Brevet FR2906547A1 — publié le 20080404

La présente invention se rapporte à un ouvrage d'art à ossature mixte. Un ouvrage d'art à ossature mixte peut comprendre, classiquement, des hourdis supérieur et inférieur fabriqués en béton, reliés entre eux par une ou plusieurs âmes métalliques continues. Dans un tel ouvrage, les âmes métalliques sont soumises à des efforts normaux (c'est-à-dire dans la direction de la longueur de l'ouvrage) importants. Ces efforts normaux proviennent notamment du retrait du béton formant les hourdis supérieur et inférieur, et de la précontrainte de ces hourdis lorsqu'ils sont formés en béton précontraint, et dans ce cas aussi du fluage de ce béton. Une première approche de la technique antérieure a consisté à prévoir des âmes métalliques aptes à se déformer de manière élastique dans la direction longitudinale, de manière à pouvoir absorber les efforts normaux. La demande de brevet FR 2 494 400 enseigne un exemple d'un ouvrage conforme à cette première approche, les âmes métalliques étant en l'espèce plissées. Grâce à leur plissement, ces âmes peuvent absorber les efforts normaux de manière élastique. La demande de brevet EP 1 085 139, déposée par la demanderesse, enseigne un autre exemple d'un ouvrage, dont les âmes métalliques sont formées d'une succession de plaques et de tubes. Grâce à l'aptitude des tubes à s'ovaliser, ces âmes peuvent absorber les efforts normaux de manière élastique. Une deuxième approche de la technique antérieure a consisté à concevoir des ouvrages à ossature mixte dans lesquels, les âmes métalliques, au lieu de pouvoir absorber les efforts normaux de manière élastique, sont conçues de manière à résister aux efforts normaux, c'est-à-dire à ne subir pratiquement aucune déformation sous l'effet de ces efforts. C'est ainsi que l'on a conçu des ouvrages à ossature mixte dans lesquels les âmes métalliques comprennent des raidisseurs longitudinaux empêchant leur voilement et leur cloquage. Bien qu'offrant un comportement satisfaisant vis-à-vis des efforts normaux, ces ouvrages d'art de la technique antérieure nécessitent la mise en oeuvre d'âmes métalliques de conception relativement complexe, dont le coût de fabrication est élevé. DB5204 FR DEM 0 INPI 2906547 2 La présente invention a notamment pour but de fournir un ouvrage d'art du type à ossature mixte dont le prix de revient est inférieur à celui des ouvrages connus de l'art antérieur. On atteint ce but de l'invention avec un ouvrage d'art à ossature mixte, 5 comprenant un hourdis supérieur et un hourdis inférieur en béton reliés entre eux par au moins une âme métallique continue plane dépourvue de raidisseurs longitudinaux. Un tel ouvrage d'art se comporte de manière radicalement différente des ouvrages de la technique antérieure : au lieu de concentrer localement leur 10 déformation élastique (plis ou ovalisation des tubes) ou de résister aux efforts normaux (raidisseurs longitudinaux), les âmes métalliques se déforment élastiquement de manière globale. En pratique, cette déformation élastique conduit à un voilement de ces âmes. Toutefois, un tel ouvrage peut être dimensionné par l'homme du métier en 15 utilisant les règles classiques de calcul, et notamment celles de l'Eurocode 3, de manière qu'une position d'équilibre soit rapidement atteinte dans laquelle ce sont les hourdis supérieur et inférieur qui finissent par reprendre les efforts normaux, et qu'in fine ledit voilement demeure extrêmement faible. Ainsi, l'ouvrage d'art selon l'invention obéit à une conception radicalement 20 nouvelle dans laquelle on accepte que les âmes métalliques subissent des déformations de voilement élastique. Une telle conception, qui va à l'encontre de la manière de faire jusqu'à présent, est de plus compatible avec les nouvelles règles de calcul des structures métalliques applicables à l'ensemble de l'Union Européenne. 25 Suivant d'autres caractéristiques optionnelles de l'ouvrage d'art selon l'invention : - des connecteurs assurent la liaison entre ladite âme métallique et lesdits hourdis supérieur et inférieur : ces connecteurs permettent de réaliser une liaison intime entre les âmes métalliques et les hourdis supérieur et inférieur, et ainsi 30 d'améliorer la tenue de l'ouvrage ; - lesdits connecteurs sont fixés sur des platines elles-mêmes rapportées sur ladite âme métallique ; - ladite âme métallique est formée d'un assemblage de panneaux métalliques les uns à la suite des autres : il suffit ainsi d'assembler ces panneaux DB5204 FR DEM 0 INPI 2906547 3 sur le chantier, par exemple par soudage, ou par éclissage ou boulonnage, pour réaliser l'âme métallique continue ; - lesdits hourdis supérieur et inférieur sont en béton précontraint : l'invention est particulièrement adaptée aux ouvrages comportant ce type de hourdis, la 5 précontrainte ayant pour effet d'engendrer des efforts normaux importants notamment dans les âmes métalliques ; - cet ouvrage d'art comprend en outre des raidisseurs verticaux coopérant avec lesdits hourdis supérieur et inférieur : ces raidisseurs permettent de mieux contrôler le voilement des âmes métalliques, et donc d'augmenter la tenue de 10 l'ouvrage ; - lesdits raidisseurs verticaux sont rapportés sur ladite âme métallique ; - cet ouvrage d'art comprend une seule âme métallique définissant sensiblement une section en i : ce type de structure convient particulièrement aux ouvrages étroits, supportant par exemple des chaussées à deux voies ; 15 -cet ouvrage d'art comprend deux âmes métalliques définissant une section en caisson : ce type de structure convient particulièrement aux ouvrages larges pour supporter des chaussées à deux fois deux voies, ou à des ouvrages soumis à des sollicitations de torsion. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention résulteront 20 de la description qui va suivre, et de l'examen des figures ci-jointes, dans lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'une âme métallique destinée à être mise en oeuvre dans un ouvrage d'art selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un ouvrage d'art selon l'invention 25 présentant une section en i , et - la figure 3 est une vue en perspective d'un ouvrage d'art selon l'invention présentant une section en caisson. On se reporte à présent à la figure 1 sur laquelle on a représenté une âme métallique A destinée à être intégrée à un ouvrage d'art selon l'invention. 30 Cette âme s'étend en longueur selon la direction L, qui est aussi la direction longitudinale de l'ouvrage d'art dans lequel cette âme est destinée à être mise en oeuvre. DB5204 FR DEM 0 INPI 2906547 4 Comme on peut le voir sur cette figure, cette âme métallique est plane et continue, c'est-à-dire qu'elle est essentiellement formée par l'assemblage bout à bout d'une pluralité de panneaux métalliques P1 à P4. Ces panneaux peuvent être reliés les uns aux autres par soudage, 5 éventuellement sur le chantier, ou par éclissage ou boulonnage. Une première platine 1 est rapportée, par exemple par soudage, sur le bord supérieur des panneaux P1 à P4, c'est-à-dire sur le bord de ces panneaux qui est destiné à être positionné vers le haut lorsque l'âme est en place dans l'ouvrage d'art. 10 De manière analogue, une deuxième platine 3 est rapportée également par exemple par soudage, sur le bord inférieur des panneaux P1 à P4. De préférence, et comme cela est représenté, une pluralité d'organes formant connecteurs Ci et Ci' sont respectivement fixés sur les platines 1 et 3. Comme cela est visible sur la figure 1, ces connecteurs peuvent prendre par 15 exemple la forme de cornières métalliques fixées par exemple par soudage sur les platines 1 et 3. Ces connecteurs peuvent être des goujons ou tout autre type d'éléments de connexion assurant cette liaison de l'âme métallique au béton des hourdis supérieur et inférieur, permettant ainsi d'améliorer la tenue de l'ouvrage. 20 On notera également que l'on peut prévoir, en variante, que ces connecteurs soient directement fixés sur les panneaux P1 à P4, ce qui implique alors que ces panneaux pénètrent assez profondément dans les hourdis supérieur et inférieur. De manière optionnelle, et comme cela est représenté, on peut prévoir que des raidisseurs verticaux R, à R3, c'est-à-dire des raidisseurs s'étendant entre les 25 deux platines 1 et 3, soient rapportés éventuellement par soudage sur les panneaux pi à P4 de l'âme métallique A. Dans le mode de réalisation représenté, ces raidisseurs sont disposés d'un seul côté des panneaux P, à P4, mais on peut éventuellement envisager que ces raidisseurs soient disposés par paires de part et d'autre de ces panneaux. 30 On se reporte à présent à la figure 2, sur laquelle on a représenté un premier mode de réalisation d'un ouvrage d'art à ossature mixte selon l'invention, incorporant une âme métallique du type de celle qui vient d'être décrite. Ce premier mode de réalisation convient tout particulièrement aux ouvrages d'art de faible largeur destinés à accueillir des chaussées à deux voies. DB5204 FR DEM 0 INPI 2906547 5 Comme on peut le voir sur la figure 2, cet ouvrage d'art comprend un hourdis supérieur 5 destiné à recevoir la chaussée, et un hourdis inférieur 7 pouvant éventuellement reposer sur des piles ou des culées d'ouvrage d'art. L'âme métallique A s'étend entre ces hourdis supérieur et inférieur ; plus 5 précisément, la platine supérieure et ces connecteurs Ci sont noyés dans le béton formant le hourdis supérieur 5, et la platine inférieure 3 et ses connecteurs Ci' sont noyés dans le béton formant le hourdis inférieur 7. Comme cela est visible sur cette figure, les panneaux Pi formant l'âme métallique A ainsi que les raidisseurs Ri (présents en paires dans le cas d'espèce) 10 s'étendent partiellement dans la profondeur du béton formant les hourdis 5 et 7. A noter que les hourdis supérieur 5 et inférieur 7 peuvent être formés en béton précontraint, c'est-à-dire que des câbles de précontraintes peuvent s'étendre à l'intérieur de ces hourdis, principalement selon la longueur. On se reporte à présent à la figure 3, sur laquelle on a représenté un autre 15 mode de réalisation de l'ouvrage d'art selon l'invention. Dans ce mode de réalisation le hourdis supérieur 5 est sensiblement plus large que celui de l'ouvrage d'art de la figure 2, et est destiné en particulier à recevoir des chaussées à deux fois deux voies, du type chaussées autoroutières. Le hourdis inférieur 7 est également sensiblement plus large que celui de 20 l'ouvrage de la figure 2. Entre ces deux hourdis s'étendent deux âmes métalliques Al et A2 conformes à la figure 1. Ces deux âmes coopèrent avec les hourdis supérieur et inférieur de manière analogue à l'âme A de la figure 2. Les hourdis supérieur 5 et inférieur 7 ainsi que les deux âmes métalliques Al 25 et A2 forment une structure de caisson. On remarquera que dans ce mode de réalisation, les âmes métalliques Al et A2 comportent chacune une série de raidisseurs Rit et Ri2 disposés à l'intrados de ces âmes, c'est-à-dire du coté de ces âmes qui n'est pas visible de l'extérieur. Le mode de fonctionnement de l'invention ainsi que ses avantages résultent 30 directement de l'exposé qui précède. Les platines 1 et 3 ainsi que les connecteurs Ci et Ci' des âmes métalliques A, Al, A2 assurent une liaison intime entre ces âmes et les hourdis supérieur 5 et inférieur 7. De la sorte, la structure obtenue offre une résistance optimale. DB5204 FR DEM 0 INPI 2906547 6 Une fois que l'ouvrage d'art a été réalisé, il est soumis à des efforts normaux, c'est-à-dire des efforts orientés selon sa direction longitudinale L, considérables. Ces efforts normaux peuvent être dus notamment au retrait du béton qui 5 forme les hourdis supérieur 5 et inférieur 7. Ces efforts peuvent également être dus, le cas échéant, à la précontrainte imprimée à ces hourdis. Ces efforts normaux sont transmis en particulier aux âmes métalliques A, Al, A2 et ont ainsi tendance à déformer celles-ci dans le sens de la longueur de 10 l'ouvrage. Du fait que ces âmes métalliques sont planes et continues, c'est-à-dire qu'elles sont essentiellement formées de plaques métalliques assemblées bout à bout et situées dans un même plan, et qu'elles ont une épaisseur très faible, ces âmes métalliques vont avoir tendance à se voiler sous l'effet de ces efforts normaux. 15 Dans l'ouvrage d'art selon l'invention, on accepte qu'un tel voilement ait lieu, en prenant soin toutefois de dimensionner les différentes parties de l'ouvrage de manière que ce voilement demeure micrométrique, c'est-à-dire quasiment imperceptible. Les âmes métalliques travaillent ainsi dans leur domaine élastique, mais leur 20 déformation est une déformation généralisée, au sens de la Résistance des Matériaux, ce qui est radicalement différent des âmes métalliques des ouvrages d'art à ossature mixte de la technique antérieure, comme cela a déjà été indiqué dans le préambule de la présente description, où la déformation était localisée soit au droit des pliures dans le cas des âmes plissées (demande de brevet 25 FR 2 494 400) soit au droit des tubes qui s'ovalisaient dans le cas des âmes piano-tubulaires (EP 1 085 139). La présence optionnelle des raidisseurs verticaux contribue à renforcer l'ouvrage d'art, et permet en tout état de cause de se prémunir d'un voilement trop important qui pourrait intervenir dans des circonstances exceptionnelles, notamment 30 si l'ouvrage était soumis à des sollicitations sismiques. On comprend qu'un ouvrage d'art selon l'invention peut être obtenu à prix de revient sensiblement réduit par rapport aux ouvrages d'art de la technique antérieure du même type. DB5204 FR DEM 0 INPI 2906547 7 En effet, l'assemblage des panneaux Pi formant les âmes A, Al, A2 peut être réalisé de manière extrêmement simple, avec des plaques d'acier disponibles dans le commerce. On s'affranchit de la sorte de toute géométrie compliquée, incorporant par 5 exemple des tubes ou des plis, comme dans les âmes métalliques des ouvrages de la technique antérieure. Les raidisseurs optionnels Ri, peuvent consister eux aussi en simples plaques métalliques rapportées par exemple par soudage sur les panneaux Pi. DB5204 FR DEM 0 INPI REVENDICATIONS 1. Ouvrage d'art à ossature mixte, comprenant un hourdis supérieur (5) et un hourdis inférieur (7) en béton reliés entre eux par au moins une âme métallique continue plane (A ; Al, A2) dépourvue de raidisseurs longitudinaux. 2. Ouvrage d'art selon la revendication 1, dans lequel des connecteurs (Ci, Ci' ; Cil, Cil', Ci2, Ci2') assurent la liaison entre ladite âme métallique (A ; Al, A2) et lesdits hourdis supérieur (5) et inférieur (7). 3. Ouvrage d'art selon la revendication 2, dans lequel lesdits connecteurs (Ci, Ci' ; Cil, Cil', Ci2, Ci2') sont fixés sur des platines (1, 3) elles-mêmes rapportées sur ladite âme métallique (A ; Al, A2). 4. Ouvrage d'art selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite âme métallique (A; Al, A2) est formée d'un assemblage de panneaux métalliques (Pi) les uns à la suite des autres. 5. Ouvrage d'art selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits hourdis supérieur (5) et inférieur (7) sont en béton précontraint. 6. Ouvrage d'art selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre des raidisseurs verticaux (Ri) coopérant avec lesdits hourdis supérieur (5) et inférieur (7). 7. Ouvrage d'art selon la revendication 6, dans lequel lesdits raidisseurs verticaux (Ri) sont rapportés sur ladite âme métallique. 8. Ouvrage d'art selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une seule âme métallique (A) définissant sensiblement une section en i 9. Ouvrage d'art selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant deux âmes métalliques (Al, A2) définissant une section en caisson.