Brevet FR2837507A1 — publié le 20030926

dudit véhicule. - 1 La présente invention concerne, en général, l'étude et la construction de ponts et de viaducs surbaissés, utilisant les techniques de construction en voussoirs préLabriqués avec joints conjugués, assemblés par précontrainte interne ou externe, dont les portées varient entre 50 et métres. Trois techniques conçues et développés par Jean Muller sont à la base de cette invention: 1- La technique de construction de ponts en béton à voussoirs préfabriqués, avec joints coujugués, qui a été conçue et développée, depuis plus de 40 ans par Jean Muller. Des millions de mètres carrés de ponts ont été réalisés sur les cinq continents en utilisant cette technique. 2- Les techniques d'assemblage de voussoirs préfabriqués par cables de précontrainte, interne ou externe, ont aussi été conçues et développées par Jean Muller et sont couramment utilisées partout dans le monde. 3- Finalement7 I'invention enregistrée au nom de Jean Muller, en France le 5 avril 1991, avec le numéro 91 04185, et aux Etats-Unis le 3 avril 1992, avec le numéro 949,844 concernant un joint d'expansion spécial qui connecte deux parties d'un tablier de pont. Les ponts à voussoirs préfabriqués, pour les portées jusqu'à 45 mètres, sont en général étudiés et construits en utilisant des travées indépendantes sur appuis, qui sont assemblées communément, travée par travée, sur des cintres auto-lanceurs. Pour les travoes plus grandes que 45 mètres et jusqu'à 80 mètres, ces ponts sont en général construits par encorbellement ou à l'avancement, avec l'utilisation de grues ou de poutres de lancement spéciales. Entre 80 et 180 mètres, la méthode de construction préférée est celle de la construction par encorbellements successifs..-ette méthode présente des avantages en parti culi er quand le s pil es sont hautes et quand il est necessaire de respecter des gab arits routiers ou navigables sous le pont. La figure 1 A représente ce type de ponts. L'utilisation de la technique de préfabrication par vous s oirs ne s 'applique couramment que pour les p orté es inférieures à 130 mètres puisque les voussoirs deviennent trop hauts et lourds pour les plus grandes portées. La ffgure 2A présente une extension de ce concept avec des béquilles qui permettent de réduire la hauteur de tablier. Néanmoins, quand le pont est bas et qu'il n'est pas nécessaire de respecter certains gabarits, la méthode est coûteuse, lente et n'est pas bien adaptée. Le concept des ponts à béquilles, figure 2 C, a été utilisé pour les travées comprises entre 50 et 80 mètres, quand le pont est bas et quand le sol de fondation est bon. La béquille fonctionne comme un étançon incliné, essentiellement en compression, étant articulée sur la semelle de fondation ou sous le tablier. Quand ces ponts se prolongent sur plus d'une travée, -2 deux bequilles peuvent se joindre sur la méme fondation et constituer une pile en forme de V, figure 1 D. Les deux bras de cette pile sont fixés rigidement au tablier. Dans un autre concept, les béquilles sont fixées rigidement aux fondations et peuvent alors supporter un tablier continu et des articulations ou appuis sont alors prévus entre le tablier et la pile en V. Un tirant liant en haut les deux bras peut aussi être prévu et dans ce cas, le tablier continu est indépendant des piles, figure 1 E. Le concept des ponts à béquilles présente des difficultés de construction et d'entretien et ne peut étre adopté que dans les cas ou le rapport entre la longueur de la travée et la hauteur du pont est appropriée. Par ailleurs sa prétabrication n'est pas facile. IJne autre solution qui peut être considérce pour les ponts surbaissés avec des travées entre 50 et 180 métres, est celle du pont à arches multiples qui est très appréciée par ses qualités esthétiques, figure 1 F. Dans ce type de pont, il y a deux éléments structuraux principaux, le tablier du pont qui recoit les charges et l'arc qui transLert ces charges vers les fondations, essentiellement en compression. Pour que de telles structures fonctionnent comme des arches, il faut qu'un rapport minimum entre la flèche et la lS travée soit respecté et que les fondations soient capables de prendre lapoussée de l'arc, sans déformations. Si ces deux conditions très contraignantes ne sont pas respectées, le concept n'est pas applicable. Par ailleurs la préfabrication de ce type de ponts n'est pas courante. Les solutions précèdentes ne sont pas, en général, complètement préfabriquées et ne sont pas bien adaptées pour les régions sismiques. Elles présentent toutes, des problémes liés aux déformations à court et à long terme des structures et au comportement des appuis et des joints de dilatation, conditionnés par ces déformations. n en découle de ces considérations qu'il y a un besoin d'un nouveau type de pont surbaissé, qui pourrait étre entièrement prétabriqué, dont la hauteur, sur le sol ou sur I'eau, varierait entre 10 et 30 mètres et dont les portées varieraient entre 50 et 180 mètres, rigidement connocté aux fondations, sans appuis ou articulations, donc capable de bien résister aux efforts structurels et sismiques, et de préférence esthétiquement comparable aux ponts à arches multiples. L'objet principal de l'invention est de créer un nouveau type de structures pour les ponts et pour les viaducs surbaissés, avec des portées comprises entre 50 et 180 mètres, comparables esthétiquement aux ponts en arc, qui seraient construits exclusivement avec des voussoirs préLabriqués, à joints conjugués, assemblés par précontrainte extérieure ou intérieure, conçus rigidement avec les fondations et sans appuis ou articulations. -3 Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 2 représente une élévation générale du portique objet de 1'invention. La figure 3 représente les principaux éléments structurels d'un derniportique. La figure 4 représente le portique en élévation constitué entièrement de voussoirs S préPabriqués. La figure S représente une coupe longitudinale d'un joint de dilatation. La figure 6 représente trois coupes transversales typiques des voussoirs préLabriqués du tablier du portique. La figure 7 représente la phase initiale de construction du noyau du portique préLabriqué et la figure 7a donne un détail du dispositif d'ancrage et de réglage sur la tour. La figure 8 représente une phase de construction avancee du noyau du portique préLabriqué. La figure 9 représente la dernière phase de construction du noyau du portique. La figure 10 représente la phase de construction des ailes extérieures et intérieures IS La figure 11 représente la construction de la secondemoitié du portique, alors que la première moitié est terminée. La figure 12 représente l'application d'un déplacement à la clef du portique, avant la fermeture du joint. La figure 13 représente le portique intégrant un pont levant. La figure 14 représente le principe de la constitution d'un vieduc avec des portiques individuels. Suivant un des principaux aspects de cette invention, figure 2, un portique de base, constitué d'éléments en béton, est encastré rigidement dans les fondations et est composé de deux structures monolithiques (1), en forme de deltas invertis, en haut desquels se trouvent deux ailes structurelles, intérieures (2) et extérieures (4), les ailes intérieures se connectant au milieu pour former le portique rigide et les extérieures restant libres, en porte-à- faux, étant équipées aux deux extrnités, de joints de dilatation spéciaux (3). Ces joints, figure 3, sont conçus pour prendre les mouvements de la structure, pour transférer les forces tranchantes et aussi, quand nécessaire, pour introduire dans la structure des moments correctifs contraires à ceux crées par les effets à long terme ou pour absorber et amortir les forces sismiques. Ces joints permettent de raccorder un portique à d'autres portiques similaires, pour constituer un viaduc. Le portique de base, compris entre ces deux joints de dilatation est formé par deux éléments structurels identiques, figure 3. Chacun intègre rigidement un noyau triangulaire -4 (1) qui se composé de deux bras (la) en V et d'une section du tablier llb) liant ces bras. Deux ailes qui naissent dans ce noyau, l'aile extérieure (2) à l'extrémité de laquelle se trouve le joint de dilatation (3) et l'aile intérieure (4) qui se raccorde à l'autre aile symétrique. Les bras sont encastrés dans la fondation (6) par un massif (5). Suivant un autre aspect de cette invention, le portique de base est entièrement constitué par voussoirs prébabriqués en béton, figure 4, avec des joints coujugués entre les voussoirs, assemblés par cables de précontrainte interne ou externe. Les joints peuvent être soit secs, soit couverts de résine d'époxy. Aux deux extrémités du tablier des joints de dilatation spéciaux, figure 5, sont intégrés à l'intérieur. Les voussoirs du tablier horizontal, figure 6, sont des caissons trapézoïdaux avec des ailes et les voussoirs inclinés des bras des noyaux, sont des caissons rectangulaires. Ces bras sont rigidement encastrés dans les massifs de fondations par un block trapézoidal (5), partie intégrale de la semelle de fondation (6). Suivant un troisième aspect de cette invention, le système de montage et d'assemblage de tous les voussoirs prétabriqués constituant le portique est décrit ci dessous: 1- On réalise d'abord, figure 7, le montage et 1'assemblage d'une tour provisoire (8) qui est placée sur le block de fondation, entre les deux bras, et qui est constituée aussi de voussoirs en béton préfabriqués, à joints conjugués, assemblés par barres de précontrainte. 2- Ensuite on met en place, symétriquement, les premiers voussoirs (9) des deux bras. Les joints (10) entre le premier voussoir des bras et la base sont des joints coulés en place, permettant un adustement précis de la géométrie. Tous les autres joints des bras sont des joints coujugués. 3- On place ensuite en encorbellement, sur le haut de la tour, les voussoirs horizontaux (11) qui forment le tablier compris entre ces bras, symétriquement en partant du milieu, les deux premiers étant supportés par un dispositif de réglage et d'ancrage spécial (12) fixé à la tour. Tous les joints entre les voussoirs de cet élément de tablier sont des joints conjugués. 4- Dés que nécessaire pour assurer la stabilité des voussoirs inclinés, une série de tirants (13) estplacée et tendue, entre ces voussoirs et le dispositif placé en haut de la tour, o les tirants se chevauchent et viennent s'ancrer, figure 7a. - Dès que nécessaire pour assurer la stabilité des voussoirs du tablier placés en encorbellement, figure 8, des étancons tubulaires métalliques (14) munis de -5 vérins de réglage, sont placés entre ces voussoirs horizontaux et les voussoirs correspondants des bras, précèdemment fixés aux tirants. Par cette méthode, les étancons (14) transfèrent les charges des voussoirs du tablier (11) vers les voussoirs des bras (9), lesquelles, par les tirants (13), remontent ces charges plus celles qui leur sont propres, vers la tour provisoire (8) et donc les transférent vers les fondations (5) et (6) o elle s'appuie. 6- Le montage et l' assemblage des deux noyaux triangulaires du portique se poursuivent de la même façon jusqu'à l'endroit o les bras rencontrent le tablier. A cet endroit il y a un voussoir spécial, figure 9, qui est le voussoir du neud (15). Ce voussoir est préLabriqué en deux moitiés longitudinales, et est reconstitué et solidarisé à la structure par un joint coulé en place (16). Ala fin decetteétape,lescâbles deprécontrainte (7) et (19) assurentla stabilité des deux noyaux {1), leurrigidité et leur encastrement dans les fondations. Les étançons (14), les tirants (13) et la tour (8) sont alors démontés. La construction du portique se poursuit, figure 10, par le montage et 1'assemblage symétrique, en encorbellement, des ailes intérieure (4) et extérieure (2), jusqu'à la rencontre des deux ail es intérieures, au centre du p ortique. Des câb les de continuité (20) assurent intégrité de l 'ensemble du tablier. La figure 11 représente une phase o la construction d'une moitié du portique est terminée et la seconde moitié est en cours. Suivant un quatrième aspect de cette invention, figure 12, quand les ailes intérieures sont construites et avant de réaliser le joint coulé en place entre ces deux ailes, par l' action de vérins hydrauliques ( 1 7) placés entre les extrémités des ailes, on applique une force qui introduit un déplacement dans les deux moitiés du portique d'une valeur comparable mais de sens opposé à celle des déformations prévues dans le long terme, qui sont ainsi neutralisées. Suivant un autre aspect de cette invention, puisqu'elle s'applique essentiellement aux ponts surbaissés, quand une passe spéciale, par exemple une passe navigable, doit étre prévue avec un gabarit plus grand que celui offert par le portique de base, figure 13, ce portique de base peut étre amènage pour intogrer une travée basculante avec son contrepoids qui se logera entre les caissons du tablier fixe des deux noyaux placés de chaque coté de la travée basculante. A ce contrepoids on peut ainsi appliquer une force hydraulique vers le bas, de facon à ce que une fois fermées les deux moitiés de la travée -6 bud_ reu m_ us nsi s b1 dsm d les demons de la _6e mate. Savor _ ' de cage _-, is pa de base Impose de dab l^s y Dada, pa laj_osbn Ode d'_s po 1q sdl bane 14, pal m ma usomo Posse d's pa simians, pal m d1 c1 le e as de Pies de dermis. -7 REVENDICATIONS 1) Portique rigide et monolithique en béton, caractérisé par deux solides noyaux structurels (1) ayant la forme d'un delta inverti, dont la pointe est encastrée dans la fondation, du haut desquels noyaux extendent rigidement des deux côtés, des ailes, les ailes intérieures (4) étant connectées au centre pour former le portique et les ailes extérieures (2) restant en porte-à faux, équipées aux extrérnités, de joints d'expansion spéciaux (3), concus pour absorber les mouvements lineaires de la structure, pour transférer le tranchant et, quand nécessaire, pour amortir les forces sismiques ou pour introduire dans la structure, des moments correctifs qui s'opposeraient aux déformations et autres effets différés. 2) Portique de la revendication 1 qui est caractérisé par sa construction entièrement en voussoirs préLabriqués à joints coujugués, les joints pouvant étre soit secs soit à la résine d'époxy, assemblés par des câbles de précontrainte, extérieurs ou intérieurs. 3) Portique de la revendication 2 qui est caractérisé par deux noyaux triangulaires (1) qui se construisent de la façon suivante: - une tour provisoire (8) en voussoirs préLabriqués est montée sur le massif de fondation (5), équipée en haut d'un dispositif de réglage et d'ancrage (12). - lesvoussoirspréLabriqués (9) desbrasinclinésen V et (11) datablier horizontal, compris entre ces bras, sont montés simultanément de façon symétrique en encorbellements successifs, en partant de l' axe vers les côtés. - undispositifprovisoiredetirants (13) etd'étançons (14), placéentreles bras du noyau et le tablier, permet de transférer, pendant la construction et avant la fermeture de ce noyau triangulaire, les charges des bras et du tablier vers la tour et donc vers les fondations. 4) Noyau triangulaire de la revendication 3, caractérisé par le segment du n_ud (15), à la conuence des bras avec le tablier, qui est aussi préLabriqué à joints conjugués, mais en deux moitiés coupées longitudinalement et solidarisées, après montage, par le bétonnage du joint entre ces deux moitiés et par la précontrainte. ) Portique de la revendication 2 caractérisé par les paires d'ailes structurelles (2) et (4) qui prolongent le tablier des deux côtés des noyaux, une fois ceux-ci finis, sont montées et assemblées symétriquement en encorbellements successifs, jusqu'à la rencontre au centre des deux ailes intérieures. La connexion au centre se fait alors par le coulage en place d'un joint (17) et par la précontrainte des câbles de continuité (20) qui courent sur la longueur du tablier. 6) Noyau triangulaire de la revendication 3 caractérisé par la fixation sur un massif en béton (5), intégral avec la semelle de fondation (6), o des cables de précontrainte (19) - 8 prenant la forme d'un V sont noyés dans la masse, ces cables étant placés à l'intérieur des deux bras et s'ancrant en haut du tablier, assurant de ce fait, le monolithisme du système structural triangulé avec les fondations. 7) Portique de la revendication 5 caractérisé par l'introduction, avant de réaliser la connexion des deux ailes intérieures au centre du portique et grâce à l'action de vérins hydrauliques (18) installés dans le joint entre les deux moitiés du portique, d'un déplacement équivalent et opposé au raccourcissement prévu à long terme, conséquence du retrait et du fluage du béton, qui sont ainsi compensés. 8) Portique de la revendication 1 qui est caractérisé par 1'utilisation de facon répétitive, comme module structurel de base, permettant de réaliser un pont à travées multiples ou un viaduc, en connectant ces modules longitudinalement avec les joints d'expansion spéciaux (3) ou, pennettant de réaliser des ponts de la largeur requise, en les plaçant parallèlement et coulant en place le joint longitudinal. 9) Portique de la revendication I qui, quand il est nécessaire de respecter un gabarit spécial sur un canal de navigation, est caractérisé par 1'intégration d'un pont bascule, en remplaçant les deux ailes intérieures du portique par deux demi-travées métalliques basculantes qui tournent sur un axe ancré dans le voussoir de n_ud de chacun des noyaux triangulaires. Les contre-poids des demi-travées basculantes ont une forme telle, qu'ils se placent précisément entre les caissons du tablier fixe. Un système hydraulique logé entre la travée fe et le contre poids, permet d'amortir la fermeture du pont bascule et d'introduire, une fois le pont ferrné, un effort vertical permanent qui s'oppose aux déformations de la travée basculante. ) Portique de la revendication 2 caractérisé en ce que l'ensemble des joints entre les voussoirs étant des joints conjugués, soit secs soit à résine d'époxy, les seuls joints coulés en place sont les joints entre le massif de fondation et le premier voussoir des bras (10), entre le tablier situé sur les bras et le voussoir du n_ud (16) et entre les deux voussoirs d'extrémité des