-1- Procédé et dispositif de coffrage d'éléments en béton
Domaine technique La présente invention concerne un dispositif de coffrage d'éléments en béton. Elle concerne aussi un procédé mettant en oeuvre le dispositif. Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non limitative celui de la construction de bâtiments et d'ouvrages de génie civil en béton.
Etat de la technique antérieure La construction en béton, couplée à des techniques de conception assistées par ordinateur, permet la réalisation de bâtiments et d'ouvrages avec des formes esthétique de plus en plus complexes. Il est ainsi par exemple de plus en plus fréquemment réalisé des voiles de béton, c'est-à-dire des éléments de garniture ou de façade de bâtiments avec des formes complexes, présentant des rayons de courbure multiples et variés selon les points de la surface. Ces formes ne peuvent en général pas être décrites de manière analytique par un modèle géométrique mais uniquement numériquement par un maillage de points dont les coordonnées dans l'espace sont générées par logiciel. Les voiles en béton ou des éléments similaires sont usuellement réalisés selon la technique du béton projeté. Selon cette technique, une structure métallique est d'abord réalisée à l'emplacement et selon la forme du futur voile de béton, en reproduisant dans l'espace le nuage de points décrivant la forme. Cette structure comporte un treillis mince sur lequel est projetée une première couche de béton. Le béton adhère au treillis et constitue ainsi une surface de coffrage. On projette ensuite l'épaisseur voulu de béton (par exemple 10-15 cm) sur cette première couche dans la structure métallique. La technique du béton projeté présente un certains nombre de difficultés, dont les principales sont que : - Il faut construire une structure métallique complète de la forme voulue, qui peut faire plusieurs dizaines de mètres de haut. C'est une opération complexe et très onéreuse ; - Il faut ensuite projeter le béton sous pression dans toute la structure. 35 Cette opération nécessite des pompes d'une puissance considérable. De plus, 2947474 -2- une fraction non négligeable du matériau projeté, de l'ordre de 10 à 20 %, est perdue, ce qui a des conséquences sensibles sur le budget, mais aussi sur le bilan environnemental de l'opération. Il est également possible de construire des formes complexes en béton 5 par assemblage d'éléments préfabriqués, réalisée par exemple par moulage ou coffrage et assemblés ensuite. Cette technique convient et permet de simplifier considérablement les opérations lorsque tous les éléments sont de forme similaire, auquel cas il est possible de construire des éléments de coffrage réutilisables. Mais elle n'est pas applicable en pratique si la forme de 10 chaque élément préfabriqué est différente de celle des autres. Le but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif qui permette la construction de structures en béton de forme complexe telles que des voiles dans des conditions sensiblement améliorées par rapport aux techniques actuellement mises en oeuvre. 15 Exposé de l'invention Cet objectif est atteint avec un dispositif de coffrage qui permet de réaliser une structure complexe en béton par assemblage d'éléments préfabriqués. Les éléments préfabriqués peuvent être réalisés individuellement au moyen du dispositif selon l'invention, chacun selon sa 20 forme particulière, et ils peuvent ensuite être amenés et assemblés à leur emplacement définitif. Il est ainsi proposé un dispositif de coffrage d'éléments en béton comprenant : - une pluralité de segments de coffrage comportant une surface de 25 contact, lesquels segments étant disposés de telle sorte que l'ensemble desdites surfaces de contact puisse constituer une surface de coffrage sensiblement continue, et que les espaces entre les bords de surfaces de contact adjacentes soient sensiblement réduits, - des moyens d'étanchéité permettant d'assurer l'étanchéité et la 30 continuité entre les surfaces de contact desdits segments, - des moyens de rétention du béton en périphérie de la surface de coffrage, Caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de déplacement des segments de coffrage, ou actuateurs, 2947474 -3- - chaque actuateur agissant sur au moins un segment en au moins un point d'actuation, - lesquels actuateurs déplaçant les points d'actuation des segments de telle sorte à conformer la surface de coffrage selon une forme prédéterminée. 5 Ainsi, la surface de coffrage du dispositif selon l'invention peut être configurée selon la forme exacte voulue pour chaque élément préfabriqué, lesquels éléments préfabriqué sont ensuite réalisé par ferraillage, mise en place des nappes d'armatures nécessaires et coulage du béton dans le moule ainsi constitué. 10 Cette surface de coffrage peut être réalisée au moyen d'un maillage d'éléments mobiles appelés segments de coffrage, qui peuvent être déplacés grâce aux actuateurs pour donner à la surface de coffrage la forme souhaitée. On peut définir dans un dispositif selon l'invention une surface de référence, qui correspond à la forme de la surface de coffrage lorsque les 15 actuateurs sont dans une position dite de zéro. De manière préférentielle cette surface de référence est un plan de référence, mais il est possible de réaliser des dispositifs avec des surfaces de référence de toute forme sans sortir du champ de l'invention. Un dispositif selon l'invention est particulièrement bien adapté à la 20 réalisation de formes décrites par des maillages de points définis par leurs coordonnées spatiales, car le déplacement des actuateurs, dont la position dans la surface de référence est connue, de quantités également connues, permet de générer directement une surface à partir d'un tel ensemble de coordonnées numériques. 25 Avantageusement, - les actuateurs déplacent les points d'actuation des segments selon une direction sensiblement perpendiculaire à la surface de référence du dispositif, - les moyens d'étanchéité peuvent comprendre des bandes en matériaux souples et extensibles, lesquelles bandes étant fixées respectivement sur les 30 bords des surfaces de contact de segments adjacents ; - les moyens d'étanchéité peuvent comprendre des joints en forme de T en matériaux souples, disposés sur le bord des surfaces de contact et entre les segments adjacents ; -4- - les moyens d'étanchéité peuvent comprendre une feuille en matériau souple disposée sur les surfaces de contact des segments de telle sorte à recouvrir toute la surface de coffrage ; - le dispositif de coffrage peut être disposé de telle sorte que sa surface de 5 référence soit sensiblement horizontale ; - les moyens de rétention peuvent comprendre des plaques sensiblement rigides, de hauteur sensiblement égale à la hauteur voulue de l'élément en béton, lesquelles plaques peuvent être reliées par des bandes en matériaux souples de telle sorte à constituer une chaine apte à suivre la forme de la 10 surface de coffrage ; - les segments de coffrage peuvent comprendre une plaque d'acier. Il est possible sans sortir du champ de l'invention de réaliser des segments de coffrage de différentes formes et de différentes dimensions. Ces segments peuvent être par exemple sensiblement ronds, ou présenter une 15 surface de contact de forme sensiblement polygonale permettant un remplissage optimal de la surface de coffrage, telle que par exemple : - carrée ou rectangulaire, - hexagonale, - triangulaire, avec des côtés de longueur sensiblement identique. 20 Les actuateurs peuvent être disposés de manière quelconque sous les segments sans sortir du champ de l'invention. Avantageusement, selon une configuration qui permet d'en minimiser le nombre, ils peuvent être disposés à proximité des sommets de segments de coffrage de forme polygonale, et chaque actuateur peut agir simultanément sur tous les segments dont les 25 sommets sont adjacents. Par exemple si les segments de coffrage sont sensiblement en forme de triangles équilatéraux, les actuateurs peuvent être disposés de telle sorte que chaque actuateur déplace simultanément six segments de coffrage en agissant selon des points d'actuations localisés à proximité des sommets 30 adjacents desdits segments de coffrage. Avantageusement, - les actuateurs peuvent comprendre des vérins commandés manuellement ; 2947474 -5- - les actuateurs peuvent comprendre des vérins commandés électriquement. Ces vérins peuvent être par exemple électriques ou hydrauliques ; - le déplacement des actuateurs peut être piloté au moyen d'un 5 ordinateur ; - les consignes de déplacement des actuateurs peuvent être générées à partir du modèle numérique de la forme de l'élément en béton. Cet aspect avantageux de l'invention est particulièrement facilité par le fait que les segments de coffrage et les actuateurs constituent une mise en oeuvre 10 physique d'un maillage de la surface de coffrage dans lequel peuvent être aisément transposées les coordonnées issues du maillage numérique du modèle de la forme. Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de fabrication de structures en béton mettant en oeuvre des éléments 15 préfabriqués, caractérisé en ce que lesdits éléments préfabriqués sont réalisés au moyen d'un dispositif selon l'invention. Description des figures et modes de réalisation D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en oeuvre et de modes de 20 réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : - la figure 1 illustre une vue générale du dispositif selon l'invention dans un premier mode de réalisation, - la figure 2 illustre une vue en coupe du dispositif selon l'invention dans un premier mode de réalisation, 25 - la figure 3 illustre la disposition des points d'actuation dans un premier mode de réalisation, - la figure 4 illustre un mode de réalisation des moyens de rétention, - la figure 5 illustre un mode de réalisation des moyens d'étanchéité, - la figure 6 illustre un deuxième mode de réalisation de dispositif selon 30 l'invention. De manière générale, les figures ne sont pas à l'échelle et les proportions des éléments représentés sont ajustées en fonction des besoins de l'illustration. 2947474 -6- En référence à la figure 1, selon un premier mode de réalisation, le dispositif de coffrage selon l'invention est disposé de telle sorte que sa surface de référence soit un plan de référence 8 sensiblement horizontal. Les segments de coffrage 1 sont réalisés sous la forme d'éléments triangulaires dont les côtés sont de longueur sensiblement égale. Ils sont disposés de telle sorte à pouvoir constituer une surface de coffrage 3 sensiblement continue, tout en limitant l'espace laissé libre entre eux. Leur surface de contact 2 est sensiblement plane. Ces segments 1 comprennent une plaque, de préférence en acier, qui constitue la surface de contact 2. Cette plaque peut être fixée sur un châssis pour en augmenter la rigidité mécanique. Elle peut également être choisie d'épaisseur suffisante pour ne pas nécessiter de châssis. En référence à la figure 2, les actuateurs 6 sont disposés à l'arrière des segments. Ils déplacent les points d'actuation 7 selon une direction sensiblement perpendiculaire au plan de référence 8 du dispositif. Ils sont rendus solidaires des segments 1 au travers d'éléments de liaisons 20 qui comportent les jeux mécaniques nécessaires au bon fonctionnement de l'ensemble, tels que des translations. En référence à la figure 3, les actuateurs 6 sont disposés au niveau des sommets des triangles constitués par les segments de coffrage 1. Ils comprennent des éléments de liaison tels qu'une platine 21 qui permettent de déplacer simultanément les points d'actuation 7 des six sommets des segments adjacents. Avantageusement, cette configuration de segments 1 et d'actuateurs 6 permet de limiter le décalage, perpendiculairement au plan de référence 8, des bords de segments adjacent lors de leur déplacement et ainsi de faire en sorte de maintenir une surface de coffrage 3 sensiblement continue. Afin d'assurer la continuité et l'étanchéité de la surface de coffrage, les segments 1 sont pourvus de joints d'étanchéité 4b en forme de T , en matériau polymère, qui sont disposés entre les arêtes des faces d'appui 2 des segments 1. Ces joints 4b permettent également d'assurer la continuité physique de la surface d'appui 2 pour limiter les déformations du béton ainsi coffré. -7- L'ensemble des segments est recouvert d'une plaque 4c également en matériau polymère souple, qui assure des fonctions d'étanchéité et de lissage de la surface de coffrage 3. En référence à la figure 4, le dispositif de coffrage est également pourvu de moyens de rétention 5, qui comprennent des plaques rigides 10, par exemple en acier, reliées entre elles par des bandes de matériau polymère souple 11. Les plaques 10 sont avantageusement fixées aux segments 1 au moyen d'équerres, et, grâce aux liaisons souples 11, l'ensemble épouse sensiblement la forme de la surface de coffrage tout en maintenant une étanchéité suffisante. Les actuateurs 6 comprennent des vérins hydrauliques, contrôlés électriquement et reliés à un ordinateur 13 au moyen d'un contrôleur 12. De cette manière, les consignes de positionnement des vérins peuvent être générées directement à partir des informations numériques 9 décrivant la forme à réaliser, ce qui permet d'optimiser le temps de mise en oeuvre et de minimiser les risques d'erreurs. Le dispositif de coffrage selon l'invention peut même être directement contrôlé par le logiciel de conception des structures en béton. En référence à la figure 5, suivant une variante du mode de réalisation, les moyens d'étanchéité peuvent être réalisés par des bandes de liaison souples et extensibles 4a, en polyuréthane par exemple, fixées au bord des surfaces d'appui 2 des segments 1. Les moyens d'étanchéité décrits 4a, 4b et 4c sont bien entendu des exemples non limitatifs, qui peuvent également être mis en oeuvre seuls ou selon toute combinaison.
Suivant des variantes de modes de réalisation d'un dispositif selon l'invention, - les actuateurs peuvent comprendre des vérins manuels, auquel cas un opérateur ajuste manuellement chaque actuateur ; - les actuateurs peuvent comprendre des vérins électriques ; - les vérins peuvent être contrôlés électriquement depuis un tableau de commande, sans liaison avec un ordinateur. D'autres modes de réalisation du dispositif selon l'invention sont possibles. La figure 6 présente un second mode de réalisation selon lequel les segments 1 sont de forme ronde. Une vue en coupe et une vue de dessus sont présentées. L'ensemble est disposé de telle sorte que la surface de 2947474 -8- référence 8 soit sensiblement horizontale. Les actuateurs 6 sont disposés au centre des segments 1. La liaison mécanique entre l'actuateur 6 et le segment 1 est réalisée par une rotule permettant au segment de s'incliner librement selon une amplitude angulaire limitée. Les segments 1 sont recouverts d'un 5 film d'un matériau polymère flexible 4c, de tenue mécanique suffisante. La tenue mécanique de l'ensemble au poids du béton peut avantageusement être améliorée en disposant entre les segments des coupelles circulaires 23 en matériau polymère. Ces coupelles 23 se calent grâce à une partie centrale 24 qui s'encastre entre les bords des segments, de la même manière que les 10 joints en forme de T 4b présentés à la figure 1. Lors de l'application du film 4c, puis du coulage du béton, les segments 1 vont naturellement s'orienter de telle sorte à minimiser les discontinuités de la surface de coffrage 3. Dans le mode de réalisation présenté à la figure 1, les segments ont une 15 longueur de l'ordre du mètre, pour une surface de coffrage de l'ordre de 10 m2. Suivant des variantes de dispositif selon l'invention, la dimension et la géométrie des segments peut être adaptée en fonction de contraintes telles que les rayons de courbures à réaliser, et/ou d'effets esthétiques recherchés, 20 suivant que l'on souhaite des effets de facettes visibles ou au contraire des surfaces continues. Un dispositif selon l'invention est par essence modulaire. Des segments et des actuateurs peuvent être enlevés ou ajoutés sur une structure de base de telle sorte à réaliser des éléments préfabriqués aux dimensions variées. Il 25 est de même possible de combiner plusieurs types de segments pour la réalisation d'un élément préfabriqué, dans la mesure où les segments ont des dimensions compatibles (par exemple avec des groupes de segments différents qui s'inscrivent dans la même maille géométrique). La mise en oeuvre d'un dispositif selon l'invention peut par exemple 30 avantageusement comprendre les étapes suivantes : - détermination de la forme de l'élément à fabriquer à partir du modèle numérique 9, - génération des consignes de positionnement des actuateurs 6 et réglage de ces derniers, 35 - mise en place des moyens d'étanchéité 4 et des moyens de rétention 5, 2947474 -9- - positionnement de réservations telles que des encadrements de fenêtre 22 sur la surface de coffrage, - pose sur la surface de coffrage des éléments d'armature métallique, dont la mise en forme précise n'est plus nécessaire, 5 - coulage du béton dans le moule ainsi constitué, - égalisation de l'épaisseur au moyen de règles déplacées sur les moyens de rétention 5, lesquels peuvent servir de références de hauteur, - après séchage, enlèvement de l'élément ainsi préfabriqué avec des moyens de levage, 10 - répétition de la séquence pour réaliser l'élément suivant. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.