Brevet FR2927916A1 — publié le 20090828

La présente invention concerne les poutres en béton du bâtiment et des travaux publics ainsi que leur de mode de réalisation. Le moyen le plus utilisé actuellement pour exécuter des poutres en béton armé est de préparer sur chantier des coffrages en bois qui serviront de moules pour y couler le béton après avoir disposé dans le coffrage les armatures destinées à la résistance de la poutre. Le problème est que la quantité de bois consommé ainsi sur les nombreux chantiers de construction s'avère très importante, et présente un inconvénient d'ordre écologique. En effet, la majeure partie du bois utilisé, même s'il est -o récupéré au décoffrage, est presque toujours perdue du fait de ses dimensions spécifiques ou de son état après usage interdisant toute réutilisation possible. Que l'on songe à toutes les forêts entières que ce bois de chantier nécessite d'abattre, alors que l'on sait le rôle essentiel joué par l'arbre pour la vie sur terre, en dégageant l'oxygène vital et en 15 absorbant le gaz carbonique pollueur important de notre atmosphère terrestre. C'est pourquoi le présent brevet propose de remplacer le bois de coffrage par un moule métallique. Le moule est constitué de deux parois latérales verticales reliées à un fond horizontal et peut être fermé, à ses 20 extrémités, par un tympan. Des moules métalliques de coffrage ont déjà été utilisés pour couler des poutres en béton armé traditionnel, mais seulement comme moules récupérables après réalisation de la poutre, le plus souvent préfabriquée en atelier. Mais ce qui fait la spécificité de ce brevet, c'est d'utiliser le moule métallique comme armature de la poutre, le 25 fond de coffrage résistant à la flexion et les parois latérales résistant surtout à l'effort tranchant. Ainsi, le coffrage métallique incorporé au béton de la poutre (coffrage intégré) pourra remplacer toutes les armatures longitudinales inférieures ou "barres à béton" et la plus grande partie des armatures transversales (cadres, épingles ou barres relevées) constituant 30 le ferraillage classique du béton armé traditionnel. Selon une forme de réalisation préférentielle, le moule proposé est constitué d'éléments métalliques soudés, mais d'autres genres de moules métalliques peuvent être envisagés comme variante de l'invention : par exemple un coffrage en tôle mince pliée réalisé d'une seule pièce, quitte à 35 rajouter par dessous un plat soudé pour la résistance à la traction. Ou bien le moule, au lieu d'être en acier peut être en alliage d'aluminium à haute résistance mécanique trois fois plus léger que l'acier et d'aspect plus esthétique. Ou encore, le moule revendiqué peut-il être en fonte ductile d'aluminium réalisé d'une seule pièce et armé en partie basse par des barres d'acier à béton armé enrobées dans l'aluminium. Nous aurons 5 l'occasion, au chapitre applications, de revenir sur ce nouveau procédé réservé, en particulier, aux importantes poutraisons des ouvrages d'art ferroviaires. Mais le plus souvent, pour des portées courantes L, comprises entre 3 m et 12 m, la hauteur R. de la poutre est : = L avec 3 La figure 3 représente en élévation l'appui intermédiaire d'une poutre à deux travées continues appuyée sur trois murs en maçonnerie. Faute de place (format A4) le quart seulement de la poutre a été dessiné. Les appuis de rive (appui simple), non dessinés, sont les mêmes que celui représenté sur l'élévation - coupe B-B de la figure 1. La poutre peut comporter plus de deux travées continues, dans ce cas l'appui voisin non représenté sur la figure pourra être identique à l'appui continu représenté. La figure 4 représente en élévation l'appui intermédiaire d'une poutre à deux travées appuyées sur des poteaux en béton armé. Dans ce cas, le coffrage ne comporte pas de tympans et reste ouvert à ses extrémités. Comme pour la figure 3, les deux appuis de rives n'ont pu être représentés sur la figure 4 et le seront en figure 5 (a). La poutre peut également comporter plus de deux travées continues. La figure 4 bis représente l'appui de la poutre de la figure 4 dans le cas d'une retombée préfabriquée de la poutre sous la dalle. La figure 5 (a) est une élévation de l'appui de rive non représenté 5 figure 4 faute de place suffisante. La figure 5 (b) représente la coupe D-D pratiquée dans les appuis pour montrer la disposition des armatures d'ancrage des poutres dans les poteaux. La figure 5 (c) est une vue en élévation - coupe partielle montrant la lo position des fers à béton pouvant remplacer les. raidissements de parois. Les figures 5 (d) et 5 (e) proposent des variantes sans soudure du moule selon l'invention. Fiqure 5 (d) = Il s'agit d'une coupe transversale dans un moule réalisé en tôle mince pliée d'une seule pièce, évitant les soudures du mode de 15 réalisation préférentiel (moule soudé). Fiqure 5 (e) = C'est une coupe transversale d'un moule en fonte d'aluminium ductile armé de fers à béton. Le moule est coulé d'un seul tenant, option réservée aux grands ouvrages. Avant d'aborder la description des divers éléments numérotés 20 propres à l'invention, notons que les armatures proprement dites de la dalle supérieure ne sont pas représentées puisqu'elles relèvent de la technique traditionnelle du béton armé et ne seront donc pas revendiquées par la présente invention. En référence aux dessins précités, le moule métallique représenté sur 25 les figures la., et 1b est constitué d'un fond de coffrage (1) en fer plat et de deux parois latérales (2) en tôle soudées au fond (1) par des cordons de soudure (8). Des raidisseurs métalliques (3) transversaux en fers plats soudés par leurs extrémités aux deux parois (2) assurent la tenue de ces parois (2) au coulage du béton (5) comme au chargement de la poutre. Des 30 agrafes (4) en fer à béton soudées aux parois (2) par cordons de soudure (8) relient le moule et l'âme en béton (5) (partie hachurée) de la poutre à la dalle (6) et sont réparties le long de la poutre. Le moule peut être muni de parois verticales d'extrémité ou tympan (7) soudé ou bien resté ouvert à ses deux extrémité sans tympan (7). Ces tympans (7) jouant un rôle 35 important dans la rigidité des parois (2), le cas du moule sans tympan (7) cas,o à pose donc un problème de tenue des tôles minces des parois (2). Dans c multipliera les raidisseurs (3) en posant- Q/.0 � au lieu de Q [cas avec tympans (7)]. De plus, les raidisseurs (3) et les agrafes (4) seront doublés aux extrémités ouvertes du moule pour renforcer les parois dans cette zone. Des serre-joints répartis le long du moule pourront assurer la bonne adhérence au béton (5) des parois latérales (2) au coulage et jusqu'à durcissement suffisant du béton (5). Les armatures supérieures (9) sont en fers à béton traditionnels. La répartition des agrafes (4) est indiquée par g4sur l'élévation - coupe BB de la figure 1b. Les armatures en chapeaux (10) de continuité représentées sur la figure 3 sont en fers à béton traditionnels. Le joint sur appui entre les tympans (7) des deux poutres est un joint sec, les 2 tympans (7) étant directement en contact sans aucun élément intermédiaire. Les armatures inférieures (11) d'ancrage de la poutre dans les poteaux en béton armé représentées figures 4 et 5 (a) sont soudées au fond de coffrage (1) par des cordons de soudure (8). En rive [figure 5 (a)] la surface totale des sections d'armatures (11) doit pouvoir absorber la totalité de l'effort tranchant de rive (encastrement supposé négligeable). Dans le cas représenté en figure 4bis, où la retombée de la poutre sous dalle (6) est préfabriquée par coulage en atelier du béton (5), les aciers (11) d'ancrage seront soudés directement sur le tympan (7) d'extrémité. Les aciers (11) représentés en coupe DD sur la figure 5 (b) sont les armatures d'ancrage traversant en totalité la surface verticale d'appui de la 25 poutre sur le poteau. Les armatures (12), en fers à béton traditionnels, représentées sur la figure 5 (c) sont soudées à leurs extrémités sur les deux parois (2) et peuvent ainsi remplacer les raidisseurs (3). Le moule (13) en tôle pliée de la figure 5 (d) est muni en sous face 30 d'une semelle (14) en fer plat soudée sous le moule (13) par cordon de soudure (8). Le moule (15), en fonte ductile d'aluminium représenté sur la figure 5 (e) est armé en partie basse par des fers à béton traditionnels (16), comme le serait une poutre en béton armé classique et avec les mêmes 35 épaisseurs d'enrobage. Ce qui porte de 10 cm à 15 cm minimum l'épaisseur du fond de coffrage du moule (15) et nous sommes donc loin, dans ce cas spécial de variante, des pièces minces (1), (2) (option principale) et (13) envisagées jusqu'ici car il s'agit là de poutres de portée importante entre 50 m et 150 m et constituées, le plus souvent, de sections à caissons remplis de béton (5) et composées de plusieurs âmes d'aluminium reliant une dalle supérieure en béton à une dalle inférieure en aluminium armée de fers (16) à béton armé traditionnel. Les fers (16) sont à prolonger dans les appuis pour ancrage. Le principe de résistance des moules (13) et (15) est le même que celui mentionné pour le mode de réalisation principal (coffrage soudé) soit un fond de coffrage horizontal résistant à la flexion et des parois verticales résistant surtout à l'effort tranchant. Bien que la dalle en béton armé (6) ne soit pas l'objet du présent brevet (poutres seulement) signalons qu'une simple tôle horizontale de fond de coffrage utilisée pour couler la dalle (6) pourrait peut être remplacer les armatures inférieures en treillis soudés classiques de la dalle (6). A condition de solidariser la tôle à la dalle (6) par quelques chevelus métalliques (0 4 ou 6 maximum) soudés à la tôle. Ceci par analogie avec le principe de poutre à moule incorporé revendiqué par le brevet. L'application essentielle recherchée par l'invention consiste à épargner les forêts en remplaçant les coffrages en bois classiques par des moules métalliques. Moules qui seront utilisés, après coulage et durcissement du béton, comme armature résistante de la poutre, remplaçant ainsi le ferraillage classique du béton armé traditionnel. Autre application envisagée : une poutre en béton de grande portée résistant suffisamment aux effets de la fissuration sous lourdes charges roulant à grande vitesse. On connaît la fragilité du béton à la traction. Le seul moyen antifissure utilisé couramment actuellement est la précontrainte, mais des problèmes de fatigue aux vibrations répétées (trafic ferroviaire par exemple) nécessitent une surveillance accrue et un entretien régulier. Or les vitesses atteintes récemment par le TGV vont rendre plus vulnérables à la fissuration un certain nombre d'ouvrages d'art ferroviaires anciens, car on sait combien les vibrations répétitives à haute fréquence sont particulièrement favorables à la propagation des fissures en partie basse des poutres en béton armé traditionnel et à l'oxydation des armatures dans cette zone. Le moule en aluminium armé pourrait répondre à ces problèmes en minimisant les effets de la fissuration. Précisons que le moule n'empêchera nullement la fissuration du béton, mais qu'il évitera le problème de l'oxydation des aciers puisque ceux-ci seront enrobés d'aluminium métal peu sensible à l'oxydation. On rappelle que l'aluminium a un poids spécifique équivalent à celui du béton, donc l'utilisation d'un moule en aluminium ne devrait pas augmenter le poids propre de la poutre par rapport à l'ancienne poutre toute en béton. Poids propre qui devient prépondérant pour les très grandes portées de certains grands ouvrages SNCF. lo L'aluminium est un métal coûteux ce qui justifie le remplissage du moule par du béton (valable pour des très grands sections de poutres de pont par exemple) car une poutre à section rectangulaire toute en aluminium serait trop onéreuse dans ce cas, à moins de remplacer la section rectangulaire pleine par un profil en 'ou une section en caisson. 15 De plus, l'inaltérabilité de l'aluminium à l'oxydation pourrait en faire un matériau d'usage privilégié en milieu agressif notamment pour les travaux en mer comme les plates-formes pétrolières offshore ou les installations portuaires. Le choix de l'aluminium armé remplaçant le béton armé a déjà été 20 mentionné dans un brevet antérieur (8513872 page 25) à l'occasion de l'évocation des bretelles d'autoroute (A4 A86) traversant la Marne, entre les ponts de Charenton et de Maisons-Alfort. Pour les grandes portées propres à ce type d'ouvrage routier, on pourrait limiter la fissuration en prévoyant de morceler les poutres par des joints dans le béton, les parois 25 du moule incorporé selon l'invention faisant office d'armature de ces joints. En effet, on a expliqué dans le précédent brevet (0704849) comment en fractionnant une poutre par des joints armés de câbles, on pourrait réduire l'éventualité des fissures de flexion. Par analogie, dans le cadre du présent brevet, les câbles seront remplacés par les parois du moule comme 3o armatures des joints. Autre application possible, la forme de réalisation du moule avec tympans permet la préfabrication de toute la retombée de la poutre selon l'invention, gain de temps appréciable pour le planning du chantier. Il s'agit d'une application importante de l'invention, la vitesse d'exécution du béton 35 armé rejoignant alors celle de la charpente métallique concurrente du béton pour les IGH, le parasismique ou les ouvrages industriels. Abordons maintenant une application assez particulière rejoignant les préoccupations écologiques dominantes de ce brevet : il s'agit du recyclage des déchets. En effet, le moule selon l'invention se présente comme une sorte de "boîte" à 5 faces, donc réceptacle apte à recevoir, à la place du remplissage en béton traditionnel, des déchets non biodégradables et encombrants (résidus industriels, boues résiduelles d'eaux traitées etc) mélangés à du béton ou agglomérés de résine et suffisamment compactés pour atteindre la résistance d'un béton classique. Le béton pourrait également être remplacé par de la pierre taillée en plusieurs morceaux séparés par des joints et réunis pour reconstituer l'âme de la poutre. Le joint réservé entre les parois latérales du moule et les blocs de pierre est à colmater au coulis de mortier (ciment + sable) ou de résine synthétique. La pierre et le mortier utilisés devront présenter les mêmes propriétés mécaniques (résistance, ouvrabilité etc) que le béton. Poutre morcelée en pierres déjà proposée par le brevet précédent (0704849) mais avec une armature par câbles à la place de l'armature par coffrage intégré proposée ici. Mais revenons, pour terminer ce chapitre applications, sur l'objectif essentiel de ce brevet qui reste la préservation de la forêt, pour rappeler qu'au début du 20ème siècle l'Etat (lois sur la forêt) et la population rurale se préoccupaient déjà, par des campagnes de plantations, du reboisement des montagnes arides, comme l'a si bien dépeint Jean GIONO dans ses souvenirs d'enfance avec son grand père ("l'homme qui plantait des arbres"...). Aujourd'hui, à l'aube du 21ème siècle, la déforestation se poursuit à grande échelle, le plus souvent sans contrôle. Plusieurs pays sont concernés, certains simplement pour survivre comme en Afrique, d'autres par besoins économiques telles l'Asie ou l'Amérique du Sud. D'où l'urgente nécessité de sauvegarder la forêt mondiale au niveau international, cette fois, en protégeant ce qu'il en reste. Le présent brevet 3o tente de participer, dans sa modeste mesure, à ce vital challenge. 35 REVENDICATIONS 1) Poutre en béton à moule métallique caractérisée en ce que le moule est incorporé à l'âme en béton (5) de la poutre et lui sert d'armature, le moule comporte un fond de coffrage (1) et deux parois latérales (2), des raidisseurs (3) sont soudés aux parois (2), des agrafes (4) soudées aux parois (2) par cordons de soudure (8) relient l'âme en béton (5) à la dalle (6), les armatures (9) complètent le ferraillage. 2) Poutre selon revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux travées continues reliées par chapeaux (10) de continuité sur appui intermédiaire et par les aciers inférieurs (11) soudés au moule et ancrés sur poteau en béton armé, des armatures supérieures (9) complétant le ferraillage. 3) Poutre selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisée en ce que les raidisseurs (3) sont des fers à béton (12). 4) Poutre selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisée en ce que les extrémités du moule sont fermées par un tympan (7) soudé au moule par cordons de soudure (8). 5) Poutre selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisée en ce que les deux parois latérales (2) sont fixées au fond de coffrage (1) 20 par des cordons de soudure (8). 6) Poutre selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisée en ce que le moule (13) est constitué par une tôle mince pliée d'une seule pièce comportant une semelle (14) soudée sous le moule (13) par cordons de soudure (8). 25 7) Poutre selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisée en ce que le moule (15) est réalisé d'une seule pièce en fonte d'aluminium armé en fond de coffrage par les fers (16) prolongés et ancrés dans les appuis de la poutre. 30 35