Brevet FR2857385A1 — publié le 20050114

La présente invention concerne un procédé de fabrication et de mise 5 en place d'une passerelle en matériau obtenu par pultrusion. Par le terme "passerelle", on entend aussi bien un pont de dimensions réduites destiné exclusivement à un usage piéton, qu'un pont de dimensions plus importantes, destiné à être franchi par des véhicules à moteur. On connaît la technique de pultrusion qui consiste à forcer à travers une filière des mèches de fibres de verre continues, préalablement imprégnées de résine polyester, afin d'obtenir des profilés de forme simple ou des plaques ondulées (définition du Dictionnaire des Industries Edition de 1986). De tels profilés présentent un certain nombre de caractéristiques intéressantes. Ainsi, ils présentent une excellente tenue chimique, notamment à l'eau de mer, aux intempéries, etc. Par ailleurs, ils sont d'une grande légèreté, en comparaison avec l'acier. De plus, ils présentent une forte résistance mécanique, supérieure à celle de l'acier courant. Mais ces profilés en matériau pultrudé, bien que très résistants à la rupture, sont extrêmement flexibles. Dans ces conditions, l'usage de profilés pultrudés dans le domaine de la construction de ponts ou de passerelles est à ce jour très limité. Les passerelles actuelles en faisant usage se caractérisent essentiellement par l'emploi de profilés à section en "I" surdimensionnés, ou employant des techniques de ponts suspendus, ce qui nécessite l'utilisation de nombreuses pièces et grève considérablement le prix de revient de l'ouvrage. L'état de la technique en matière de brevets connu du présent demandeur est illustré par les documents FR-A-2 570 400, FR-A-2 636 082, et US-A-5 644 888. La présente invention a pour but de résoudre ces difficultés en proposant un procédé de fabrication et de mise en place d'une passerelle en matériaux obtenus par pultrusion, qui soit simple, qui conduise à une structure de passerelle qui soit la plus légère et la plus élémentaire possible, tout en résistant au mieux à la flexion. Ce procédé de fabrication et de mise en place d'une passerelle en matériaux obtenus par pultrusion, cette passerelle étant constituée d'au moins deux poutres parallèles dont les extrémités opposées sont en appui sur les rives de l'obstacle à franchir, et sur lesquelles repose un tablier, se caractérise essentiellement par le fait qu'il consiste à mettre en oeuvre les étapes suivantes: a) mise en forme de chacune des dites poutres par superposition longitudinale d'un ensemble d'au moins deux profilés identiques ou différents, collage mutuel de leurs faces planes en regard l'une de l'autre, ces poutres reposant seulement sur des appuis à leurs extrémités, et application d'une charge prédéterminée dite de précontrainte - formant contrainte en flexion sur cet ensemble en cours de collage, et visant à lui impartir une flèche prédéterminée; b) enlèvement de ladite charge lorsque la colle a réalisé sa prise, de sorte que l'on obtient une poutre cintrée présentant une flèche prédéterminée; c) application, sur chacune des poutres, d'une précharge formant contrainte en flexion vers le bas, de manière à obtenir une poutre horizontale ou légèrement courbe; d) suppression de la précharge et remplacement par un système de 15 retenue en position; e) pose du tablier sur lesdites poutres; f) mise en place de la passerelle ainsi constituée au dessus de l'obstacle, de manière à ce que ses extrémités s'appuient sur ses rives, que sa concavité éventuelle soit tournée vers l'obstacle, et solidarisation éventuelle dudit système de retenue aux rives ou au fond de l'obstacle; de sorte que ladite passerelle ne subit aucune déformation en flexion pour toute charge qu'elle serait amenée à supporter, de valeur inférieure ou égale à la valeur de la précontrainte. 1 La réalisation d'une passerelle selon le procédé de l'invention est 25 donc rendue possible par le fait que l'on utilise des poutres extrêmement résistantes à la flexion à partir de profilés extrêmement flexibles. Cela s'explique par le fait que l'on applique à ces poutres en cours de collage, une précontrainte afin de limiter leur flexion. Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques 30 additionnelles possibles, mais non limitatives, de la présente invention: - on utilise des profilés à section polygonale; - on utilise des profilés pleins; on utilise des profilés creux, notamment à section carrée; - on interpose au moins une cale de séparation entre les faces à 35 coller desdits profilés; - ladite cale est obtenue par rabotage partiel de la face à coller d'au moins un des deux profilés; - on utilise une colle à allongement faible et résistance au cisaillement élevée; - le tablier est constitué de plaques de caillebotis; - les extrémités des poutres sont fixées aux rives de l'obstacle; - le système de retenue en position consiste en au moins un tirant; - ledit tirant est disposé verticalement et est solidaire, d'une part de la poutre dans sa région médiane et, d'autre part, du fond de l'obstacle; - on utilise deux tirants solidaires de la poutre dans sa région médiane, dirigés latéralement et vers le bas,et rattachés à la zone de jonction entre l'obstacle et les rives; - la passerelle est équipée d'un garde-corps, ledit tirant étant solidaire de ce garde-corps; - le garde-corps de la passerelle est équipé d'un poteau central, et l'on utilise des tirants solidaires du poteau et dirigés latéralement et vers le bas, rattachés aux extrémités opposées des poutres. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description et des dessins annexés qui en représentent, à titre d'exemple non 20 limitatif, des modes de réalisation préférentiels. Sur ces dessins: - la figure 1 est un schéma destiné à illustrer le comportement d'une poutre obtenue par pultrusion, reposant sur des appuis d'extrémité, avant application de toute charge; - la figure 2 est un schéma similaire à celui de la figure 1, illustrant le comportement de la poutre, dès lors qu'on y applique une charge; - la figure 3 est un schéma illustrant la déformation d'une poutre obtenue par superposition et collage de deux profilés identiques obtenus par pultrusion, tout en appliquant à cet ensemble une charge prédéfinie; - les figures 4A et 4B sont des vues de la section droite d'un profilé constitutif de la poutre, avant et après traitement de l'une de ses faces; - la figure 5 est un schéma de principe illustrant le montage employé pour coller deux profilés identiques ensemble et les maintenir en position; - la figure 6 est un schéma destiné à illustrer le comportement de la 35 poutre, après séchage de la colle et enlèvement de la charge; - les figures 7 à 9 sont des schémas destinés à illustrer respectivement le comportement d'une poutre avant application du procédé, sous charge nominale et après application du procédé, la charge étant supprimée et un appui ajouté ; - la figure 10 est une vue simplifiée, de dessus, d'une passerelle obtenue conformément au procédé selon l'invention; - les figures 11 à 14 sont des vues de côté de quatre formes de réalisation de ladite passerelle. La réalisation du procédé selon l'invention nécessite quelques calculs préalables qui seront détaillés ci-après. On se place ici dans l'hypothèse de la réalisation d'une passerelle dont les poutres sont chacune constituées d'un ensemble de deux profilés creux à section carrée, collés l'un sur l'autre. Bien entendu, d'autres types de profilés, par exemple des profilés pleins rectangulaires, ou des profilés en forme de "I", sont également utilisables et les calculs détaillés ci-après seront adaptés à ceux-ci, comme cela est bien connu de l'homme du métier. Dans l'exemple qui va suivre et conformément à la figure 1, on se propose de réaliser une poutre d'une longueur L de 6 mètres qui doit résister à une charge ponctuelle F égale à 5 000 newtons dirigée verticalement et vers le bas, à 3 mètres des extrémités de la poutre P, sans fléchir. La poutre P repose seulement sur deux appuis simples A, soit un sous chacune de ses extrémités. On se retrouve alors dans la situation de la figure 1. On calcule alors le moment de flexion maximum Mfmax de la poutre, 25 qui est donné par la relation suivante: F L Mfmax = = 7500Nm Moment quadratique de la poutre (IGZ) est Mf. De plus, le rapport >_ Distance à la fibre neutre (V) Rpe Rpe étant la résistance plastique élastique et égale à 450 MPa pour le matériau pultrudé verre/polyester utilisé ici. Ce rapport ou module de flexion IV doit donc satisfaire à la relation IGZ > 1,65.10-5 m3 V Pour une poutre P réalisée à partir de deux tubes creux de section carrée, superposés et collés l'un à l'autre, avec une épaisseur de paroi e de 5 mm de et des côtés de 50 mm, on a alors: IGZ =7.10-5m3. V On constate que cette valeur est bien supérieure à celle calculée précédemment. Elle est donc tout à fait acceptable. Une poutre telle que celle exemplifiée ci-dessus, placée dans ces conditions, fléchirait (conformément au schéma de la figure 2), selon la relation ci-dessous: F 5000 x 63 Y' 48E IGZ 48 x 30.109 x l,74.10-6 = -4,31.10 ' m, soit 431 mm avec yc = flèche de la poutre et E = module de Young. Par expérience, on sait que la poutre a un retrait d'environ 20 % après polymérisation de la colle (voir ci-après) et suppression de l'effort de précontrainte. Il convient donc d'ajouter 25 % à ce résultat pour obtenir la bonne valeur de la flèche yc, soit yc = 431 x 1,25 = 538,75 mm. On peut alors facilement estimer l'effort nécessaire à l'obtention de la flèche yc, puisqu'il est égal à deux fois l'effort nécessaire pour donner cette flèche à une poutre constituée d'un seul profilé. F.L3 Pour un profilé yc = - , d'où 48 E IGZ = 48yc EIGZ =1108,28N L 3 F Il est donc nécessaire d'appliquer une charge d'environ 2216,6 N pour l'obtention de la flèche telle que définie plus haut. On notera que ce résultat peut être obtenu par le simple rapport des moments quadratiques de la poutre finie et de la somme de ceux des profilés qui la 25 constituent. IGZ poutre finie 174x10-6 On a donc: _ =2,82. 2 x IGZ profilé constituant 2x0,309x10-6 On divise alors l'effort d'origine (augmenté de 25 %, la flèche étant directement proportionnelle à la charge) par ce rapport et on obtient directement l'effort F nécessaire. F Ainsi, 5000 x 1,25 = 2216,6N Les poutres sont mises en forme conformément à la figure 3, par superposition longitudinale d'un ensemble d'au moins (?) deux profilés identiques 1 et 1' et collage mutuel de leur face plane en regard l'une de l'autre, ces poutres reposant seulement sur des appuis A par leurs extrémités, et application d'une charge prédéterminée. Comme indiqué plus haut, on utilise ici des profilés creux 1 et 1' de section carrée. De manière à ce que, après enlèvement de la charge prédéterminée, on obtienne le minimum de retour de la poutre par déformation élastique, il convient de choisir une colle à allongement très faible, avec une résistance au cisaillement élevée. Des colles méthacrylates satisfont à ces caractéristiques et notamment la colle MA 310 de la Société PLEXUS (Groupe ITW). De manière à garantir une épaisseur de joint de colle constante entre 15 les profilés, il peut être avantageux d'intercaler entre eux une cale, de manière à conserver un écartement mutuel rigoureusement constant. On réalise alors un ponçage d'une des parois 12 de manière à ne conserver qu'une "veine" longitudinale 11 formant surépaisseur (les parties poncées étant référencées 10 à la figure 4A). Cette "veine" 11 va alors constituer la moitié de la cale 13 que l'on souhaite mettre en oeuvre entre les deux profilés. A titre indicatif, sur un profilé carré tel que décrit plus haut, on laissera une veine de 10 mm de largeur et on poncera la paroi de 0,4 mm, de manière à pouvoir utiliser un joint de colle de 0,8 mm (soit la hauteur totale de la 25 cale 13), ce qui correspond aux préconisations du fabricant. Le collage des deux poutres se fait selon le schéma présenté à la figure 5. Il est à noter que l'épaisseur de la cale 13 qui sépare les deux profilés 1 et 1' a été volontairement augmentée de manière à pouvoir bien visualiser le joint 30 de colle C. Du fait que cet ensemble de poutres est mis sous charge, il existe un risque de glissement latéral des profilés l'un par rapport à l'autre. C'est la raison pour laquelle on utilise des guides référencés 2 et 3 à la figure 5. Dans le cas présent, la mise en place de guides 2 et 3 tous les deux mètres suffit. Lorsque l'on a poncé, nettoyé, dégraissé à l'acétone, encollé les profilés et disposé les guides, puis mis l'ensemble sous charge, on peut alors ajouter des serre-joints sur toute la longueur de la poutre pour assurer une bonne homogénéité du serrage du joint de colle. On attend alors la polymérisation de la colle. Celle-ci est annoncée par le fabricant comme intervenant au bout de 35 minutes pour 75 % de la 5 résistance, si la température ambiante est de 23 C. De préférence, on attendra plutôt une à deux heures (en fonction des conditions de température de l'atelier) puis on retirera les serre joints, les guides et enfin la charge. Du fait de l'enlèvement de cette charge, on constate un retrait de la 10 poutre, celle-ci passant de la position représentée en traits interrompus à la figure 6 à celle représentée en trait continu. Pour ramener cette poutre à une forme telle qu'elle présente une flèche nulle, il est nécessaire d'y appliquer une charge de sorte qu'elle reste dans son domaine élastique (pas de déformation résiduelle si on supprime la charge), puis à appliquer un système de maintien dans cette position avant de supprimer la charge. Cette poutre continuera alors à présenter une flèche nulle si on la charge dans le même sens que la charge d'origine, depuis une charge nulle jusqu'à la valeur de précharge. Audelà, on aura alors une flèche proportionnelle à la différence entre la charge appliquée et la charge d'origine. Cela est illustré par les figures 7 à 9 dans lesquelles la figure 7 montre la poutre cintrée, sans charge, la figure 8 représente la poutre mise en flèche nulle par ajout d'une charge nominale, tandis que la figure 9 montre la même poutre soumise à une charge inférieure à ladite charge nominale. Dans la pratique, on applique alors sur les poutres cintrées P une 25 précharge formant contrainte en flexion vers le bas, de manière à obtenir des poutres horizontales ou légèrement courbes. On supprime alors la précharge, de manière à la remplacer par un système de retenue en position, tel qu'au moins un tirant. On pose alors, selon l'étape e) du procédé, le tablier B de la passerelle. Dans le mode de réalisation illustré ici, il s'agit de plaques de caillebotis 5, réalisées également en matériau pultrudé, qui sont fixées par tout moyen connu de l'homme de métier, à la face supérieure des poutres P. La passerelle ainsi constituée est alors mise en place au dessus de l'obstacle, de manière à ce que ses extrémités s'appuient sur ses rives et que sa concavité éventuelle soit tournée vers l'obstacle. Eventuellement, on rend le ou les tirant(s) solidaire(s) des rives de l'obstacle ou au fond de ce dernier. Selon la réalisation de la figure 11, ce tirant T est disposé verticalement et est solidaire, d'une part des poutres de la passerelle dans leur région médiane, et d'autre part du fond de l'obstacle. Une liaison par vis et écrou ou tout autre moyen est envisageable. Selon le mode de réalisation de la figure 13, on utilise deux tirants T solidaires des poutres P dans leur région médiane, dirigés latéralement et vers le bas, et rattachés à la zone de jonction entre l'obstacle O et les rives R. Dans la forme de réalisation de la figure 12, chaque poutre est équipée d'un poteau central 6 et deux tirants T sont solidaires de ce poteau. Ces tirants sont dirigés latéralement et vers le bas, et sont rattachés aux extrémités opposées des poutres. Quand la passerelle intègre un garde-corps tel que celui référencé 7 à la figure 14, les tirants T peuvent être intégrés dans ce dernier de manière à ne pas affecter l'esthétique de l'ouvrage. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication et de mise en place d'une passerelle en matériau obtenu par pultrusion, cette passerelle étant constituée d'au moins deux poutres (P) parallèles dont les extrémités opposées sont en appui sur les rives (R) de l'obstacle (0) à franchir, et sur lesquelles repose un tablier (B), caractérisé par le fait qu'il consiste à mettre en oeuvre les étapes suivantes: a) mise en forme de chacune des dites poutres (P) par superposition longitudinale d'un ensemble d'au moins deux profilés (1,1') identiques ou différents, collage mutuel de leurs faces planes (12) en regard l'une de l'autre, ces poutres reposant seulement sur des appuis (A) à leurs extrémités, et application d'une charge prédéterminée - dite de précontrainte - formant contrainte en flexion sur cet ensemble en cours de collage, et visant à lui impartir une flèche prédéterminée; b) enlèvement de ladite charge lorsque la colle a réalisé sa prise, de sorte que l'on obtient une poutre cintrée (P) présentant une flèche prédéterminée; c) application, sur chacune des poutres (P), d'une précharge formant contrainte en flexion vers le bas, de manière à obtenir une poutre horizontale ou légèrement courbe, d) suppression de la précharge et remplacement par un système de 20 retenue (T) en position; e) pose du tablier (B) sur lesdites poutres (P) ; f) mise en place de la passerelle ainsi constituée au dessus de l'obstacle (0), de manière à ce que ses extrémités s'appuient sur ses rives (R), que sa concavité éventuelle soit tournée vers l'obstacle, et solidarisation éventuelle dudit système de retenue (T) aux rives (R) ou au fond de l'obstacle (0) ; de sorte que ladite passerelle ne subit aucune déformation en flexion pour toute charge qu'elle serait amenée à supporter, de valeur inférieure ou égale à la valeur de la précontrainte. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on 30 utilise des profilés (1,1') à section polygonale. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on utilise des profilés pleins (1,1'). i0 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on utilise des profilés creux (1,1'), notamment à section carrée. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'on interpose au moins une cale (12) de séparation entre les faces (12) à 5 coller desdits profilés (1,1'). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ladite cale (13) est obtenue par rabotage partiel de la face à coller (12) d'au moins un des deux profilés (1,1'). 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 10 par le fait que l'on utilise une colle à allongement faible et résistance au cisaillement élevée. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit tablier (B) est constitué de plaques de caillebotis (5). 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les extrémités des poutres (P) sont fixées aux rives (R) de l'obstacle (0). 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le système de retenue en position consiste en au moins un tirant (T). 11. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que ledit tirant (T) est disposé verticalement et est solidaire, d'une part de la poutre (P) dans sa région médiane et, d'autre part, du fond de l'obstacle (0). 12. Procédé selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé par le fait qu'on utilise deux tirants (T) solidaires de la poutre (P) dans sa région médiane, dirigés latéralement et vers le bas,et rattachés à la zone de jonction entre 25 l'obstacle (0) et les rives (R). 13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, dans lequel ladite passerelle est équipée d'un garde-corps (7), caractérisé par le fait que ledit tirant (T) est solidaire de ce garde-corps. 14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel le garde-corps (7) de la passerelle est équipé d'un poteau central (6), caractérisé par le fait qu'on utilise des tirants (T) solidaires du poteau (6) et dirigés latéralement et vers le bas, rattachés aux extrémités opposées des poutres (P).