FR3077078A1 - Ouvrage composite - Google Patents
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Abstract
Ouvrage de génie civil (1), notamment passerelle, comportant : - Une structure en matériau cimentaire armé (30), - Une structure (20) en matériau composite, sous-jacente, configurée pour servir de coffrage lors du coulage du matériau cimentaire.
Description
« OUVRAGE COMPOSITE »
La présente invention concerne le domaine du génie civil et plus particulièrement mais non exclusivement celui de la construction de passerelles ou de dalles, de petite et de grande portée, permettant d’enjamber des routes, voies ferrées ou autres infrastructures ou obstacles.
La construction d’une passerelle enjambant une voie ferrée ou routière doit se faire en perturbant le moins possible le trafic et la passerelle ainsi construite doit répondre à certaines exigences telles que la résistance au feu, par exemple vis-à-vis de l’incendie d’une motrice ou d’un véhicule qui stationnerait dessous.
Il est connu de réaliser des passerelles en béton armé, mais de telles constructions impliquent généralement d’interrompre le trafic sur la voie traversée pendant une durée assez longue, nécessaire à la construction des appuis et coffrages.
Le brevet US 6,467,118 divulgue un ouvrage comportant des profilés en matériau composite et une plate-forme reposant sur ces profilés, elle-même en matériau composite. Un tel ouvrage entièrement en matériau composite s’avère coûteux à réaliser pour des charges importantes. De plus, sa tenue au feu reste limitée.
Le brevet US 7,861,346 divulgue une passerelle comportant des bacs métalliques sur lesquels un matériau cimentaire est coulé. Des connecteurs sont prévus sur les bacs pour reprendre les contraintes de cisaillement.
Le brevet US 4,453,364 décrit d’autres exemples de reliefs pour bacs collaborant.
Aucune des solutions existantes ne permet d’une manière totalement satisfaisante une construction rapide et économique d’un ouvrage présentant une bonne résistance au feu, avec un impact réduit sur le trafic de la voie traversée.
Il existe par conséquent un besoin pour perfectionner encore les techniques de construction de passerelles de façon à réduire la durée d’interruption du trafic sur la ou les voies traversées tout en bénéficiant d’un ouvrage présentant les caractéristiques de résistance mécanique nécessaires ainsi le cas échéant que la résistance au feu demandée.
L’invention vise à répondre à ce besoin et elle y parvient grâce à un ouvrage de génie civil, notamment passerelle, comportant :
- Une structure en matériau cimentaire armé,
- Une structure en matériau composite, sous-jacente, configurée pour servir de coffrage lors du coulage du matériau cimentaire et intervenant dans le calcul de la structure définitive.
On entend par matériau composite un matériau composite à matrice organique par exemple, constitué de fibres de verre ou de carbone de longueur comprise entre quelques mm et plusieurs dizaines de cm, les fibres étant tissées ou déposées par couches unidirectionnelles superposées. Une résine thermodurcissable ou thermoplastique assure la liaison entre les fibres. Cette résine est apportée au sein des couches de fibres par plusieurs procédés possibles, ces procédés étant l’infusion, le drapage au contact, le pré-imprégné, l’injection, la pultrusion, ou l’enroulement filamentaire.
L’ouvrage selon l’invention présente l’avantage de permettre une mise en place très rapide de la structure en matériau composite, car celle-ci peut être préfabriquée en usine, en un ou plusieurs éléments compatibles avec le transport sur site, par exemple par la route.
La structure en matériau composite présente l’avantage d’être légère, et son levage en vue de sa mise en place peut s’effectuer relativement facilement, sans nécessiter de moyen de manutention lourd.
De plus, en cas de mise en place au-dessus d’une voie ferrée électrifiée, la structure composite peut être facilement réalisée avec des fibres d’un matériau isolant électrique, telles que des fibres de verre.
La mise en place de la structure en matériau composite ne nécessite pas l’interruption du trafic, car la structure peut être réalisée avec une grande longueur du fait de sa légèreté et de sa résistance initiale. Si le trafic est néanmoins interrompu pour des raisons de sécurité, l’interruption peut être de courte durée et ainsi avoir lieu par exemple pendant une nuit.
Une fois la structure en matériau composite en place, elle est utilisée pour les besoins de la poursuite du chantier et sa résistance mécanique lui permet de supporter la circulation d’hommes et de matériel sans gêner le trafic sur la ou les voies traversées.
La structure en matériau composite est ainsi utilisée pour la mise en place des ferraillages servant à réaliser la structure en matériau cimentaire armé, et sert de coffrage perdu pour le coulage du matériau cimentaire, sa résistance mécanique lui permettant de supporter le poids de la structure en matériau cimentaire armé.
Une fois que le matériau cimentaire a pris, la structure en matériau cimentaire armé devient autoporteuse et assure la tenue de l’ouvrage en cas de défaillance de la structure en matériau composite, lors d’un incendie par exemple.
L’invention permet de réaliser, si on le souhaite, des ouvrages de grande portée tout en limitant grandement les perturbations engendrées pour le trafic des voies traversées.
L’invention permet une intégration très facile de fonctions ou zones techniques, par exemple en disposant des gaines correspondantes dans les creux de la structure en matériau composite et/ou en donnant à cette dernière la forme convenant le mieux à la fonction recherchée.
La structure en matériau composite peut présenter une face inférieure ayant la finition souhaitée, appliquée en usine lors de la fabrication de celle-ci. On réduit ainsi les travaux de peinture sur le chantier. Ainsi, la structure en matériau composite est avantageusement revêtue inférieurement d’une couche de finition, de préférence un « gel Coat » déposé dans le moule avant fabrication de la structure en matériau composite dans ce moule, ce qui permet d’éviter les phases de finition.
On peut très facilement donner à la structure en matériau composite une forme non développable, si nécessaire.
L’invention permet de limiter, voire d’éviter, l’utilisation de métal, et donc de réduire les problèmes de corrosion.
De préférence, la structure en matériau composite comporte au moins un profilé et mieux une pluralité de profilés assemblés, notamment latéralement et/ou dans le prolongement les uns des autres.
De préférence, les profilés présentent des reliefs coopérant pour assurer un positionnement prédéfini d’un profilé par rapport à un profilé adjacent. Les profilés peuvent notamment présenter des parties latérales se superposant, avec interposition d’un joint d’étanchéité entre elles.
La structure en matériau cimentaire armé comporte de préférence des armatures s’étendant au sein du ou des profilés, c’est-à-dire des caissons formés par ceux-ci. La structure en matériau cimentaire comporte avantageusement des armatures s’étendant audessus du ou des profilés, notamment pour renforcer la dalle de compression formée par le matériau cimentaire au-dessus de la structure en matériau composite.
De préférence, la structure en matériau composite comporte des reliefs assurant une transmission des efforts de cisaillement longitudinaux et/ou verticaux entre la structure en matériau cimentaire et la structure en matériau composite. Ces reliefs peuvent comporter des raidis seurs présents entre deux peaux en matière synthétique renforcée par des fibres de la structure composite.
La longueur de la structure en matériau composite est par exemple supérieure ou égale à 15m.
La structure en matériau composite peut comporter des fibres minérales, notamment de verre, et/ou des fibres de carbone, et/ou des fibres végétales, notamment de lin ou de chanvre, de préférence sous forme de plis au sein de la matrice polymérique du composite.
La structure en matériau composite peut comporter des reliefs de positionnement d’armatures de la structure en matériau cimentaire.
La structure en matériau cimentaire armé et la structure en matériau composite peuvent présenter chacune une résistance mécanique insuffisante pour supporter isolément les efforts avec surcharge pour lesquels l’ouvrage est prévu pour résister, mais permettent ensemble de supporter ces efforts.
La structure en matériau cimentaire armé est de préférence autoporteuse en cas de défaillance de la structure en matériau composite.
L’ouvrage peut constituer une passerelle.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de construction d’un ouvrage tel que défini ci-dessus, comportant les étapes consistant à :
- Mettre en place la structure composite,
- Mettre en place des armatures,
- Couler le matériau cimentaire en utilisant la structure composite comme coffrage.
Le coulage du matériau cimentaire armé s’effectue de préférence en au moins deux étapes, avec le coulage dans le caisson des profilés dans un premier temps pour former des poutres armées et le coulage au-dessus des caissons des profilés, après formation des poutres, pour réaliser une dalle de compression armée. Cela permet de profiter de la résistance apportée par les poutres armées pour supporter le poids de la dalle et ainsi de pouvoir alléger encore la structure en matériau composite, lorsque cela est recherché.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’un exemple de mise en œuvre non limitatif de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
- La figure 1 représente en élévation, de façon très schématique, un exemple d’ouvrage réalisé conformément à l’invention,
- La figure 2 est une vue isométrique d’une section de l’ouvrage, et
- Les figures 3A à 3D illustrent diverses étapes au cours de la réalisation de l’ouvrage.
On a représenté à la figure 1 un exemple d’ouvrage 1 selon l’invention, destiné à la traversée d’une voie ferrée F électrifiée, les caténaires et poteaux de support n’ayant pas été représentés sur le dessin.
L’ouvrage 1 comporte une passerelle 10 reposant à ses extrémités sur des appuis 11 constitués par exemple par des tours équipées d’escaliers et/ou d’ascenseurs permettant d’accéder à la passerelle, l’accès à celle-ci pouvant encore s’effectuer dans des variantes non illustrées depuis des bâtiments ou des rampes d’accès.
La passerelle 10, représentée isolément à la figure 2, est réalisée conformément à l’invention avec une structure en matériau composite 20 et une structure en matériau cimentaire armé 30.
La structure en matériau composite 20 comporte une pluralité de profilés collaborant 21, assemblés dans une direction transversale à l’axe longitudinal de la passerelle.
Chaque profilé 21 est allongé selon l’axe longitudinal de la passerelle, présente un caisson central 22 et deux parties latérales 23 et 24.
Le caisson 22 comporte un fond 25, de forme plane dans l’exemple illustré, et deux montants 26 qui divergent en éloignement du fond 25, donnant au caisson une section transversale sensiblement trapézoïdale.
Les parties latérales 23 et 24 présentent des reliefs qui coopèrent lorsque les parties latérales sont superposées, pour assurer un positionnement prédéfini des deux profilés adjacents.
Dans l’exemple considéré, ces reliefs sont formés par une nervure 24a formant saillie vers le haut sur la partie latérale 24 et par une nervure de profil complémentaire 23 a conformée pour accueillir la nervure 24a, formée sur la partie latérale 23.
Les nervure 24a et rainure 23a sont parallèles à l’axe longitudinal des profilés
21.
La partie latérale 24 comporte en outre une nervure 24b ouverte vers la partie latérale 23 qui lui est superposée, pour accueillir un joint d’étanchéité 27 interposé entre les parties latérales 23 et 24.
La largeur des parties latérales 23 et 24 est sensiblement la même dans l’exemple illustré.
Des reliefs sont formés sur les profilés pour assurer une bonne transmission des efforts mécaniques des profilés au matériau cimentaire et inversement.
Dans l’exemple considéré, ces reliefs comportent des bossages 28 formant saillie sur les faces intérieures des montants 26. Ces bossages peuvent comporter intérieurement des raidisseurs 29.
Les bossages 28 peuvent être pour partie de forme allongée, orientés parallèlement à l’axe longitudinal des profilés, et pour partie orientés perpendiculairement à cet axe longitudinal (non représenté).
Les bossages 28 font par exemple saillie d’une distance comprise entre 5 et 150 mm vers l’intérieur du profilé.
Le matériau cimentaire armé forme une dalle de compression 31 prolongée sur sa face inférieure par des poutres 32 occupant une partie au moins du volume des caissons 22.
Chaque poutre 32 comporte des armatures 33 et la dalle 31 comporte des armatures 34.
Pour réaliser la passerelle 10, on procède par exemple de la façon suivante.
On commence par réaliser les profilés 21 en usine, comme illustré sur la figure 3A.
Tout procédé de fabrication de profilé en matériau composite peut être utilisé, et l’on peut notamment utiliser comme matrice une résine thermoplastique ou thermodurcissable et comme ossature un renfort de fibres minérales, végétales ou synthétiques.
Le renfort peut se présenter sous la forme de fibres orientées ou non, de préférence sous forme de tissu.
Les fibres sont de préférence des fibres de verre, mais d’autres matériaux peuvent être utilisés, comme le carbone, le polyester, l’aramide, le chanvre ou le lin.
La résine peut être une résine thermodurcissable à base de polyester insaturé, époxyde, vinylester, phénolique ou polyimide.
La résine peut encore être une résine thermoplastique à base de polypropylène (PP), polyamide (PA), polyétherimide (PEI), poly (sulfure de phénylène) (PPS) et poly (éther-éther-cétone de phénylène) (PEEK), ou une résine acrylique. (Type Elium® par exemple)
La mise en forme peut s’effectuer par moulage par projection simultanée, drapage de pré-imprégnés, moulage au contact, moulage sous vide, infusion, moulage par compression de pré-imprégnés (SMC et BMC), injection, imprégnation en continu, pultrusion, estampage, RTM., moulage par compression de pré-imprégnés (SMC et BMC), estampage,
Au niveau des bossages 28, le raidisseur 29 utilisé est par exemple en mousse type Poléthylène Téréphtalate (PET), polychlorure de vinyle (PVC), polyuréthane (PU), ou en polystyrène expansé
Le profilé 21 peut être réalisé avec ou sans raidisseur en dehors des bossages 28.
On peut utiliser comme raidisseur une mousse de polystyrène expansé comme mentionné ci-dessus, on tout autre matériau adapté, par exemple une structure de nid d’abeille.
En cas d’utilisation d’une mousse, celle-ci peut être fractionnée, de façon à permettre à la matrice de s’écouler par endroits à travers elle et ainsi améliorer la cohésion de l’ensemble.
Les profilés 21 peuvent être assemblés sur le chantier, en étant par exemple boulonnés ou fixés autrement ensemble, puis la structure ainsi assemblée peut être levée à l’aide d’une grue et posée sur des appuis en attente de part et d’autre de la voie à traverser, et fixée sur ceux-ci.
Compte-tenu de sa légèreté, la structure en matériau composite peut être réalisée avec toute la longueur séparant les appuis et ainsi être posée en une fois. La longueur de la structure en matériau composite telle qu’elle est levée par la grue est par exemple supérieure ou égale à 20m.
Une fois posée et fixée aux appuis, elle sert de passerelle provisoire pour la poursuite du chantier.
Ainsi, l’interruption du trafic sur la voie traversée n’est nécessaire que lors de la pose de la structure en matériau composite, et reste de courte durée. Le trafic peut reprendre dès la structure en matériau composite posée, et notamment pendant les travaux de pose des armatures de la dalle en matériau cimentaire et du coulage de ce dernier.
Sur la figure 3B, on a représenté la structure en matériau composite après assemblage des profilés 21, et sur la figure 3C après pose des armatures 33 et remplissage des profilés 21.
Le coulage du matériau cimentaire peut s’effectuer en plusieurs étapes, avec par exemple le remplissage des profilés 21 dans un premier temps, avant la pose des armatures 34 de la dalle de compression 31 et le coulage du matériau cimentaire de celle-ci, comme illustré à la figure 3D.
En variante, le matériau cimentaire est coulé en une seule fois pour remplir les profilés et former la dalle de compression.
Il est avantageux de procéder à un remplissage en plusieurs étapes, car l’on peut bénéficier de la résistance de la structure en matériau cimentaire déjà coulée lors du coulage de la suite.
Par exemple, dans l’exemple des figures 3C et 3D, on bénéficie de la résistance mécanique apportée par les poutres 32 lors du coulage de la dalle 31.
Cela permet d’alléger encore la structure en matériau composite.
La résistance mécanique de la structure en matériau composite lui permet de supporter le poids des armatures et du matériau cimentaire coulé dessus, ainsi que celui des hommes et du chantier pendant l’aménagement de la passerelle.
La résistance mécanique de la structure en matériau cimentaire lui permet d’être autoporteuse, de telle sorte qu’en cas de défaillance de la structure en matériau composite suite à un incendie par exemple, la structure en matériau cimentaire continue d’assurer la tenue de l’ouvrage et évite son effondrement.
Toutefois, il est préférable de dimensionner la structure en matériau cimentaire de telle sorte que la structure en matériau composite soit nécessaire pour supporter une partie au moins de la surcharge admissible par la passerelle. Cette surcharge est par exemple de 500 kg/m2 et la structure en matériau composite peut absorber la totalité de cette surcharge.
Autrement dit, en l’absence de structure en matériau composite, la structure en matériau cimentaire serait incapable de supporter sans endommagement une telle surcharge.
Ainsi, la structure en matériau composite sert non seulement de coffrage, perdu mais participe de façon significative à la résistance structurelle de l’ouvrage, ce qui permet de minimiser la quantité de matériau cimentaire utilisée.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits.
Par exemple, on peut munir les profilés d’inserts rapportés par exemple par collage et destinés à aider à positionner de manière prédéfinie les armatures avant coulage du matériau cimentaire.
On peut créer au sein du matériau cimentaire, à l’aide de gaines, des réservations pour le passage de câbles ou conduites.
On peut pré-contraindre le matériau cimentaire en appliquant par exemple une contrainte aux armatures une fois le matériau cimentaire en place.
On peut adjoindre des renforts locaux à la structure en matériau composite, notamment au niveau des appuis.
H peut s’agir de renforts métalliques ou non, mais de préférence la structure en matériau composite est réalisée sans renforts métalliques.
De préférence, la face inférieure de la structure composite est pré-peinte et réalisée avec un état de surface fini, ce qui évite des travaux de peinture susceptibles de nécessiter une interruption du trafic sous la voie traversée.
La structure en matériau composite peut ainsi être revêtue sur sa face inférieure d’un « gel Coat » donnant l’aspect de surface désiré.
La structure en matériau composite peut également comporter un revêtement destiné à améliorer sa résistance au feu.
Les bossages peuvent ne pas être formés avec le reste de la structure en matériau composite mais rapportés dans un deuxième temps, étant par exemple collés sur le reste de la structure.
On peut donner aux reliefs destinés à assurer la transmission des efforts de cisaillement entre le matériau cimentaire et la structure en matériau composite d’autres formes encore.
non.
Le matériau cimentaire peut être à base de tout type de ciment ou béton, fibré ou
Claims (17)
- REVENDICATIONS1. Ouvrage de génie civil (1), notamment passerelle, comportant :- Une structure en matériau cimentaire armé (30),- Une structure (20) en matériau composite, sous-jacente, configurée pour servir de coffrage lors du coulage du matériau cimentaire.
- 2. Ouvrage selon la revendication 1, la structure en matériau composite (20) comportant au moins un profilé (21).
- 3. Ouvrage selon la revendication 2, la structure en matériau composite comportant une pluralité de profilés assemblés (21), notamment latéralement et/ou dans le prolongement les uns des autres.
- 4. Ouvrage selon l’une des revendications 2 et 3, les profilés (21) présentant des reliefs (23a, 24a) coopérant pour assurer un positionnement prédéfini d’un profilé par rapport à un profilé adjacent.
- 5. Ouvrage selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, les profilés présentant des parties latérales (23, 24) se superposant, avec interposition d’un joint d’étanchéité (27) entre elles.
- 6. Ouvrage selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, la structure en matériau cimentaire armé comportant des armatures (33) s’étendant au sein du ou des profilés (21).
- 7. Ouvrage selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, la structure en matériau cimentaire comportant des armatures (34) s’étendant au-dessus du ou des profilés (21).
- 8. Ouvrage selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, la structure en matériau composite, comportant des reliefs (28) assurant une transmission des efforts de cisaillement longitudinaux et/ou verticaux entre la structure en matériau cimentaire et la structure en matériau composite.
- 9. Ouvrage selon la revendication 8 et l’une des revendications 2 à 7, lesdits reliefs comportant des raidisseurs (29) présents entre deux peaux en matière synthétique renforcée par des fibres de la structure composite.
- 10. Ouvrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, la longueur de la structure en matériau composite (20) étant supérieure ou égale à 15m.
- 11. Ouvrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, la structure en matériau composite comportant des fibres minérales, notamment de verre, et/ou végétales, notamment de chanvre ou de lin.
- 12. Ouvrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, la structure en matériau composite étant revêtue inférieurement d’une couche de finition.
- 13. Ouvrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, la structure en matériau cimentaire armé (30) et la structure en matériau composite (20) ayant chacune une résistance mécanique insuffisante pour supporter isolément les efforts avec surcharge pour lesquels l’ouvrage est prévu pour résister, mais permettant ensemble de supporter ces efforts.
- 14. Ouvrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, la structure en matériau cimentaire armé (30) étant autoporteuse en cas de défaillance de la structure en matériau composite.
- 15. Ouvrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, constituant une passerelle.
- 16. Procédé de construction d’un ouvrage tel que défini dans l’une quelconque des revendications précédentes, comportant les étapes consistant à :- Mettre en place la structure composite (20),- Mettre en place des armatures (33),- Couler le matériau cimentaire en utilisant la structure composite comme coffrage.
- 17. Procédé selon la revendication 16, le coulage du matériau cimentaire armé s’effectuant en au moins deux étapes, avec le coulage dans le caisson des profilés dans un premier temps pour former des poutres armées (22) et le coulage au-dessus des caissons des profilés après formation des poutres (22) pour réaliser une dalle de compression armée (31).
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