Brevet FR2743096A1 — publié le 19970704

La présente invention concerne un procédé de renforcement de ponts comportant des poutres en béton précontraint et le dispositif pour sa mise en oeuvre. Depuis plus d'une trentaine d'année on réalise des ouvrages d'art en utilisant la technique du béton armé précontraint; on réalise, notamment pour la fabrication des ponts, des poutres en béton précontraint qui ont une forme de "I" avec une semelle inférieure et une semelle supérieure et qui reposent à leurs extrémités sur des piles de pont délimitant des travées; la précontrainte est obtenue par tension de câbles ou de tiges d'acier passant dans des gaines aménagées dans la poutre en béton précontraint au moment de sa fabrication; lorsque la tension nominale d'un câble est atteinte et le câble bloqué à ses extrémités, on injecte dans la gaine un lait de ciment sous pression, afin de la remplir et de ne laisser aucun espace du câble ou de la tige en contact avec de l'air; cette opération a pour but de protéger le câble ou la tige des corrosions dues aux intempéries; dans ce qui suit on désigne par le seul mot "câbles" les câbles ou les tiges servant à précontraindre le béton. On constate à l'heure actuelle des problèmes de tenue de ces poutres de pont dus à une diminution du niveau de précontrainte entraînant l'apparition de fissures à la partie basse des poutres; une cause possible de ce vieillissement réside dans la mise en oeuvre des techniques de mise sous précontrainte; notamment, à titre d'exemple non limitatif, il semble que le remplissage de la gaine avec du coulis de ciment est souvent incomplet, tandis que le niveau d'étanchéité de la chaussée du pont et du béton de la poutre en béton précontraint est insuffisant, si bien que les câbles de précontrainte sont en contact avec de l'eau et se corrodent. L'objectif est maintenant de remettre en état ces ponts de manière à leur redonner leurs caractéristiques d'origine sans toutefois interrompre leur service. Le problème est qu'actuellement, d'une part, on ne sait pas mesurer le niveau de précontrainte résiduelle des poutres en béton précontraint et que, d'autre part, la technique de protection des câbles de précontrainte utilisée à cette époque ne permet pas de supprimer la précontrainte à coup sûr dans la totalité de la poutre en béton précontraint; en conséquence, si on rajoute des câbles de précontrainte, on risque d'avoir des zones dans lesquelles la précontrainte sera trop importante ce qui peut provoquer des désordres, dans la poutre en béton précontraint, qui la rendront inutilisable. L'objet de l'invention est de proposer un procédé permettant de remettre les ponts construits de cette façon aux normes initiales de manière durable. Sur les dessins La figure 1 représente une vue en perspective éclatée d'une longueur courante d'un pont équipé des dispositifs suivant le procédé objet de l'invention. La figure 2 représente une vue en perspective éclatée d'une extrémité du dispositif de renforcement, reposant sur une pile de pont, suivant une version préférée de l'invention. La figure 3 représente une vue en élévation de l'extrémité du dispositif de renforcement en cours de manutention au voisinage de la pile de pont. La poutre en béton précontraint n'est pas représentée. La figure 4 représente les dispositifs de la figure 3 lorsqu'ils sont en place. Le procédé, objet de l'invention, consiste à associer à la poutre en béton précontraint 1 (fig.l) une poutre en forme de "U" 4 venant la coiffer par le dessous, et dont les extrémités 5 des branches verticales 6 du "U" viennent reprendre les charges en s'appuyant, par l'intermédiaire d'une longrine 7, sur les extrémités 8 des ailes de la semelle supérieure 3 qui est ainsi utilisée un peu comme un simple hourdis, tandis que l'âme verticale 9 de la poutre de béton précontraint 1 et sa semelle inférieure 2 ne sont plus indispensables pour supporter la charge du pont; les extrémités 10 (fig.2) de cette poutre en forme de "U" 4 reposent sur les piles 11 du pont qui supportent déjà les poutres en béton précontraint 1; en conséquence toute dégradation ultérieure du niveau de précontrainte de la poutre en béton précontraint 1 initiale, entraîne un report progressif de la charge sur la poutre en forme de "U" 4 et n'a plus de conséquence sur la tenue de l'ouvrage. La partie horizontale 12 (fig.l) de la poutre en forme de "U" 4 n'est pas indispensable à la tenue de l'ensemble de la poutre en forme de "U" 4, car chaque branche verticale 6 de la poutre en forme de "U" 4 possède à elle seule toutes les caractéristiques mécaniques d'une poutre isolée, mais elle permet de faciliter le guidage de l'ensemble au moment de sa mise en place autour de la poutre en béton précontraint 4 qui se fait alors, dans une version préférée de l'invention, en une seule opération; la suppression de la partie horizontale 12 du "U" fait partie du domaine de l'invention; à titre d'exemple non limitatif, on peut placer les deux poutres représentant les parties verticales 6 du "U" sur un support représentant la partie horizontale 12 du "u" pour les mettre en place et les fixer, puis retirer le support en ne laissant que les poutres verticales représentant les branches verticales 6 du "u". Dans ce qui suit et pour simplifier les explications on appelle poutre en "U" 4 le dispositif de renforcement de la poutre en béton précontraint 1 en forme de "I" tel que décrit y compris lorsque la partie horizontale 12 du "U" n'existe pas. La poutre en "U" 4 (fig.l) est réalisée sur la base des diverses techniques connues Dans une version préférée de l'invention, chaque branche verticale 6 du "U" est réalisée à partir d'un treillis composé de poutres en "I et de tubes métalliques soudés entre-eux; elle comporte, par exemple, une poutre en "I" longitudinale supérieure 13 (fig.2) et un tube longitudinal inférieur 14 reliés par des tubes entretoises 15 triangulant l'ensemble, un treillage de tubes soudés 16 constitue, par exemple sans que cet exemple soit limitatif, la partie horizontale 12 reliant des deux parties verticales 6 du "U". La poutre en "U" 4 est ensuite mise en place par appui des extrémités 10 sur les piles 11 du pont. Cette mise en place se fait par-dessous de plusieurs manières: Une manière de procéder pour mettre en place la poutre en "U" 4 qui est entièrement terminée et comporte déjà à ses extrémités 10 des dispositifs d'appui 17 sur les piles 11 du pont; la partie horizontale 12 du "U" est supprimée au voisinage de l'extrémité 10 de la poutre en "U" 4 pour permettre le passage des branches verticales 6 du "U" de part et d'autre de la semelle inférieure 2 (fig.l) de la poutre en béton précontraint 1 dont l'extrémité 18 (fig.2) repose sur la pile 11; il est possible de glisser la poutre en "U" 4 en biais au-dessus de la pile de pont 11 d'environ deux fois la longueur 19 de l'appui de la poutre 4 sur la pile 11 de manière à pouvoir remonter l'autre extrémité 10 de la poutre en "U" 4 à l'horizontale et de l'introduire au-dessus de la pile 11 de pont correspondante par translation horizontale; on place les cales d'appui 20 entre les dispositifs d'appui 17 des extrémités 10 de la poutre en "U" 4 et les piles 11 de pont correspondantes et on y repose les dispositifs d'appui (17) des extrémités 10 de la poutre en "U" 4. Cette manière de procéder suppose que la hauteur 36 (fig.2) de la partie verticale 6 de la poutre en "U" 4 soit sensiblement inférieure à la distance 37 de la face inférieure 21 de l'extrémité 8 de l'aile de la semelle supérieure 3 de la poutre en béton précontraint 1 correspondante à la face supérieure d'appui 38 de la pile 11 de pont; la différence de hauteur est compensée ensuite par la hauteur de la longrine 7 et la hauteur de la cale d'appui 20. Une autre manière de procéder consiste à fabriquer, d'une part l'élément central de la poutre en "U" 4, d'autre part les dispositifs d'appui d'extrémités de la poutre en "U"; on présente ensuite l'élément central de la poutre en "U" 4 en place, on met en place les dispositifs d'appui d'extrémité et on les fixe sur l'élément central de la poutre en "U" 4 par un moyen connu comme la soudure ou le boulonnage et on peut reposer le tout sur les cales d'appui de la poutre sur la pile du pont.Dans la version préférée de l'invention, un logement 40 (fig.3) est aménagé aux extrémités 41 de chaque partie verticale 6 de la poutre en "U" 4 dans lequel peut coulisser horizontalement une console 42 afin de pouvoir l'escamoter pendant la mise en place de la poutre en "U" 4; une fois la poutre en "U" 4 au voisinage de sa place définitive, on fait coulisser chaque console 42 (fig.4), dans leur logement 40 respectif, de manière que leur extrémité 43 vienne se placer au-dessus de la pile 11 de pont et on fixe la console 42, par exemple, par boulonnage dans son logement 40; on peut alors placer la poutre en "U" 4 à sa place définitive comme décrit précédemment. Lorsque la poutre en "U" 4 (fig.l) est à sa place définitive par rapport à la semelle supérieure 3 de la poutre en béton précontraint 1, elle n'est pas encore en contact avec cette dernière; le report des charges verticales du tablier est réalisé par fabrication en place d'une longrine 7 en béton armé entre l'extrémité supérieure 5 des parties verticales 6 du "U" de la poutre en "U" 4 et la face inférieure 21 de l'extrémité 8 des ailes de la semelle supérieure 3 de la poutre en béton précontraint 1. Le tablier 25 (fig.l) du pont est généralement constitué de deux poutres en béton précontraint 1 parallèles reliées entre elles par un hourdis central 22 et comportant de part et d'autre, en porte à faux, des éléments de hourdis latéraux (23) le tout étant bridé ensemble par des câbles transversaux sous contrainte qui passent dans des gaines qui traversent les hourdis latéraux 23, central 22 et les semelles 3 de la poutre en béton précontraint 1; dans la version préférée de l'invention, la longrine 7 qui fait la liaison avec l'extrémité 5 de la branche verticale 6 du "U" est en appui à la fois sur l'extrémité 8 de l'aile de la semelle supérieure 3 de la poutre en béton précontraint 2 et sur le hourdis 22 ou 23 qui relie les poutres précontraintes entre elles. Dans une version préférée de l'invention, on établit des liaisons mécaniques rigides entre le tablier 25 du pont et la partie supérieure 5 des branches verticales 6 de la poutre en "U" 4; ces liaisons mécaniques rigides sont de préférence régulièrement réparties tout le long de la poutre en "U" 4 en des zones situées à intervalles réguliers et de préférence suffisamment rapprochées pour pouvoir assimiler la liaison mécanique rigide entre la poutre en "U" et le tablier du pont à une liaison continue; cette façon de procéder permet la reprise des efforts de glissement horizontaux entre les hourdis 22 et 23 et les branches verticales de la poutre en "U".A titre d'exemple non limitatif, on fixe à intervalles réguliers sur la partie supérieure 5 des branches verticales 6 de la poutre en "U" 4 des tiges 24 verticales et perpendiculaires à la direction générale de la poutre en "U" 4 et susceptibles de passer au travers d'orifices préalablement pratiqués à travers le tablier 25 du pont; ces tiges 24 peuvent, par exemple, comporter à leur extrémité un filetage afin de pouvoir les mettre sous tension afin d'assurer la liaison mécanique 39 entre le tablier 25 du pont et la poutre en "U" 4 pour la transmission des efforts de glissement horizontaux. Les câbles de précontrainte des poutres en béton précontraint 1 étant détériorées, il est logique de considérer qu'il en est de même des câbles maintenant ensemble les hourdis 22 et 23 et les poutres en béton précontraint 1. En conséquence on place en travers des longrines 7, au moment de leur fabrication, des gaines 26 à intervalle régulier qui correspondent à des trous percés à travers l'âme verticale 9 des poutres en béton précontraint 1 de manière à pouvoir y passer des câbles 27 qui serviront de brélage transversal inférieur des éléments 3, 22 et 23 du tablier 25.La partie supérieure du tablier 25 étant décapée de tous les matériaux recouvrant les hourdis 22 et 23 et les semelles supérieures 3 on place transversalement sur la partie supérieure du tablier 25 des gaines 28 destinées à recevoir les câbles 29 de brélage transversal supérieur du tablier 25; les gaines 28 sont noyées dans une couche de béton de quelques centimètres d'épaisseur qui constitue un "renformis" 30 sur laquelle on place une couche d'étanchéité 31 de quelques millimètres; cette couche d'étanchéité 31 est recouverte dans la partie centrale du tablier 25 d'un enrobé de quelques centimètres constituant la bande de roulement 32 et latéralement d'éléments préfabriqués constituant le trottoir 33; on place latéralement au tablier 25 du pont, contre le hourdis latéral 23, des plaques métalliques 35 à travers lesquelles les câbles 27 et 29 de brélage passent et qui servent au report des efforts de précontrainte latérale sur le tablier 25 du pont des tiges de brélage inférieure et supérieure. L'ordre des opérations ainsi décrites peut être modifié tout en restant dans le domaine de l'invention suivant les conditions d'intervention et notamment suivant que la circulation peut être coupée ou non sur le pont pendant les travaux; on peut par exemple, sans que cet exemple soit limitatif, placer les gaines 28 de brélage supérieur sur une moitié de chaussée 32 et la terminer pour la rendre à la circulation pour pouvoir placer les gaines 28 sur l'autre moitié de chaussée 32 et la terminer avant de placer les câbles 27 et 29 de brélage dans les gaines correspondantes et procéder à leur mise sous tension. Cette opération de précontrainte transversale du tablier 25 permet de reconstituer la table de compression de la nouvelle structure dont les poutres résistantes sont les poutres en "U" 4. Dans une variante préférée de l'invention, la composition et la quantité des matériaux placés sur le tablier 25 du pont pour réaliser notamment la chaussée 32 et les trottoirs 33 sont modifiées pour permettre notamment un allègement significatif des charges à supporter par les poutres en "U" 4 et les piles 11 de pont afin, par exemple, sans que cet exemple soit limitatif, de garder la même charge globale au niveau des piles 11 de pont. Dans une autre variante de l'invention, la poutre en "U" 4 est constituée d'éléments préfabriqués fixés au tablier 25 du pont côte à côte par des tiges 24 comme indiqué précédemment et ensuite assemblés entre eux par une liaison mécanique traditionnelle ou par des liaisons précontraintes. Cette façon de procéder peut être utilisée lorsque les poutres de béton précontraint 1 sont reliées entre elles par des entretoises qui ne permettent pas de passer des poutres en "U" 4 d'un seul tenant. Revendications 1 - Procédé de renforcement des ponts réalisés à partir de poutres en béton précontraint (1), utilisant des poutres de renforcement reprenant la charge du tablier 25 du pont, caractérisé en ce que la poutre de renforcement est une poutre en forme de "U"(41 venant coiffer la poutre en béton précontraint (1) par-dessous, dont l'extrémité supérieure (5) des parties verticales (6) du "U" sont reliées par l'intermédiaire de moyens de report de charge à la face inférieure (21) de l'extrémité (8) de l'aile supérieure (3) de la poutre en béton précontraint (1) et dont les extrémités (10) s'appuient sur la partie supérieure (38) des piles (11) de pont qui supportent déjà les poutres en béton précontraint (1). 2 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de renforcement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la poutre en "U" (4) est composée de deux parties verticales (6), ayant chacune les caractéristiques mécaniques d'une poutre, formées chacune d'une poutre en "I" longitudinale supérieure (13) et d'un tube inférieur (14) reliés par des tubes entretoises (15) de triangulation. 3 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la poutre en "U" est posée d'un seul tenant en introduisant l'extrémité (10) de la poutre en "U" (4), placée en biais, de hauteur (36) réduite de manière à être sensiblement plus faible que la hauteur (37) disponible entre la semelle (3) et la pile (11), d'une longueur suffisante pour permettre de ramener la poutre en "U" (4) à l'horizontale afin d'introduire par translation horizontale l'autre extrémité (10) de la poutre en "U" au-dessus de l'autre pile (11) et de la poser sur les cales d'appui (20). 4 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poutre en "U" (4) est d'abord présentée au voisinage de sa place définitive, sans ses dispositifs d'appui (17) sur les cales d'appui (20) sur les piles (11), les dispositifs d'appui (17) sont ensuite mis en place et fixés aux extrémités (10) de la poutre en "U" (4) qui peut être alors posée sur les cales d'appui (20). 5 - Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la poutre en "U" comporte à ses extrémités (41) des logements (40) dans lesquels peuvent coulisser des consoles (42), qui sont escamotées lors de la présentation de la poutre en "U" (4) au voisinage de sa place définitive, et qui sont ensuite mises en place par translation horizontale dans leurs logements (40) de manière que leurs extrémités (43) soient situées audessus des piles (11) respectives. 6 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le transfert des charges verticales de la poutre en béton précontraint (1) et assuré par des longrines (7) coulées en place entre l'extrémité supérieure (5) de la partie verticale du "U" et la face inférieure (21) de l'extrémité (8) de l'aile de la semelle supérieure (3) des poutres en béton précontraint (1). 7 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 6, caractérisé en ce que le transfert des efforts de glissement des poutres en béton précontraint (1) est assuré par des liaisons mécaniques rigides réparties tout le long des extrémités (5) des parties verticales (6) de la poutre en "U" (4). 8 - Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le transfert des efforts de glissement des poutres en béton précontraint (1) est assuré par des tiges (24) fixées verticalement sur l'extrémité (5) des parties verticales (6) de la poutre en "U", traversant le tablier (25) du pont auquel elles sont fixées par des liaisons mécaniques (39). 9 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, et 6 à 8, caractérisé en ce que les charges supportées par le tablier (25) sont reportées au niveau des semelles supérieures (3) par brélage transversal du tablier (25) du pont par des câbles (27), passant sous le tablier à travers des gaines (26) traversant les longrines (7), ainsi que par des câbles (29), passant dans des gaines (28) au-dessus des hourdis (22) et (23) et des semelles supérieures (3), les câbles (27) et (29) étant mis sous tension en prenant appui sur des plaques métalliques (35) appuyées sur la partie latérale des hourdis latéraux (23). 10 - Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les gaines (28) sont noyées dans un renformis (30), recouvrant tout le tablier (25), luimême recouvert d'une couche d'étanchéité (31) recouverte de l'enrobé de la bande de roulement (32) et des éléments de trottoir (33). 11 - Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la longrine (7) assure aussi une liaison avec le bord des hourdis (22) et (23) qui est en contact avec l'extrémité (8) de l'aile de la semelle supérieure (3) de la poutre de béton précontraint (1). 12 - Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la poutre en "U" est constituée d'éléments préfabriqués qui sont fixés indépendamment les uns des autres au tablier (25) du pont par des tiges (24), puis rendus solidaires entre eux soit par des liaisons mécaniques soit par des liaisons précontraintes. 13 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poutre en "U" est en fait constituée de deux poutres indépendantes constituées des éléments composant les branches verticales du "U", la partie horizontale (12) ayant été supprimée.