Brevet FR2861103A1 — publié le 20050422

L'invention concerne un dispositif destiné à amortir et accompagner les chocs dus aux secousses telluriques ou des efforts brutaux déflagrants s'appliquant à des ouvrages d'art, tels que ponts et viaducs par exemple. Lors des tremblements de terre, de fortes contraintes s'appliquent aux ouvrages d'art tels que les ponts, les viaducs, les ensembles caissons, émergés ou immergés. Des mouvements latéraux, verticaux ou leur combinaison dans les trois dimensions sont à l'origine de ces contraintes, les mouvements latéraux se traduisent par l'apparition de contraintes horizontales. L'impact des secousses telluriques, ou d'autres efforts brutaux de nature déflagrante, doit être amorti par l'ouvrage qui doit pouvoir se déplacer et se déformer pour absorber les contraintes sans rupture de l'ouvrage, une telle rupture serait extrêmement dommageable à la fois pour les personnes et pour les véhicules présents sur et/ou sous l'ouvrage. La technique actuelle de construction des ouvrages d'art consiste à relier les tabliers aux piles avec des structures rigides complémentaires, solidairement fixées par des goujons, d'un côté au tablier et de l'autre à la pile, lesquelles structures complémentaires sont conçues avec un jeu important pour permettre un mouvement relatif du tablier et de la pile. Toutefois, du fait de cet assemblage, le mouvement relatif des deux parties constitutives de l'ouvrage est forcément limité au plan des contacts des parties qui sert aussi de plan de glissement. Toutes les contraintes verticales et notamment celles inhérentes aux soulèvements produits par les secousses telluriques, doivent être absorbées par les goujons de fixation, solidairement fixés aux deux parties et qui ne peuvent pas se déformer. En conséquence, lors d'un violent tremblement de terre les goujons cèdent et le tablier est désolidarisé de la pile. La technique actuelle de construction des ouvrages d'art n'autorise pas, lors des mouvements d'oscillations provoquées par un tremblement de terre ou lors de mouvements occasionnés par le passage de charges roulantes, le mouvement relatif de rotation du tablier par rapport à la pile ainsi que des mouvements relatifs complexes dans les trois dimensions comportant à la fois un soulèvement et un déplacement latéral. Par ailleurs, les structures actuelles utilisent des quantités de béton et d'armatures importantes pour tenter de protéger les ouvrages d'art contre les secousses telluriques, engendrant ainsi des surcoûts élevés de construction. L'invention a pour objet de résoudre ces principales difficultés, et propose un dispositif capable d'amortir la déformation d'un ouvrage d'art par l'utilisation de barres d'ancrage spécifiques, associées à des têtes d'ancrage articulées, permettant le mouvement de la structure et sa déformation dans les trois dimensions. Les avantages selon l'invention sont multiples, le plus important étant la grande déformabilité de la structure dans les trois dimensions sans rupture sous l'effet de contraintes violentes telles que secousses telluriques, explosions, etc... Un autre élément déterminant est la simplicité de mise en place et d'entretien du dispositif anti-soulèvement associé à un avantage économique notable par la possibilité de diminuer fortement les quantités de béton et d'armatures employées pour réaliser l'ouvrage d'art. Le dispositif selon l'invention permet également un bon usage normal de la structure, notamment par l'absorption souple des déformations régulières imposées à l'ouvrage lors de son fonctionnement, notamment lors des mouvements occasionnés par le passage de charges roulantes, en accélération ou en décélération. L'invention se rapporte à un dispositif anti-soulèvement et de maintien d'éléments constitutifs d'ouvrage d'art comportant au moins une barre d'ancrage coopérant avec au moins une tête d'ancrage, caractérisé par le fait que ladite barre d'ancrage est fabriquée avec un acier résilient disposant d'une capacité d'allongement élevée dans sa zone de déformation plastique. Par ailleurs, selon l'invention, ladite tête d'ancrage présente des moyens pour permettre un débattement angulaire de la barre d'ancrage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention se dégageront de la description qui va suivre au regard des dessins annexés qui ne sont donnés qu'à titre d'exemples non limitatifs. La figure 1 est une vue représentant l'état de la technique de construction des ouvrages d'art de type pont ou viaduc. La figure 2 est une représentation de l'invention selon un premier mode de réalisation appliqué à un pont ou un viaduc. La figure 3 est une représentation de l'invention selon un deuxième mode de réalisation appliqué à un pont ou un viaduc. La figure 4 est une courbe caractéristique d'une barre d'ancrage telle que décrite dans l'invention. La figure 5 est une représentation de la tête d'ancrage, selon une vue en coupe dans la figure 5a, et selon une vue de dessus, dans la figure 5b. La figure 6 est une représentation du dispositif selon le premier mode de réalisation de l'invention lors du remplissage de la gaine par un agent de protection contre la corrosion. La figure 7 illustre, en coupe, un deuxième mode de réalisation de l'invention selon trois positions de la barre d'ancrage, respectivement repérées 7a, 7b et 7c. La figure 8 est une représentation, en coupe, d'une tête d'ancrage selon le deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 9 illustre le mode opératoire de mise en place du dispositif sur un ouvrage d'art. La figure 10 représente une variante de l'invention selon le deuxième mode de réalisation. La présente invention concerne un dispositif anti-soulèvement et de maintien d'éléments constitutifs d'ouvrage d'art. Une des techniques actuelles permettant le maintien d'éléments d'ouvrages d'art entre eux est représentée sur la figure 1, qui montre l'association d'une pile 1 avec un tablier 2 par l'intermédiaire de deux structures complémentaires 4,5 fixées au moyen de goujons 3. En particulier, sous le tablier 2 est fixé un rail 5 en forme de C, dans lequel est prévu un autre rail 4 en 0 fixé lui sur la pile 1. Lesdits goujons, en cas de secousse tellurique, reprennent l'effort de soulèvement. Un tel dispositif empêche tout mouvement angulaire, seul un glissement est autorisé du fait du jeu entre les parties complémentaires. Une telle technique est mal adaptée pour absorber les contraintes de soulèvement et ne donne pas suffisamment de souplesse à la structure en fonctionnement normal. Comme le montre notamment la figure 2, un premier mode de réalisation de l'invention consiste à remplacer les structures complémentaires 4,5 par des appuis glissants 6 fixés sur le tablier 2 et sur la pile 1, et par un dispositif d'assemblage entre les deux éléments de la structure 1,2 constitué d'au moins une barre d'ancrage 7 et d'au moins une tête d'ancrage 8, qui permettra le maintien et l'anti-soulèvement des éléments constitutifs dudit ouvrage. Dans ce premier mode de réalisation de l'invention, dans lequel les têtes d'ancrage 8 sont placées en appuis opposés par rapport aux éléments à relier. Dans une telle configuration, en cas de secousse tellurique entraînant un fort soulèvement du tablier 2 par rapport à la pile 1, les barres d'ancrage 7 se déforment sous l'action de la contrainte, de façon réversible ou irréversible selon l'importance de celle-ci. Grâce aux appuis glissants un déplacement latéral peut être associé au 5 mouvement vertical sans risque supplémentaire pour la structure. Un deuxième mode de réalisation de l'invention est illustré sur la figure 3, dans lequel au moins une tête d'ancrage articulée 10 est fixée audessus de la pile 1 suivant un dispositif d'articulation permettant un grand débattement pour la barre d'ancrage 7. Dans cette variante, la barre d'ancrage 7 traverse un fourreau évasé 9, la tête d'ancrage articulée 10 est reliée à la pile 1 au moyen d'une barre scellée 11, scellée dans la structure. Selon les caractéristiques de l'invention, la barre d'ancrage est fabriquée avec un acier résilient disposant d'une capacité d'allongement élevée dans sa zone de déformation plastique. Plus précisément, la barre d'ancrage est constituée d'un acier traité thermiquement par induction, procédé qui offre un chauffage homogène dans la section de la barre et une reproductibilité infinie. L'ensemble, acier choisi et trempe revenu, exécuté par un procédé moderne, assure d'excellentes caractéristiques de déformation, et notamment de résilience garantie à basse température. Lesquelles propriétés sont illustrées sur la figure 4 qui montre une courbe représentant la contrainte de traction C en fonction de l'allongement A. Lorsque la contrainte appliquée C augmente la barre se déforme faiblement dans un premier temps, dans la zone "a" de la figure, et cela de manière élastique jusqu'au seuil de déformation "S". Au-delà de ce seuil la déformation devient plastique, dans la partie "b" de la courbe, et la barre s'étire fortement de manière irréversible. A titre d'exemple, avec un acier (du type 42CD4), le seuil de déformation est atteint pour 1200 Mpa et un allongement de 0.5%. Au-delà, la barre peut s'allonger sans préjudice d'au moins 11%. L'intérêt du traitement thermique par induction réside dans le fait que la barre d'acier dispose de propriétés d'allongement remarquables dans le domaine de comportement plastique, sans se rompre, si les sollicitations dues au séisme sont inférieures à celles prises en compte lors du calcul, de telles caractéristiques, notamment celles de l'acier mentionnées cidessus, sont tout à fait adaptées aux déformations engendrées par les secousses telluriques sur les ouvrages d'art. La barre s'allonge et absorbe les contraintes, l'ouvrage d'art rendu ainsi flexible peut se déplacer sans se disloquer. II convient ici de noter la capacité résiliente des barres, notamment à basse température, pour absorber l'énergie sans se rompre. La ténacité du matériau doit être à la mesure de la quantité d'énergie à absorber. Cette propriété remarquable de la barre d'ancrage n'est possible que si le dispositif de fixation, les têtes d'ancrage 8 et 10, et les extrémités de la barre sont plus résistantes que la barre elle-même. Pour atteindre l'objectif d'un accroissement important de la résistance des extrémités de la barre, un mode préféré de l'invention consiste à renforcer lesdites extrémités par une augmentation de la section d'une part par un refoulement à chaud limité des extrémités par rapport à la section courante de la barre Ensuite, on effectue un traitement thermique par induction qui permet d'atteindre une homogénéité élevée, y compris aux extrémités. En dernière phase, on procède au filetage sur machine à fileter par molettes, le laminage des filets étant un procédé basé sur le refoulement à froid; ce procédé augmente à nouveau la section filetée par rapport au diamètre primitif de 5 à 8%. La barre d'ancrage 7, telle que précédemment décrite, est fixée sur le tablier et sur la pile au moyen de têtes d'ancrages 8, 10. L'invention propose deux modes de réalisation possibles pour ces têtes d'ancrage. Selon un premier mode de réalisation la tête d'ancrage 8 prend appui sur la 5 pile ou sur la pile, selon la représentation de la figure 2, la tête d'ancrage employée est illustrée plus en détail sur la figure 5. La figure 5a montre les différents éléments constitutifs de la tête d'ancrage 8 et notamment la plaque d'appui 12 sur l'ouvrage en béton, pile ou tablier. Plus précisément dans ce cas, cette plaque d'appui 12 est percée d'un trou pour le passage de la barre, et conformée de manière à présenter une portée sphérique concave pour un écrou 13 à portée sphérique convexe, vissé sur l'extrémité de la barre d'ancrage 7. Lequel écrou 13 permet d'ajuster le jeu de la barre une fois celle-ci positionnée dans l'ouvrage. L'écrou 13 est percé de deux trous 14 permettant l'engagement des extrémités distales 151 d'au moins deux goujons 15 fixés sur un capot 16. Lesdits goujons 15 permettent un positionnement précis de la barre d'ancrage dans la structure. Les trous 14 sont dimensionnés pour ménager un jeu important avec les goujons de manière à assurer une possibilité de mouvement angulaire à l'écrou 13. Le capot 16, supportant les goujons 15, présente des moyens de fixation dudit capot sur la plaque d'appui 12, tels qu'au moyen d'une bride 17, elle-même solidarisée avec la plaque 12 par l'intermédiaire de vis 24. Ceci permet d'éviter le dévissage intempestif de l'écrou 13. Par ailleurs, comme le suggère la figure 5a, les extrémités de plus grand diamètre 152 des goujons 15 peuvent être dépassantes du capot 16 afin de pouvoir entraîner le capot, et par suite l'écrou 13, à l'aide d'une clé de serrage 30 telle que simulée à la figure 9. La vue détaillée de la figure 5a montre un orifice 18 ménagé dans la plaque permettant de relier l'espace intérieur du capot 22 avec l'espace de remplissage 23 ménagé entre la barre d'ancrage 7 et un fourreau 21 servant d'enveloppe à la barre. Ledit espace intérieur du capot et ledit espace de remplissage étant destinés à être remplis par un agent anticorrosion de type cire ou graisse. Un tel remplissage est présenté sur la figure 6. Lequel agent anticorrosion est introduit par les orifices 19 ou 20 disposés sur le pourtour ou sur le dessus du capot 16. De manière à favoriser le remplissage par gravité ou sous pression de l'agent anticorrosion dans l'espace libre, l'orifice 20 de la tête d'ancrage supérieure est ouvert, afin de fonctionner en évent. La figure 5b présente une vue de dessus du capot 16 qui montre les différents points de fixation au moyen des vis 24 sur la plaque, le positionnement relatif des goujons 15 et de l'évent 20. Le premier mode de réalisation de l'invention précité peut cependant ne pas être satisfaisant pour tous les cas de montage d'éléments bétonnés de tailles très importantes, et notamment par exemple en raison d'erreurs d'alignement des éléments entre eux. II a donc été imaginé un deuxième mode de réalisation, représenté sur les figures 3, 7 et 8, dans lequel la tête d'ancrage 10 est apposée sur le dessus de la pile et reliée fermement à celle-ci au moyen d'une barre scellée 11 dans le béton de ladite pile. La tête d'ancrage 10 se présente légèrement différemment de la tête d'ancrage 8 mais fonctionne de manière identique. Selon l'invention au moins une tête d'ancrage présente des moyens pour 25 permettre un débattement angulaire de la barre d'ancrage 7. Un grand débattement de la barre d'ancrage est autorisé dans les deux modes de réalisation de l'invention. Lequel débattement peut atteindre dans des configurations extrêmes des angles importants d'inclinaison par rapport à la verticale. Les paramètres qui régissent le débattement angulaire de la barre sont fixés par la forme de l'élément à portée sphérique concave 12, 26 et de l'écrou 13 à portée convexe, par la longueur de la barre 7 et le diamètre du canal de percement dans lequel est introduite la barre ainsi que par le jeu autorisé selon le positionnement des goujons 15 dans les trous 14 de l'écrou 13. Plus précisément, les figures 7a et 7c représentent le deuxième mode de réalisation de l'invention selon des inclinaisons extrêmes et le positionnement des écrous 13 dans ces configurations. Les différentes figures 7a, 7b, 7c illustrent le positionnement relatif de la barre scellée 11 et de la tête d'ancrage 10, laquelle tête comporte les différents éléments essentiels suivants: l'écrou 13 positionné dans une chambre 26 à portée sphérique concave vissée sur la barre d'ancrage 7. Laquelle barre d'ancrage 7 passe au travers d'un fourreau évasé représenté sur la figure 3 pour se fixer sur une tête d'ancrage 8, telle que précédemment décrite, au moyen d'un écrou 13. De manière à isoler la tête d'ancrage de l'atmosphère extérieure, il est prévu un soufflet 27, ou gaine thermo-rétractable étanche, permettant le remplissage complet de l'espace intérieur avec un agent de protection de type cire ou graisse, lequel soufflet est refermé sur la barre d'ancrage 7 selon un scellage adapté (figure 7). La tête d'ancrage 10 se distingue de la tête d'ancrage 8 par le fait que l'écrou 13 est configuré pour s'articuler et être relié avec la tige scellée 11 au moyen d'une chambre 26 à portée sphérique concave. Dans cette configuration, les goujons sont positionnés sur une bague 28 coaxiale avec la barre scellée et vissée sur celle-ci tel que cela est représenté dans les différentes figures 7 et sur la figure 8. Plus précisément la figure 8 illustre le détail de la tête d'ancrage 10 sans le soufflet 27 et notamment l'agencement relatif de l'écrou 13 percé de trous 14 destinés à accueillir les goujons 15, suivant un principe fonctionnel identique à celui de la tête d'ancrage 8. Lesquels goujons sont fixés sur une bague 28 vissée sur la tige scellée 11. Cet ensemble étant solidarisé également par vissage avec la chambre 26. La chambre 26, représentée partiellement sur la figure 8, est conformée pour disposer d'une portée sphérique concave pour l'appui de l'écrou 13. Cette chambre 26 est vissée sur la bague 28, les filetages et les écrous sont prévus de pas de vis inverses pour éviter le desserrage dû aux vibrations. Il est également prévu des vis de blocage 25 pour empêcher tout mouvement ultérieur des ensembles vissés 26 et 28. Pour renforcer la solidité de la fixation de la chambre 26 à portée sphérique concave sur la pile 1, il pourrait être envisagé, comme pour la tête d'ancrage 8, un maintien au moyen d'une bride vissée sur une plaque solidarisée avec la pile. Le principe de montage des barres dans l'ouvrage, en référence à la figure 9, est le suivant: É Tel que représenté dans la figure 9a, la barre d'ancrage 7 est introduite au travers des évidements réalisés dans la pile et le tablier. É Les deux plaques 12, disposant d'une portée sphérique concave, sont apposées, de part et d'autre du tablier 2 et de la pile 1, non représentés sur cette figure. É L'écrou supérieur 13a à portée sphérique concave est vissé sur la barre d'ancrage 7, puis la barre est mise en traction par vissage de l'écrou inférieur 13b avec un léger serrage, tel que cela est illustré par les figures 9b et 9c. É Le capot 16 de la tête d'ancrage inférieure est posé et fixé au moyen de la bride 17 sur la plaque 12, les goujons 15 correspondants ayant été préalablement introduits dans les trous 14 de l'écrou à portée sphérique convexe 13b. É Dans l'étape suivante, illustrée sur la figure 9e, le capot 16 de la tête d'ancrage supérieure est posé en embrochant les goujons 15 dans les trous 14 de l'écrou à portée sphérique convexe 13, la plaque 12 étant percée et taraudée de trous destinés à la fixation du capot par la bride 17. La bride est percée de 4 à 6 trous, voire plus si nécessaire. É Le capot 16 solidaire de l'écrou 13a par ses goujons est alors desserré par rotation, l'amplitude de ce desserrement détermine la liberté de l'écrou et l'importance du jeu de la barre dans l'ensemble. É Tel que cela est illustré sur la figure 9f, un tour complet du capot 16 desserre l'écrou 13a de la valeur du pas du filetage. É En référence à la figure 9g, le capot 16 de la tête d'ancrage supérieure est fixé au moyen de vis reliant la bride et la plaque. É Après assemblage et fermeture hermétique des capots, un agent anticorrosion est injecté par gravité, ou sous pression, dans la structure pour remplacer l'air par une cire ou une graisse, lequel agent comble l'espace libre des têtes d'ancrage et le fourreau autour de la barre, selon le principe représenté dans la figure 6. L'ensemble pile et tablier est ainsi assemblé aisément, la liaison entre les deux éléments de l'ouvrage est assurée avec souplesse. En cas de secousse tellurique l'effort de soulèvement et les contraintes latérales se répercutent sur les têtes d'ancrage et la barre d'ancrage. La barre s'allonge et s'oriente pour accompagner le déplacement de la structure. Au-delà du seuil de limite élastique la barre a un comportement plastique et peut s'allonger dans des proportions importantes rupture. Au cours de cette déformation et du déplacement angulaire les contraintes sur la structure sont ainsi fortement amorties. Plusieurs configurations des têtes d'ancrage sont possibles et l'agencement de l'ensemble peut être modifié sans sortir du cadre de l'invention. Il peut notamment être envisagé de disposer une seule tête d'ancrage articulée selon l'invention, d'un côté de la barre, et une fixation traditionnelle par écrou à l'opposé. Il peut être envisagé, selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, et tel qu'illustré sur la figure 10, un manchon rigide 29 en lieu et place de la chambre 26 à portée sphérique concave, la barre 7 étant vissée sur ledit manchon faisant liaison entre la barre scellée 11 et la barre d'ancrage 7. Il peut de même être envisagé différents débattements angulaires entre les deux têtes d'ancrage sans sortir du cadre de l'invention. II faut aussi noter que le dispositif est compatible et complémentaire des barres solidarisant, tout en autorisant un mouvement relatif angulaire, les tabliers successifs. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés à titre d'exemples, mais elle comprend aussi tous les équivalents techniques ainsi que leurs combinaisons. REVENDICATIONS 1- Dispositif anti-soulèvement et de maintien d'éléments constitutifs d'ouvrage d'art comprenant au moins une barre d'ancrage (7) coopérant avec au moins une tête d'ancrage (8,10), caractérisé par le fait que ladite barre d'ancrage (7) est fabriquée avec un acier résilient disposant d'une capacité d'allongement élevée dans sa zone de déformation plastique. 2- Dispositif anti-soulèvement et de maintien d'éléments constitutifs d'ouvrage d'art selon la revendication 1, dans lequel l'acier utilisé pour fabriquer la barre a subi un traitement thermique par induction. 3- Dispositif anti-soulèvement et de maintien d'éléments constitutifs d'ouvrage d'art selon la revendication 1, dans lequel au moins une tête d'ancrage (8,10) présente des moyens pour permettre un débattement angulaire de la barre d'ancrage (7). 4- Dispositif anti-soulèvement et de maintien d'éléments constitutifs d'ouvrage d'art selon la revendication 3, dans lequel au moins une tête d'ancrage (8,10) comporte un élément à portée sphérique concave (12, 26) prenant appui sur la structure bétonnée ou relié à un élément scellé (11) dans celle-ci, et coopérant avec un écrou (13) à portée sphérique convexe vissé sur la barre d'ancrage (7). 5- Dispositif anti-soulèvement et de maintien d'éléments constitutifs d'ouvrage d'art selon la revendication 4, dans lequel l'écrou (13) est percé de trous (14) destinés à recevoir des goujons (15) ayant pour fonction le positionnement de la barre dans la structure et la limitation de son déplacement angulaire. 6- Dispositif anti-soulèvement et de maintien d'éléments constitutifs d'ouvrage d'art selon la revendication 4, dans lequel la tête d'ancrage (8, 10) est plus résistante à la déformation que la barre d'ancrage (7). 7- Dispositif anti-soulèvement et de maintien d'éléments constitutifs d'ouvrage d'art selon la revendication 4, dans lequel les contraintes de traction sur la barre d'ancrage (7) sont supportées par l'appui sur la structure bétonnée de la plaque à portée sphérique concave (12) de la tête d'ancrage (8). 8- Dispositif anti-soulèvement et de maintien d'éléments constitutifs d'ouvrage d'art selon la revendication 7, dans lequel la tête d'ancrage (8) comporte les éléments suivants: É Une plaque (12) à portée sphérique concave, É un capot (16) muni de moyens (17) pour la fixation dudit capot sur la plaque (12), et portant au moins deux goujons (15), É un écrou (13) à portée sphérique convexe percé de trous (14) destinés à recevoir les goujons (15) correspondants portés par le capot (16). 9- Dispositif anti-soulèvement et de maintien d'éléments constitutifs d'ouvrage d'art selon la revendication 4, dans lequel les contraintes de traction sur la barre d'ancrage (7) sont transmises à l'élément de structure par l'intermédiaire de la tête d'ancrage (10) reliée à une tige scellée (11) dans la structure bétonnée. 10- Dispositif anti-soulèvement et de maintien d'éléments constitutifs d'ouvrage d'art selon la revendication 9, dans lequel la tête d'ancrage (10) 20 comporte les éléments suivants: É Une bague (28) supportant au moins deux goujons (15), vissée sur la tige scellée (11), É une chambre (26) vissée sur la bague (28) disposant d'une portée sphérique concave, É un écrou (13), percé de trous (14) destinés à recevoir les goujons (15) correspondants, coopérant avec la chambre (26) de portée sphérique concave.