Brevet FR3040719A1 — publié le 20170310

La présente invention concerne les supports métalliques utilisés pour supporter les équipements radio nécessaires à la transmission aérienne des ondes hertziennes. Les ondes se transmettent en ligne droite sans obstacle intermédiaire. Traditionnellement les supports d'antennes hertziennes sont des pylônes de type treillis ou monotubes dont la stabilité est assurée par 1 ou plusieurs massifs béton profondément enterrés. La hauteur de ces ouvrages est généralement comprise entre 6 et 60 mètres pouvant aller exceptionnellement jusqu'à 100 mètres ou plus. Les pylônes sont soumis à l'action du vent qui est différente selon les sites d'installation. La hauteur des ouvrages est définie par les opérateurs en fonction du relief du terrain et des obstacles naturels ou artificiels. La nature, le poids, la surface, la quantité d'équipements, sont définis par les opérateurs pour chaque installation au moment de la commande. Le matériel installé initialement pourra être modifié ou remplacé ultérieurement en fonction de l'évolution de la technique. De même un pylône installé pour les besoins d'un seul opérateur pourra héberger ultérieurement 2 ou 3 opérateurs complémentaires (mutualisation). L'expérience passée montre que les fonctions et les missions que doit remplir le pylône à la date de construction risquent d'être profondément modifiées au cours des années suivantes. Les solutions traditionnellement utilisées pour résoudre ces problèmes consistent à renforcer la structure du pylône et à augmenter la quantité de béton associé au massif. Cette solution très coûteuse et généralement inesthétique nécessite en plus l'obtention d'un nouveau permis de construire. Une autre solution consiste à démolir le pylône existant et son massif béton. On devra alors construire un nouveau pylône. Dans tous les cas, des dépenses importantes et des délais d'exécution très longs préjudiciables à l'exploitation. 3040719 La présente invention apporte des solutions innovantes, simples, économiques et d'exécution rapide aux problèmes posés et notamment : Possibilité de renforcer les membrures verticales (composants les plus sollicités) par l'adjonction interne de câbles d'acier noyés dans un coulis de béton de 5 caractéristiques adaptées. Possibilité d'ajouter en surface un lest complémentaire pour augmenter la stabilité du pylône sans modification de la surface d'appui. 10 Possibilité de remplacer facilement et rapidement les câbles qui assurent la triangulation verticale. Les autres composants peu chargés sont initialement largement 15 dimensionnés et ne nécessitent pas de renforcement. Conclusion : Un nouveau permis de construction ne sera pas nécessaire. L'ouvrage proposé selon l'invention se compose de trois éléments principaux. Le mât du pylône FIG 1 FIG 2 FIG 3 20 La fondation métallique FIG 4 Le système de renforcement interne de membrures verticales FIG 5 Le mât du pylône FIG 1 est une structure triangulée dont la forme générale est un 25 tronc de pyramide. Les sections horizontales sont des triangles équilatéraux. Il est construit à base de 10 composants standard très simple manipulables manuellement et fabriqués en grandes séries sur des machines à commandes numériques. Cette technique garantissant la rapidité d'exécution, une grande 30 précision, l'interchangeabilité et une incidence main-d'oeuvre très faible compatible avec l'exportation. Au final, zéro défaut. Les membrures verticales FIG 1 rep1 et rep2 sont à titre indicatif des tubes 35 ronds diamètre 200 épaisseur 5 dont la longueur est de 12 mètres et de 6 mètres. Ce qui permet de construire des pylônes dont la hauteur est un multiple de 6 mètres. Par exemple : 6 m 12 m 18 m 60 m 66 m ... etc L'inclinaison des membrures par rapport à l'axe vertical du pylône est judicieusement 40 choisie d'une valeur d'environ 4 degrés pour que les contraintes de traction et de compression soient à peu près constantes de haut en bas du pylône. Cette caractéristique est essentielle pour standardiser les composants repl et rep2. Ces derniers sont percés de 16 trous à chaque extrémité permettant une jonction FIG 2 3040719 La jonction suivant l'axe des membrures REP 1 et REP 2 doit assurer une continuité de résistance des tubes (compression-traction-flexion) Le système retenu FIG 2 REP 3 - REP 4 - REP 6 se compose de 4 éclisses intérieures REP 3 de 4 éclisses extérieures REP 6 et de 32 vis REP 4. 5 La paroi du tube REP 1 ou REP 2 est serrée entre les éclisses REP 3 et REP 6. La résistance aux frottements augmente significativement la résistance aux cisaillements classiques revendication 1. 10 À la base du mât 3 tubes carrés 220 x 220 x 6 REP 16 boulonnés sur les membrures REP 1 ou REP 2 assurent la jonction avec tous types de fondations métalliques ou béton. 15 Les triangulations horizontales sont constituées par 3 tubes FIG 1 REP 7 carrés de sections 130 x 130 x 4 Le triangle équilatéral de la section sommitale, base de la construction, comprend 3 tubes REP 7a dont la cote d'épure est de 2 000 mm. 20 En descendant tous les 6 m la cote d'épure augmente de la même valeur soit 700 mm. La jonction entre les membrures verticales et les triangulations horizontales est assurée par le noeud 9 FIG 2. 25 Cette pièce est composée d'un profil ouvert, boulonné sur les membrures 1 et 2. Sur ce profil sont soudés deux goussets horizontaux qui assurent la fixation des tubes carrés 7. Cette pièce 9 remplit une fonction importante : jonction de type encastrement entre les membrures 1 ou 2 et les triangulations horizontales 7. 30 La pièce 9 garantit la géométrie de l'ouvrage avant la mise en place des câbles de triangulation verticale. Elle est prévue par soudure. Revendication 2 La géométrie du mât ayant été préalablement obtenue par l'assemblage des 35 noeuds 9, on pourra fixer les 6 câbles REP 8 sur les ancrages hauts du mât FIG 3 REP11 REP 12 REP 13. Les câbles 8 pourront être insérés sans serrage dans les serre-câbles spéciaux FIG 3 REP 11 REP 13 REP 15, fixés sur les croisillons horizontaux 7. 40 Une légère précontrainte des câbles 8 sera effectuée à la base du pylône (environ 300 Kg) avant amarrages sur les ancrages de base REP 11-12-13-14 Les fondations métalliques FIG 4 sont une des caractéristiques essentielles de l'invention. Elles sont le complément naturel du pylône. 3040719 Une seule entreprise générale est ainsi en mesure de livrer aux opérateurs de téléphonie mobile dans des containers de 42 pieds la totalité des composants nécessaires à la 5 construction de un ou plusieurs pylônes partout dans le monde. Manuellement avec ou sans moyen mécanique, le personnel local, assisté d'un instructeur compétent, pourra assurer la prestation complète de la fondation et du 10 montage d'un pylône. La pièce principale de la fondation est une structure horizontale en étoiles dont le centre coïncide avec l'axe vertical du pylône. Elle est matérialisée par deux 5 goussets superposés en tôles découpées FIG 4 REP 18. Boulonnés sur les goussets 1 hexagonaux REP 18, trois rayons REP 17, orientés tous les 120 degrés, complètent le chassis de base de la fondation. Les trois membrures verticales du pylône REP 1 ou REP 2 viennent se 20 fixer par boulonnage et par l'intermédiaire d'un tube carré 200 x 200 x 6 REP 16 sur les rayons REP 17 aux points A-B-C. Les assemblages A-B-C reçoivent les descentes de charges engendrées 25 par le poids du pylône, des accessoires, des équipements, de l'action du vent. On qualifiera le triangle équilatéral A-B-C de polygone de sustentation primaire. Il est important de noter que les rayons 17 ne touchent en aucun cas le sol. La jonction avec le sol est réalisée par des cales béton ou autres REP 21. Ces cales 30 peuvent être placées sur les points A-B-C dans la continuité des axes des membrures REP 1 ou REP 2. On pourra aussi avantageusement les reporter vers l'extérieur aux points D-E-F, ce qui constitue un polygone de sustentation secondaire de plus grande 35 dimension et permet de diminuer le poids du lest. Le poids du pylône FIG 1 et de l'étoile FIG 4 est très insuffisant pour assurer la stabilité de l'ouvrage. Il faudra donc y ajouter un lest complémentaire. En fonction de la nature du sol et des possibilités locales, on pourra 40 choisir entre plusieurs solutions. Solution 1 : Un terrassement profond (2 m environ) ou semi profond (1 m environ) dégagera un volume de déblai qui sera stocké à proximité immédiate. Après nettoyage et compactage du fond de fouille, on pourra installer le pylône FIG 16 associé à la fondation métallique FIG 4 REP 18-17-19-37 posée sur les cales 21. Sans attendre, on reprendra les déblais pour les distribuer en couches de 20 à 25 cm sur le 3040719 plancher REP 37. Chaque couche de 20 ou 25 cm devant être compactée. Solution 2: Fondations métalliques superficielles - Un terrassement minimum avec compactage du sol permet de poser et de positionner avec précision horizontale et vérification des niveaux des galettes de béton préfabriqué REP 21. On 5 pourra alors poser sur les cales REP 21 la structure fondation FIG 16 REP 17-18-19 associée au pylône FIG 1. Rapidement on chargera sur les traverses 19. Soit un lest préfabriqué béton REP 23. 10 Soit des gabions remplis de pierres ou de remblais suivant les possibilités locales. Soit d'autres produits, par exemple : récupération de rails de chemin de fer ou câbles de téléphériques avantageusement utilisables. Solution 3 : Utilisation de micro pieux REP 24-25 ou systèmes vissés 15 ou autres peuvent être avantageusement utilisés, sous réserve d'un contrôle sérieux. Ils encaissent les descentes de charges compression et traction. Seule l'étoile 17-18 sera utilisée. La verticalité du pylône sera obtenue par réglage des écrous REP 25 20 revendication 3 Solution 4: Utilisée en remontées mécaniques et pour les grands pylônes électriques, consiste à réaliser 3 massifs béton en forme de champignon 25 renversé FIG 4 REP 28 dans lequel seront scellés les tubes carrés REP 16 base du pylône FIG 1. Cette solution fait appel à des entreprises spécialisées, elle sort du cadre de l'invention. La possibilité de renforcer la résistance du pylône avant ou après 30 construction est un avantage déterminant de l'invention. Les composants nécessaires à la construction de ce renforcement sont énumérés et décrits FIG 6 REP 27 à REP 36. 35 REP 27 c'est un écrou agissant sur une tige filetée REP 28. Il a pour but d'exercer une précontrainte de traction modérée du câble REP 30. Précontrainte qui maintient le câble au centre des membrures pendant la mise en place du coulis de béton. REP 28 c'est une grosse tige filetée et percée d'un trou central ajusté 40 Au diamètre du câble REP 30. Celui-ci étant solidarisé avec REP 28 par collage. REP 29 c'est un disque ajusté sur le sommet de la membrure REP 1 ou REP 2. Il reprend la tension du câble REP 30. Il est d'autre part percé de plusieurs trous concentriques permettant le coulage du béton REP 34 et REP 35. 3040719 REP 30 c'est un câble d'acier de diamètre environ 40 mm. Résistance à la rupture environ 80 Tonnes. Il ajoute à la membrure une résistance à la traction et 5 également une résistance à la compression. REP 31 c'est un cône fixé sur le câble REP 30 par collage tous les 6 m aux niveaux des éclissages. Il a pour but de maintenir au centre des membrures le câble REP 30. 10 REP 32 c'est la pièce de base du dispositif. Il est percé d'un trou central pour recevoir le câble REP 30 solidarisé par collage. Il prend appui sur la pièce carrée REP 33. À la partie supérieure on trouve un cône de centrage. 15 REP 33 c'est une tôle carrée épaisse et fixée par boulonnage sur le tube carré REP 16. Il assure l'étanchéité et la butée inférieure du câble REP 30. REP 34 c'est un béton à prise rapide de première coulée assurant le blocage inférieur du REP 32. Le but étant d'exercer par l'écrou REP 27 la précontrainte 20 de centrage du câble REP 30. Remarque : Si le renforcement est installé avant montage, c'est la vis REP 36 qui assurera le point fixe bas. 25 REP 35 c'est un coulis de béton spécial semi liquide à haute résistance il est expansif au séchage. La mise en place du renforcement sera facilitée par la conception intérieure des membrures FIG 5 qui ne doivent présenter aucun obstacle à la pénétration du câble 30 opérée verticalement de haut en bas sur le pylône installé. Le dispositif décrit ci-dessus concerne le renforcement significatif des membrures du pylône. 35 Un autre renforcement sera possible concernant l'échange des câbles de triangulations verticales par des câbles plus résistants. C'est une opération simple et rapide. Les autres composants de la structure peu sollicités n'ont pas lieu 40 d'être renforcés. Important : Le renforcement décrit ci-dessus ne modifie pas l'impact visuel de l'ouvrage. La stabilité du pylône pourra également être augmentée par l'adjonction d'une couche de remblais complémentaire ou préfabriqué béton ou gabion ou autres. revendication 4 REVENDICATIONS1 - Jonction axiale des membrures FIG 1 ou FIG 2 assurée par 4 éclisses intérieures REP 3 et par 4 éclisses extérieures REP 6. Les parois des tubes REP 1 ou REP 2 sont serrées entre les éclisses REP 3 et REP 6 par l'action de vis REP 4. La résistance de l'assemblage est sensiblement doublée par rapport à un système classique utilisant une seule éclisse. En effet il s'y ajoute la résistance aux frottements générés par le serrage de la vis REP 4. Cette particularité permettra de diminuer avantageusement le nombre de boulons nécessaires. 2 - Noeud d'assemblage REP 9 assurant la liaison entre les membrures REP 1 ou REP 2 et les croisillons horizontaux REP 7 des triangulations horizontales. Cette pièce assure seulement avec 12 boulons REP 4 et REP 10 un assemblage rigide 20 de type encastrement entre REP 1 REP 2 et REP 7. De plus les goussets horizontaux déterminent l'angle de 60 degrés entre les croisillons REP 7. La pièce REP 9 est répétitive, 3 par niveau identique du haut en bas du pylône. De sa précision dépend la géométrie du mât. 25 3 - Fondations métalliques FIG 4 modulables et adaptables au site et possibilités locales. Fondations profondes semi enterrées superficielles. 4 - Possibilité de renforcer les membrures verticales REP 1 et REP 2 par 30 introduction d'un câble enrobé d'un coulis de béton spécial FIG 5 FIG 6 FIG 7 Possibilité de remplacer facilement le câble assurant la triangulation verticale par un câble plus résistant. Possibilité d'ajouter un lest complémentaire sans modification de la fondation 35 métallique initiale. Tous ces renforcements ne modifient en rien l'impact visuel initial de l'ouvrage. 40