WO2019145261A1 - Ouvrage composite - Google Patents

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WO2019145261A1
WO2019145261A1 PCT/EP2019/051390 EP2019051390W WO2019145261A1 WO 2019145261 A1 WO2019145261 A1 WO 2019145261A1 EP 2019051390 W EP2019051390 W EP 2019051390W WO 2019145261 A1 WO2019145261 A1 WO 2019145261A1
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WO
WIPO (PCT)
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composite material
work according
cementitious material
profiles
composite
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/051390
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English (en)
Inventor
Philippe Langlois
Dominique Dubois
Original Assignee
Campenon Bernard Construction
Multiplast
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Campenon Bernard Construction, Multiplast filed Critical Campenon Bernard Construction
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
    • E01D19/12—Grating or flooring for bridges; Fastening railway sleepers or tracks to bridges
    • E01D19/125—Grating or flooring for bridges
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D21/00—Methods or apparatus specially adapted for erecting or assembling bridges
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D2101/00—Material constitution of bridges
    • E01D2101/40—Plastics

Definitions

  • the present invention relates to the field of civil engineering and more particularly, but not exclusively, that of the construction of bridges or slabs, small and large, to span roads, railways or other infrastructure or obstacles.
  • US Patent 6,467,118 discloses a structure comprising profiles of composite material and a platform resting on these profiles, itself composite material. Such a structure made entirely of composite material proves expensive to produce for large loads. In addition, its fire resistance remains limited.
  • US Pat. No. 7,861,346 discloses a gangway comprising metal bins on which a cementitious material is cast. Connectors are provided on the bins to take up the shear stresses.
  • US Pat. No. 6,170,105 relates to bridge elements comprising bottom panels of composite material covered with a layer of concrete, resting on a metal frame, with welded metal connectors connecting the frame to the concrete.
  • the patent is silent on the stability of the structure in case of fire.
  • U.S. Patent No. 5,595,034 relates to the realization of bridge decks of a kind of grating of the kind grating whose voids are filled with concrete.
  • the complexity of the implementation does not allow the realization of large works.
  • the invention aims to meet this need and it achieves this through a civil engineering work, including bridge, slab or other carrier element, comprising:
  • the structure of composite material can advantageously participate in the taking into account, total or partial, operating expenses. In other words, it can advantageously be performed so as to participate, if desired, in the holding of the work in the final phase.
  • composite material is meant an organic matrix composite material, for example, consisting of glass or carbon fibers with a length of between a few mm and several tens of cm, the fibers being woven or deposited in superimposed unidirectional layers.
  • a thermosetting or thermoplastic resin provides the connection between the fibers. This resin is provided within the fiber layers by several possible methods, these processes being infusion, draping on contact, prepreg, injection, pultrusion, or filament winding.
  • the structure according to the invention has the advantage of allowing a very rapid installation of the composite material structure, because it can be prefabricated at the factory, in one or more elements compatible with the on-site transport, for example by the road.
  • the structure of composite material has the advantage of being light, and lifting for its implementation can be done relatively easily, without the need for heavy handling means.
  • the composite structure when placed above an electrified railway, can be easily made with fibers of an electrical insulating material, such as glass fibers.
  • the establishment of the composite material structure does not require interruption of traffic, because the structure can be made with great length because of its lightness and its initial strength. If the traffic is nevertheless interrupted for security reasons, the interruption can be of short duration and thus take place for example during one night.
  • the composite material structure Once the composite material structure in place, it is used for the purposes of the continuation of the site and its mechanical strength allows it to withstand the movement of people and equipment without hindering traffic on the channel or crossed.
  • the composite material structure is thus used for setting up the reinforcements used to produce the reinforced cementitious material structure, and serves as a formwork for pouring the cementitious material, its mechanical strength enabling it to withstand the weight of the material structure. reinforced cementitious. Thus, it can hold under load during the construction phase of the structure, without requiring the installation of a metal frame supporting it over its entire length.
  • the structure of reinforced cementitious material becomes self-supporting and ensures the holding of the structure in case of failure of the composite material structure, during a fire, for example.
  • the invention makes it possible, if desired, to make large-scale structures while greatly limiting the disturbances generated for the traffic of the crossed lanes.
  • the invention allows a very easy integration of functions or technical areas, for example by arranging corresponding sheaths in the recesses of the structure. composite material and / or giving the latter the form that best suits the desired function.
  • the structure of composite material may have a lower face having the desired finish, applied in the factory during manufacture thereof. This reduces the work of painting on the site.
  • the structure of composite material is advantageously coated below with a topcoat, preferably a "Coat gel” deposited in the mold before manufacture of the composite material structure in this mold, which avoids the phases of finish.
  • the composite material can thus provide a long-lasting protection to the cementitious material vis-à-vis atmospheric agents.
  • the invention makes it possible to limit, or even to avoid, the use of metal, and therefore to reduce corrosion problems.
  • the structure of composite material comprises at least one profile, in particular of trapezoidal section extended by two flat portions comprising sockets, and better a plurality of assembled sections, in particular laterally and / or in the extension of each other.
  • the profiles have cooperating reliefs to ensure a predefined positioning of a profile relative to an adjacent section.
  • the profiles may in particular have overlapping lateral parts, with the interposition of a seal between them.
  • the structure of reinforced cementitious material preferably comprises reinforcements extending within the profile (s), that is to say caissons formed by them.
  • the structure of cementitious material advantageously comprises reinforcements extending above the profile or profiles, in particular to reinforce the compression slab formed by the cementitious material above the structure of composite material.
  • the structure of composite material may comprise at least one raised edge constituting a concrete stop.
  • the structure may comprise vertical reinforcements arranged at least partially in the caissons of the profiles projecting downwards.
  • the vertical armatures comprise for example a rectilinear and vertical median portion and a peripheral portion along the flanks of the box.
  • the frames of the peripheral part can join to form a loop.
  • the structure of composite material comprises reliefs ensuring transmission of longitudinal and / or vertical shear forces between the cementitious material structure and the composite material structure.
  • These reliefs may comprise stiffeners present between two skins made of synthetic material reinforced by fibers of the composite structure.
  • the length of the composite material structure can vary from a few meters to several tens of meters, being for example greater than or equal to 15m.
  • the composite material structure may comprise mineral fibers, in particular glass fibers, and / or carbon fibers, and / or plant fibers, in particular flax or hemp fibers, preferably in the form of folds within the polymeric matrix of the composite.
  • the structure of composite material may comprise reinforcements positioning reinforcements of the cementitious material structure.
  • the structure of reinforced cementitious material and the structure of composite material may each have insufficient mechanical strength to support isolated overload forces for which the structure is designed to withstand, but together allow to support these efforts. Thus, we can reduce the amount of concrete used and take full advantage of the mechanical strength provided by the presence of the composite material structure.
  • the reinforced cementitious material structure is preferably self-supporting in the event of failure of the composite material structure.
  • the structure may constitute a bridge or any other crossing structure.
  • the reinforced cementitious material preferably comprises armed beams cast in the box of the profiles at first and an armed compression slab cast over the caissons of the profiles, after formation of the beams.
  • the invention further relates, in another of its aspects, to a method of constructing a structure as defined above, comprising the steps of:
  • the casting of the reinforced cementitious material is preferably carried out in at least two stages, with the casting in the caisson of the profiles in a first step to form reinforced beams and pouring over the caissons of the profiles, after formation of the beams, to make an armed compression slab.
  • This allows to take advantage of the resistance provided by the girders to support the weight of the slab and thus to further lighten the composite material structure, when desired, and avoid the temporary support structures.
  • the method may comprise the incorporation into the cementitious material of sheaths for the passage of pre or post-stress networks or cables.
  • one or more sleeves can be installed after the casting of the girders.
  • Vertical reinforcements may be arranged in the profiles of the composite structure.
  • the establishment of the composite material structure can be carried out without metal framework supporting it along its length.
  • the structure of composite material is in this sense self-supporting.
  • FIG. 1 represents in elevation, very schematically, an example of a construction made according to the invention
  • FIG. 2 is an isometric view of a section of the structure
  • FIGS. 3A to 3D illustrate various stages during the construction of the work
  • FIG. 1 shows an example of a structure 1 according to the invention, intended for crossing an electrified railway track F, the catenaries and support posts having not been shown in the drawing.
  • the structure 1 comprises a bridge 10 resting at its ends on supports 11 constituted for example by towers equipped with stairs and / or lifts to access the bridge, access to it can still be s in non-illustrated variants from buildings or ramps.
  • the bridge 10 shown in isolation in FIG. 2 is produced according to the invention with a composite material structure 20 and a reinforced cementitious material structure 30.
  • the structure of composite material 20 comprises a plurality of collaborating sections 21, assembled in a direction transverse to the longitudinal axis of the bridge.
  • Each profile 21 is elongated along the longitudinal axis of the bridge, has a central box 22 and two side portions 23 and 24.
  • the box 22 has a bottom 25, of planar shape in the illustrated example, and two uprights 26 which diverge away from the bottom 25, giving the box a substantially trapezoidal cross section.
  • profiles 21 can of course be associated with each other in the manufacture and then form only one set of two or three waves or more, as shown in Figure 5.
  • the lateral parts 23 and 24 have reliefs which cooperate when the lateral parts are superimposed, to ensure a predefined positioning of the two adjacent sections.
  • these reliefs are formed by a rib 24a projecting upwards on the lateral part 24 and by a complementary profile rib 23a shaped to receive the rib 24a, formed on the lateral part 23.
  • the rib 24a and groove 23a are parallel to the longitudinal axis of the profiles
  • the lateral part 24 further comprises a rib 24b open towards the lateral part 23 which is superimposed on it, to accommodate a seal 27 interposed between the lateral parts 23 and 24.
  • the width of the side portions 23 and 24 is substantially the same in the illustrated example.
  • Reliefs are formed on the profiles to ensure a good transmission of the mechanical forces of the profiles to the cementitious material and vice versa.
  • these reliefs comprise bosses 28 projecting on the inner faces of the uprights 26. These bosses may comprise internally stiffeners 29.
  • the bosses 28 may be partly elongated, oriented parallel to the longitudinal axis of the profiles, and partly oriented perpendicular to this longitudinal axis (not shown).
  • the bosses 28 project for example from a distance of between 5 and 150 mm towards the inside of the profile.
  • the reinforced cementitious material forms a compression slab 31 extended on its lower face by beams 32 occupying at least part of the volume of the caissons 22.
  • Each beam 32 comprises reinforcements 33 and the slab 31 comprises reinforcements 34, the forces being able to be transmitted by vertical steels 51 such as those visible in FIGS. 3C and 3D.
  • the vertical frames 51 may comprise, as illustrated, a rectilinear and vertical median portion 5a and a peripheral portion 5b.
  • the reinforcements of the peripheral portion 5 lb extend in a vertical plane, form a loop along the wall of the boxes 22 of the profiles 21 and the surface of the cementitious material.
  • the horizontal frames 33 and 34 can be made integral with these frames 51, before pouring the cementitious material, by any suitable means.
  • the procedure is as follows.
  • thermoplastic or thermosetting resin as the matrix and as a backbone a reinforcement of mineral, vegetable or synthetic fibers.
  • the reinforcement may be in the form of oriented fibers or not, preferably in the form of fabric.
  • the fibers are preferably glass fibers, but other materials may be used, such as carbon, polyester, aramid, hemp or flax.
  • the resin may be a thermosetting resin based on unsaturated polyester, epoxy, vinylester, phenol or polyimide.
  • the resin may also be a thermoplastic resin based on polypropylene (PP), polyamide (PA), polyetherimide (PEI), polyphenylene sulphide (PPS) and polyphenylene ether-ketone (PEEK), or an acrylic resin.
  • PP polypropylene
  • PA polyamide
  • PEI polyetherimide
  • PPS polyphenylene sulphide
  • PEEK polyphenylene ether-ketone
  • the shaping can be done by simultaneous projection molding, prepreg draping, contact molding, vacuum molding, infusion, compression molding of prepregs (SMC and BMC), injection, continuous impregnation, pultrusion , stamping, RTM., compression molding of prepregs (SMC and BMC), stamping,
  • the stiffener 29 used is for example foam type Polyethylene Terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), polyurethane (PU), or expanded polystyrene
  • PET Polyethylene Terephthalate
  • PVC polyvinyl chloride
  • PU polyurethane
  • the section 21 can be made with or without stiffener outside the bosses 28.
  • stiffener an expanded polystyrene foam as mentioned above, or any other suitable material, for example a honeycomb structure.
  • the profiles 21 can be assembled on the site, for example by being bolted or otherwise fixed together, and the structure thus assembled can be lifted using a crane and placed on supports waiting on both sides of the way to cross, and fixed on them.
  • the composite material structure can be made with the entire length separating the supports and thus be laid at one time.
  • the length of the composite material structure as lifted by the crane is for example greater than or equal to 20m.
  • the interruption of traffic on the crossed lane is necessary only during the laying of the composite material structure, and remains short-lived.
  • the traffic can resume from the structure in composite material laid, and especially during the work of laying the reinforcements of the slab of cementitious material and the casting of the latter.
  • FIG. 3B shows the structure of composite material after assembly of the profiles 21, and in FIG. 3C after installation of the reinforcements 33 and filling of the profiles 21.
  • the casting of the cementitious material can be carried out in several stages, with for example the filling of the profiles 21 in a first step, before the laying of the reinforcements 34 of the compression slab 31 and the casting of the cementitious material thereof, as illustrated in Figure 3D.
  • cementitious material is poured at once to fill the profiles and form the compression slab.
  • the mechanical strength provided by the beams 32 during casting of the slab 31 is used.
  • the mechanical strength of the composite material structure allows it to support the weight of the reinforcements and the cementitious material cast on it, as well as that of the men and the site during the development of the bridge.
  • the mechanical strength of the structure of cementitious material allows it to be self-supporting, so that in case of failure of the composite material structure following a fire, for example, the cementitious material structure continues to ensure the holding of the work and avoids its collapse.
  • the structure of cementitious material so that the composite material structure is necessary to support a part at least the overhead allowed by the gateway.
  • This overload is for example 500 kg / m 2 and the composite material structure can absorb all of this overload. In other words, in the absence of a composite material structure, the structure of cementitious material would be unable to withstand without damage such overload.
  • the composite material structure serves not only formwork, lost but significantly contributes to the structural strength of the structure, which allows to minimize the amount of cementitious material used.
  • FIGS. 3C and 3D illustrate the possibility of disposing one or several sleeves 50 within the cementitious material, this or these sleeves being for example disposed above the level of the concrete cast in the profiles 21 during the step corresponding to Figure 3C, to form the beams 32.
  • the composite material structure may have at least one raised edge 52 constituting a concrete stop, as shown in Figures 3B to 3D.
  • the height of this raised edge is preferably greater than that of the concrete poured inside the composite structure, so that it is not necessary to provide a form of edge reported on the composite structure.
  • the cementitious material can be prestressed by applying, for example, a stress to the reinforcements once the cementitious material is in place.
  • Local reinforcements can be added to the composite material structure, particularly at the supports. It may be metal reinforcements or not, but preferably the composite material structure is made without metal reinforcements.
  • the underside of the composite structure is pre-painted and made with a finished surface state, which avoids painting work that may require interruption of traffic under the crossed lane.
  • the structure of composite material can thus be coated on its underside with a "Coat gel" giving the desired surface appearance.
  • the composite material structure may also include a coating for improving its fire resistance.
  • the bosses may not be formed with the rest of the composite material structure but reported in a second step, being for example glued on the rest of the structure.
  • the cementitious material may be based on any type of cement or concrete, whether or not fired.

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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 et à la réalisation du tablier.
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.
Le brevet US 6 l70 l05 a trait à des éléments de pont comportant des panneaux de fond en matériau composite recouverts d’une couche de béton, reposant sur une charpente métallique, avec des connecteurs métalliques soudés reliant la charpente au béton. Le brevet est silencieux sur la stabilité de l’ouvrage en cas d’incendie.
Le brevet US 5 595 034 concerne la réalisation de tabliers de pont à une sorte de grille du genre caillebotis dont les vides sont remplis de béton. La complexité de la mise en œuvre ne permet pas la réalisation de grands ouvrages.
La demande US 2005/0115195 Al décrit la réalisation d'un tablier de pont, ou autre plancher, suivant un procédé traditionnel, impliquant la présence de poutres principales métalliques, poutrelles secondaires métalliques également, et d’une dalle en béton pré ou post-contraint.
Ces six brevets ne décrivent pas de solution permettant de répondre au problème précité consistant à perturber le moins possible le trafic, ni n’aborde les problématiques de résistance à l’incendie.
Ainsi, 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 ou tout autre ouvrage de chevauchement 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, dalle ou autre élément porteur, 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.
La structure en matériau composite peut avantageusement participer à la prise en compte, totale ou partielle, des charges d'exploitation. Autrement dit, elle peut avantageusement être réalisée de façon à participer, si cela est souhaité, à la tenue de l'ouvrage en phase 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 fïlamentaire. 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 présence d’une charpente métallique primaire ou la mise en place de poutres principales métalliques n’est pas nécessaire pour la mise en œuvre de l’invention.
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 pour le coulage du matériau cimentaire, sa résistance mécanique lui permettant de supporter le poids de la structure en matériau cimentaire armé. Ainsi, elle peut tenir sous la charge lors de la phase de construction de l’ouvrage, sans nécessiter l’installation d’une ossature métallique la supportant sur toute sa longueur.
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.
Le matériau composite peut apporter ainsi une protection de grande longévité au matériau cimentaire vis-à-vis des agents atmosphériques.
De plus, la légèreté des éléments à transporter et à mettre en œuvre permet de réduire de façon importante "l'empreinte carbone" de la réalisation de l'ouvrage.
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, notamment de section trapézoïdale prolongée par deux parties planes comportant des emboîtures, 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 au- dessus du ou des profilés, notamment pour renforcer la dalle de compression formée par le matériau cimentaire au-dessus de la structure en matériau composite.
La structure en matériau composite peut comporter au moins un bord relevé constituant un arrêt de bétonnage. L’ouvrage peut comporter des armatures verticales disposées au moins partiellement dans des caissons des profilés formant saillie vers le bas.
Les armatures verticales comportent par exemple une partie médiane rectiligne et verticale et une partie périphérique longeant les flancs du caisson. Les armatures de la partie périphérique peuvent se rejoindre pour former une boucle.
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 raidisseurs présents entre deux peaux en matière synthétique renforcée par des fibres de la structure composite.
La longueur de la structure en matériau composite peut varier de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres, étant 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. Ainsi, l’on peut diminuer la quantité de béton utilisée et profiter pleinement de la résistance mécanique apportée par la présence de la structure en matériau composite.
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 ou tout autre ouvrage de franchissement.
Le matériau cimentaire armé comporte de préférence des poutres armées coulées dans le caisson des profilés dans un premier temps et une dalle de compression armée coulée au-dessus des caissons des profilés, après formation des poutres. 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, notamment sans charpente métallique la supportant sur sa longueur,
- 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, et éviter les ouvrages provisoires de soutènement.
Le procédé peut comporter l'incorporation, dans le matériau cimentaire, de gaines pour le passage de réseaux ou de câbles de pré ou post-contrainte. Ainsi, un ou plusieurs fourreaux peuvent être installés après le coulage des poutres armées.
Des armatures verticales peuvent être disposées dans les profilés de la structure composite.
La mise en place de la structure en matériau composite peut s’effectuer sans charpente métallique la supportant sur sa longueur. La structure en matériau composite est en ce sens autoporteuse.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs 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,
- Les figures 3A à 3D illustrent diverses étapes au cours de la réalisation de l’ouvrage, et
- La figure 4 représente isolément un détail d’une variante de réalisation de la structure en matériau composite. 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.
Plusieurs profilés 21 peuvent bien sûr être associés entre eux à la fabrication et ne former alors qu'un seul ensemble de deux ou trois ondes, voire plus, comme illustré à la figure 5.
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, les efforts pouvant se transmettre par des aciers verticaux 51 tels que ceux visibles sur les figures 3C et 3D.
Les armatures verticales 51 peuvent comporter, comme illustré, une partie médiane rectiligne et verticale 5 la et une partie périphérique 5 lb. Les armatures de la partie périphérique 5 lb s’étendent selon un plan vertical, forment une boucle longeant la paroi des caissons 22 des profilés 21 et la surface du matériau cimentaire. Les armatures horizontales 33 et 34 peuvent être rendues solidaires de ces armatures 51, avant coulage du matériau cimentaire, par tous moyens adaptés.
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.
On a illustré aux figures 3C et 3D la possibilité de disposer un ou plusieurs fourreaux 50 au sein du matériau cimentaire, ce ou ces fourreaux étant par exemple disposés au-dessus du niveau du béton coulé dans les profilés 21 lors de l’étape correspondant à la figure 3C, pour former les poutres 32.
On peut encore, comme illustré sur ces mêmes figures, prévoir des armatures verticales 51 s’étendant sur sensiblement toute la hauteur du béton coulé sur la structure en matériau composite.
La structure en matériau composite peut présenter au moins un bord relevé 52 constituant un arrêt de bétonnage, comme illustré sur les figures 3B à 3D. La hauteur de ce bord relevé est de préférence supérieure à celle du béton coulé à l’intérieur de la structure composite, de telle sorte qu’il n’est pas nécessaire de prévoir un coffrage de rive rapporté sur la structure composite.
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, notamment en tout autre emplacement approprié autre que celui illustré aux figures 3C et 3D.
On peut précontraindre 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. Il 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.
Le matériau cimentaire peut être à base de tout type de ciment ou béton, fïbré ou non.

Claims

REVENDICATIONS
1. Ouvrage de génie civil (1), notamment passerelle ou autre ouvrage de chevauchement, 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,
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.
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 ; 51) 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 ; 51) 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 l5m.
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) étant autoporteuse en cas de défaillance de la structure en matériau composite.
14. Ouvrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, constituant une passerelle.
15. Ouvrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, la structure en matériau composite comportant au moins un bord relevé (52) constituant un arrêt de bétonnage.
16. Ouvrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant des armatures verticales (51) disposées au moins partiellement dans des caissons (22) des profilés (21) formant saillie vers le bas.
17. Ouvrage selon la revendication 16, les armatures verticales comportant une partie médiane rectiligne et verticale (5 la) et une partie périphérique (5 lb) longeant les flancs du caisson (22).
18. Ouvrage selon la revendication 17, les armatures (5 lb) de la partie périphérique se rejoignant pour former une boucle.
19. 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.
20. Procédé selon la revendication 19, 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).
21. Procédé selon l’une des revendications 19 et 20, comportant l'incorporation dans le matériau cimentaire de gaines pour le passage de réseaux ou de câbles de pré ou post contrainte
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