Brevet FR2749342A1 — publié le 19971205

" STRUCTURE AUTOSTABLE ELANCEE ET PROCEDE POUR SA REALISATION" La présente invention concerne une structure autostable élancée. Elle vise également un procédé pour sa réalisation. On entend par structure autostable élancée toute structure telle qu'une cheminée, un mât ou pylône dont la stabilité n'est assurée que par la conception propre de celle-ci et son mode de fixation à la base, en l'absence de tout hauban ou moyen externe de stabilisation. Par structure de grande hauteur, on entend une structure d'une hauteur d'au moins une dizaine de mètres. On s'intéresse plus particulièrement ici aux structures métalliques de grande hauteur. On connaît déjà des cheminées métalliques réalisées à partir de tronçons préfabriqués en chaudronnerie industrielle puis assemblés par boulonnage extérieur et/ou soudure. De telles structures laissent généralement apparaître sur leurs surfaces extérieures des parties proéminentes telles que des cordons de soudure, des têtes de boulons ou autres séquelles de réalisation. Ce qui peut être à la rigueur acceptable pour une structure au sein d'un site industriel ou dans un contexte purement industriel: une cheminée d'usine, un pylône, ne l'est plus lorsque la structure en question doit aussi remplir une fonction esthétique. Le problème se pose d'ailleurs de manière aiguë si l'on prévoit de décorer cette structure. Or les techniques actuelles de fabrication ne permettent d'obtenir à des coûts acceptables des structures autostables métalliques exemptes de toute séquelle de fabrication et de montage. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant une structure autostable très élancée constituée d'éléments métalliques tronconiques reliés entre eux par des moyens de fixation inter-éléments, qui puisse allier de hautes performances mécaniques et une apparence extérieure permettant un projet esthétique. Suivant l'invention, les moyens de fixation interéléments sont agencés à l'intérieur de ladite structure de sorte que la surface extérieure de celle-ci ne présente pas de discontinuité ou proéminence significative aux interfaces entre lesdits éléments tronconiques. Ainsi, la surface extérieure de la structure autostable peut être directement traitée pour un habillage à caractère décoratif ou esthétique, et cette structure peut alors d'inscrire harmonieusement dans un environnement ou paysage. Dans un mode de réalisation préféré, les moyens de fixation inter-éléments comprennent des boulons intérieurs répartis sur les périphéries intérieures des éléments tronconiques. En particulier, chaque élément tronconique comprend à chacune de ses extrémités une couronne intérieure percée d'un ensemble de trous d'axe sensiblement parallèle à l'axe de la structure et régulièrement répartis pour recevoir les boulons de fixation. Selon une autre caractéristique d'une structure autostable selon l'invention dont un premier élément tronconique de base est pourvu d'une couronne d'embase fixée à un socle ou massif par des moyens ancrage, ces moyens d'ancrage comprennent au moins deux ensembles de tiges boulonnées concentriques disposés de part et d'autre de la fibre neutre de la couronne d'embase. La fibre neutre définit la partie de l'ancrage travaillant d'une part à la compression sur le massif et en traction sur les tiges d'ancrage. On a constaté en effet que, lors de la construction de l'élément tronconique de base, la couronne de base se galbe d'une manière irréversible du fait du retrait des goussets de renfort placés au droit de chaque tige d'ancrage, ce qui a pour effet de ne plus assurer une adhérence uniforme de cette couronne de base contre le socle. La mise en oeuvre de deux ensembles de tiges concentriques a permis de résoudre ce problème et d'obtenir des performances mécaniques remarquables. Ce mode d'ancrage permet en outre de diminuer les coûts de fabrication d'une structure autostable. En effet, on évite ainsi le recours à des bandes doubles couronnes supérieures qui sont normalement utilisées pour reprendre les effets de serrage et les efforts de traction sur les tiges d'ancrage dans la portion semicirculaire délimitée par la position de la fibre neutre et travaillant en traction par l'intermédiaire des seules tiges d'ancrage. Pour assurer à la fois une protection contre la corrosion et un support décoratif, une structure selon l'invention comprend en outre, sur la surface extérieure de ses éléments tronconiques, un stratifié de verre et de résine qui est de préférence recouvert d'une couche de peinture, par exemple une peinture polyuréthanne. Une structure autostable selon l'invention peut avoir de multiples fonctions. Une première fonction peut être celle de signal, d'indicateur, de référence dans un paysage ou dans un site. Une seconde fonction peut être celle d'un support pour des équipements de télécommunication. Une troisième fonction peut être celle d'un support pour des équipements de distribution d'énergie. Au delà des fonctions qui viennent d'être évoquées, bien d'autres fonctions peuvent être envisagées. Du fait de la forme très élancée et de la hauteur généralement élevées de ces structures selon l'invention, il est hautement souhaitable sinon indispensable dans certaines applications de munir la structure d'un équipement parafoudre. Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé pour réaliser une structure autostable selon l'invention, à partir d'éléments tronconiques métalliques préalablement fabriqués qui sont ensuite assemblés sur site, caractérisé en ce qu'il comprend une suite d'étapes d'assemblage au cours de chacune desquelles on effectue des opérations de fixation interne d'un élément tronconique avec un élément adjacent. Dans une forme préférée de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, au cours de chaque étape d'assemblage, on réalise un ensemble d'opérations de boulonnage à l'intérieur des éléments tronconiques. A titre d'exemple pratique non limitatif, les opérations de fixation interne sont réalisées par des cordistes évoluant à l'intérieur de la structure en cours de montage. Au cours de l'assemblage, on réalise initialement une opération de fixation de l'élément tronconique de base à un socle, notamment un socle de béton, à la fibre neutre de part et d'autre de la virole de base. cette opération de fixation de l'élément tronconique de base comprend un double boulonnage. Pour réaliser un revêtement approprié d'une structure autostable selon l'invention, on peut proposer de recouvrir les éléments tronconiques de la structure autostable selon l'invention, d'un revêtement réalisant une protection contre la corrosion et un habillage esthétique. Ce revêtement peut être une jaquette en matériau inoxydable ou en aluminium. Lorsqu'on opte pour un revêtement avec un complexe de verre et de résine, on effectue alors les étapes suivantes: - on applique sur la surface extérieure de chaque élément tronconique une couche d'un dérouillant décalaminant phosphatant; et - on réalise alors un frettage de cette surface extérieure par stratification d'un complexe de verre et de résine. On applique ensuite sur le stratifié de verre et de résine une couche de peinture de protection extérieure, par exemple au moyen d'un rouleau. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs - La figure 1 représente une structure autostable selon l'invention; - la figure 2A représente une vue éclatée d'une structure autostable selon l'invention, montrant un dispositif de fixation interne entre deux éléments tronconiques; - la figure 2B est une vue agrandie d'une partie du dispositif de fixation interne représenté en figure 2A; - la figure 3 illustre un mode préféré de fixation du pied d'une structure autostable selon l'invention; - la figure 4 représente une structure autostable multifonctions selon l'invention utilisée à la fois comme support de lignes de distribution d'énergie électrique et comme support d'équipements de télécommunication; et - la figure 5 représente une structure autostable selon l'invention utilisée comme support d'un équipement de télécommunication. On va maintenant décrire une structure autostable selon l'invention, en référence aux figures 1, 2A, 2B et 3. La structure autostable 1 présente une forme conique très élancée et est constituée de plusieurs éléments tronconiques la, lb, lc et id réalisés par exemple à partir de tôles d'acier. L'élément tronconique supérieur id est muni à son extrémité d'un équipement parafoudre 2 ou peut constituer lui-même un parafoudre. L'élément tronconique de base la, constituant une virole de base, comporte une couronne d'embase 3 en acier fixée à un socle 4, par exemple un massif en béton. Les éléments tronconiques la, lb, lc et id sont reliés entre eux par des dispositifs de fixation internes agencés de telle façon que les interfaces entre éléments Iab, Ibc et Icd ne présentent aucune discontinuité ou proéminence. En référence aux figures 2A et 2B qui représentent un dispositif de fixation interne 12, chaque élément tronconique ic, id comprend à ses extrémités respectives une couronne intérieure 6c, 6d percée de trous 7c, 7d prévus pour recevoir des boulons 10, 11. Lorsque les deux éléments tronconiques lc, id sont assemblés, les deux couronnes 6c, 6d viennent en contact étroit à l'interface Icd et font fonction de brides de fixation. Ces couronnes intérieures sont de préférence pourvues de goussets 8c, 8d pour renforcer le dispositif de fixation 12. Dans un mode préféré de réalisation, chaque élément tronconique lc, id est revêtu d'un stratifié de complexe verre-résine (CVR) 5 sur lequel est appliquée une couche de peinture polyuréthanne. Pour assurer la liaison électrique entre le dispositif parafoudre 2 et la terre, on prévoit à chaque interface plusieurs tresses de liaison 9, par exemple trois tresses réparties à 120 degrés sur la périphérie intérieure des éléments tronconiques métalliques. Ces tresses 9 ont leurs extrémités 9c, 9d soudées aux parois intérieures éléments tronconiques métalliques respectifs ic, id de part et d'autre de l'interface Icd. On va maintenant décrire un mode préféré de fixation de l'élément de base la de la structure autostable 1 selon l'invention au socle 4. L'élément tronconique de base la comporte une couronne d'embase 3 reposant sur un socle ou massif 4 en béton. La couronne d'embase 3 est fixée au massif 4 au moyen de deux ensemble de tiges d'ancrage boulonnées 21, 22, concentriques par rapport à l'axe vertical de la structure autostable 1. Ce double boulonnage est réalisé de part et d'autre de la fibre neutre de la couronne d'embase 3 de manière à assurer une parfaite assise. On peut, à titre d'exemple non limitatif, utiliser, sur des diamètres respectifs de 1420 mm et de 1180 mm, deux ensembles de 24 tiges boulonnées d'une longueur de 800 mm réparties régulièrement sur le pourtour d'une couronne d'embase ayant une épaisseur de 100 mm. On peut prévoir de nombreux types de revêtement externe d'une structure autostable selon l'invention. En particulier, les éléments tronconiques peuvent être revêtus d'une jaquette en aluminium, ou d'une jaquette en inox poli brossé. Mais un mode avantageux de revêtement consiste à recouvrir les éléments tronconiques d'un stratifié de complexe verre-résine en mettant en oeuvre un procédé de frettage. Le revêtement de la structure autostable par un stratifié CVR (complexe verre-résine) permet d'atteindre des épaisseurs supérieures au millimètre et d'obtenir une résistance mécanique avec un très bon rapport qualité/prix, ce que ne peut procurer les procédés de peinture avec trois couches de polyuréthanne. Ce revêtement est réalisé par un procédé de frettage mis en oeuvre sur les éléments tronconiques avant montage. On effectue les étapes suivantes: - on applique sur la surface extérieure de chaque élément tronconique une couche d'un produit dérouillant décalaminant phosphatant, par exemple du DERCAM, - on réalise un frettage par stratification d'un complexe de verre et de résine polyester, - on applique une couche de peinture polyuréthanne sur le stratifié, en vue d'assurer une protection extérieure en réalisant une barrière anti-corrosion. A titre d'exemple pratique de réalisation du stratifié de verre et de résine, on a utilisé pour la matrice, une résine polyester insaturée standard, thixotropée, préaccélérée. Le catalyseur est par exemple du péroxyde de méthyle éthyle cétone. Le renfort est un mat de verre liant émulsion. Un stratifié de 450 gr/m2 conduit à une épaisseur d'environ 1,3 mm. On peut également prévoir, en fonction des demandes des opérateurs de ces structures, une résine auto-extinguible. Un tel revêtement protège la structure autostable selon l'invention contre tout risque de corrosion, même en atmosphère marine, ou en atmosphère chargée d'anhydre sulfureux ou à forte condensation. On va maintenant décrire un mode particulier de réalisation d'une structure autostable selon l'invention. Après une phase initiale de conception effectuée à partir d'un cahier des charges, les éléments tronconiques sont fabriqués en chaudronnerie. Ils sont ensuite recouverts d'un revêtement, par exemple d'un stratifié de complexe verre-résine par procédé de frettage comme cela vient d'être décrit précédemment. L'élément tronconique de base est pourvu d'une couronne d'embase et tous les éléments tronconiques sont munis de brides de fixation internes. Les phases de montage sur site comprennent: - la préparation et la réalisation préalable d'un socle, - la pose de l'élément tronconique de base et la fixation de sa couronne d'embase par double boulonnage, - la pose de l'élément tronconique suivant et sa fixation à l'élément tronconique de base par boulonnage interne; cette opération est de préférence réalisée par des cordistes. Cette opération de pose et de fixation est répétée pour chaque élément tronconique suivant jusqu'à l'élément tronconique de tête. Au cours de chaque étape de fixation interne, les cordistes mettent en place et soudent les tresses de liaison électrique parafoudre. Lorsque l'érection de la structure autostable est achevée, on installe, en fonction de l'utilisation finale de cette structure, les équipements techniques appropriés, par exemple des équipements de télécommunication (téléphonie mobile, relais, antennes) ou des équipements de distribution d'énergie électrique. On peut également prévoir que ces équipements soient pré-installés sur un élément tronconique avant son montage sur site. Par ailleurs, les éléments tronconiques peuvent être peints et décorés avant installation ou directement après érection. On peut par exemple mettre en oeuvre des structures autostables selon l'invention pour réaliser des émetteurs de télécommunication de plusieurs dizaines de mètres de haut, comme l'illustrent les figures 4 et 5. Ainsi, on peut concevoir dans le cadre de la présente invention une structure autostable multifonctions 40 supportant à la fois un système 42 de support d'isolateurs 43 de lignes de distribution d'énergie électrique 44 et un équipement de télécommunication 41. Une structure autostable 50 peut aussi être utilisée pour supporter un ensemble 51 d'équipements de télécommunication 52 sur lesquels des agents peuvent éventuellement intervenir à partir d'une plate-forme suspendue 53 accessible au moyens d'une échelle de sécurité 54. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, la forme et le nombre d'éléments tronconiques constituant une structure selon l'invention ne constituent pas une limitation. Il en est de même pour le nombre de boulons mis en oeuvre à chaque interface ou pour la couronne d'embase. REVENDICATIONS 1. Structure autostable élancée (1, 40, 50) constituée d'un ensemble d'éléments tronconiques métalliques (la, lb, lc) reliés entre eux par des moyens de fixation inter-éléments (Iab, Ibc, Icd), caractérisée en ce que les moyens de fixation interéléments (12) sont agencés à l'intérieur de ladite structure (1, 40, 50) de sorte que la surface extérieure de celle-ci ne présente pas de discontinuité ou proéminence significative aux interfaces (Iab, Ibc, Icd) entre lesdits éléments tronconiques (la, lb, lc). 2. Structure (1) selon la revendications 1, caractérisée en ce que les moyens de fixation interéléments (12) comprennent des brides internes réparties sur la paroi intérieure (13c, 13d) des éléments tronconiques (tic, nid). 3. Structure (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque élément tronconique (lc, ld) comprend à chacune de ses extrémités une couronne intérieure (6c, 6d) percée d'un ensemble de trous (7c, 7d) régulièrement répartis pour recevoir les boulons de fixation (10, 11). 4. Structure (1) selon l'une des revendications précédentes, dont un premier élément tronconique de base (la) est pourvu d'une couronne d'embase fixée à un socle (30) par des moyens d'ancrage (21, 22, 25, 26), caractérisée en ce que ces moyens d'ancrage (21, 22, 25, 26) comprennent au moins deux ensembles de tiges boulonnées concentriques disposées de part et d'autre de la fibre neutre de la couronne d'embase. 5. Structure (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre, sur la surface extérieure (6) de ses éléments tronconiques (la, lb, ic, nid), un stratifié de verre et de résine (5). 6. Structure (1) selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre, sur le stratifié de verre et de résine (5), une couche de peinture faisant protection extérieure. 7. Structure (40, 50) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens (41, 51) pour porter des équipements de communications. 8. Structure (40) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens (42) pour porter des équipements (43) de distribution d'énergie électrique. 9. Structure (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens de parafoudre (2). 10. Procédé pour réaliser une structure autostable (1, 40, 50) selon l'une des revendications précédentes, à partir d'éléments tronconiques métalliques (la, lb, lc, ld) préalablement fabriqués qui sont ensuite assemblés sur site, caractérisé en ce qu'il comprend une suite d'étapes d'assemblage des éléments tronconiques (la, lb, lo, ld) au cours de chacune desquelles on effectue des opérations de fixation interne d'un élément tronconique (lc) avec un élément tronconique adjacent (li). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'au cours de chaque étape d'assemblage, on réalise un ensemble d'opérations de boulonnage à l'intérieur des éléments tronconiques (la, lb, ic, nid). 12. Procédé selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce qu'on réalise initialement une opération de fixation de l'élément tronconique de base (la) à un socle (30), par un double boulonnage de part et d'autre de la fibre neutre de la couronne d'embase. 13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'on recouvre les éléments tronconiques (la, lb, lc, ld) de la structure autostable (1) d'un revêtement réalisant une protection contre la corrosion et un habillage esthétique. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'on recouvre la structure autostable d'une jaquette en matériau inoxydable. 15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'on recouvre la structure autostable (1) avec un stratifié de verre-résine (5). 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que, pour recouvrir la structure autostable (1) avec un stratifié de verre-résine (5), on effectue les étapes suivantes: - on applique sur la surface extérieure de chaque élément tronconique (la, lb, lc, ld) une couche d'un dérouillant décalaminant phosphatant; - on réalise alors un frettage de cette surface extérieure par stratification d'un complexe de verre et de résine. 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'on applique sur le stratifié de verre et de résine (5) une couche de peinture de protection extérieure.