-c ble supérieur 3a et un sous-câble inférieur 3b, ou encore une paire de sous-câbles supérieurs juxtaposés et une paire de sous-câbles inférieurs juxtaposés. Chaque collier, par exemple B,, comporte des m choi- res métalliques 13 serrées respectivement autour des différents sous-câbles 3a, 3b, ces mâchoires étant solidarisées ensemble par une âme 14 qui est une plaque verticale parallèle à l'axe longitudinal du pont, et l'ensemble du collier supportant une suspente 4 par l'intermédiaire d'une attache 15 montée pivotante autour d'un axe horizontal 16. Chacune des mâchoires 13 est constituée par deux coques hémicylindriques qui sont serrées autour des souscâbles 3a, 3b au moyen de boulons 17, avec une pression de serrage inférieure à 10 MPa sur les sous-câbles 3a, 3b (l'une de ces coques hémicylindrique a été enlevée sur la mâchoire 13 supérieure, pour plus de clarté). De préférence, chaque sous-câble 3a, 3b est entouré, au droit de chaque mâchoire 13, d'une chemise de protection 18 en matière plastique, afin d'éviter que les torons 6 individuellement protégés des différents sous-câbles ne soient blessés par les mâchoires 13, notamment lors du réglage de la position du collier ou lors de la mise en tension du câble de liaison ou lors du réglage du câble porteur. Les chemises protectrices 18 en question peuvent être constituées par exemple chacune de deux coques hémicylindriques en polyéthylène haute densité. De préférence, un matériau solide en mousse synthétique 19, notamment en mousse néoprène, remplit les vides interstitiels à l'interface entre la chemise 18 et le faisceau de torons constituant chaque sous-câble 3a, 3b, de façon à bien répartir l'effort de serrage des mâchoires 13. Enfin, une pièce de fixation 20 est montée pivotante autour d'un axe horizontal 21 à chaque extrémité de l'âme centrale 14 du collier, chaque pièce de fixation 20 permet tant l'ancrage d'une des extrémité d'un tronçon du câble de liaison 11. A cet effet, chaque pièce de fixation 20 est solidaire d'un bloc d'ancrage 21 qui comporte des logements tronconiques dans lesquels les différents torons 22 du câble de liaison sont ancrés individuellement, au moyen de mors tronconiques bien connus dans l'état de la technique. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation particulier qui vient d'être décrit ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes, notamment celles dans lesquelles - l'ouvrage de génie civil suspendu ne serait pas un pont, mais par exemple une toiture suspendue; - l'ouvrage comporterait un seul câble porteur 3 ou plus de deux câbles porteurs 3, le cas échéant subdivisés en sous-câbles; - les câbles de liaison 10, 11, 12 seraient fixés uniquement aux colliers d'attache des suspentes qui sont les plus proches des pylônes 2, les colliers serrés sur des portions peu pentues du câble porteur 3 n'étant alors pas reliés aux câbles de liaison; ; - les câbles de liaison 10, 11, 12 présenteraient une section d'acier décroissante en s'éloignant des pylônes 2 - les colliers seraient très peu serrés sur les câbles porteurs et les câbles de liaison reprendraient la totalité de l'effort tangentiel subi par les colliers. REVENDICATIONS 1. Ouvrage de génie civil comportant au moins deux pylônes (2), au moins un câble porteur (3) s'étendant entre deux ancrages au sol (5) et soutenu par les pylônes, et une structure de génie civil (1) suspendue au câble porteur par l'intermédiaire de suspentes (4) qui sont elles-mêmes accrochées chacune à un collier (A1-A., B,-Bn, Cl-Cn, D1-D.) serré autour du câble porteur, chaque collier étant soumis de la part de sa suspente (4) à un effort qui présente une composante tangente au câble porteur, dite effort tangentiel, caractérisé en ce que, pour limiter l'effort de serrage des colliers (A1-A,, Bl-Bn, Cl-Cn, D1-D.) sur le câble porteur (3), ledit ouvrage comporte en outre au moins un câble de liaison (10, 11, 12) de section très inférieure au câble porteur (3), ce câble de liaison comprenant au moins une portion (10, lic, îîd, 12) qui présente une pluralité de tronçons s'étendant entre des colliers successifs (A1-A,, Bl-Bn, Cl-Cn, D1-D.) en pente descendante à partir d'un des pylônes (2), cette portion du câble de liaison étant fixée rigidement audit pylône ainsi qu'auxdits colliers et étant tendue à des valeurs de tension décroissantes d'un tronçon à l'autre en s'éloignant de ce pylône, de sorte que le câble de liaison exerce sur chacun des colliers auxquels il est fixé un effort de compensation dirigé vers le pylône, qui compense au moins partiellement l'effort tangentiel subi par ce collier, et en ce que le câble porteur (3) est constitué de torons individuellement protégés (6) qui comportent chacun une gaine (9) de matière plastique englobant des fils d'acier torsadés (7) et faisant corps avec ces fils d'acier, les colliers (A1-A" Bl-Bn, C1-Cn, D1-D,) exerçant sur le câble porteur (3) une contrainte de serrage très inférieure à la limite de fluage de la matière plastique constituant cette gaine (9). 2. Ouvrage de génie civil selon la revendication 1, dans lequel l'effort de compensation compense sensiblement tout l'effort tangentiel (T1, T2, . Tnî T'1, T'2, ...T'.) appliqué aux colliers (A1-A,, B1-Bn, C1-Cn, D1-D.) auxquels est fixé le câble de liaison (10, 11, 12), lorsque l'ouvrage n'est soumis à aucune sollicitation dynamique. 3. Ouvrage de génie civil selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le câble de liaison (10, 11, 12) est interrompu au niveau de chaque collier (A1-A,, Bl-Bn, Cl-Cn, D1-D,), les tronçons du câble de liaison étant constitués respectivement par des faisceaux de torons d'acier (23), de préférence individuellement protégés, torons qui sont fixés individuellement à des blocs d'ancrage (22) solidaires des colliers. 4. Ouvrage de génie civil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une chemise protectrice (18) en matière plastique est interposée entre le câble porteur (3) et chaque collier (A1-A,, B1-Bn, C1-Cn, D1 D.). 5. Ouvrage de génie civil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la gaine (9) de chaque toron (6) constituant le câble porteur (3) est réalisée en polyéthylène haute densité, chaque collier (A1 A., Bl-Bn, C1-Cn, D1-D,) exerçant sur le câble porteur (3) une contrainte de serrage très inférieure à 10 MPa.