FR2918396A1 - Poutre souple antifissure par rotules'elastiques' - Google Patents

Abstract

Poutre souple antifissure par rotules élastiques. L'invention concerne les structures en béton armé du bâtiment et des travaux publics.La poutre est assouplie par une ou plusieurs rotules comprenant un joint (1) et deux câbles (2) passant sur des poulies (3) d'axe (4). Un boîtier (5) referme le câble (2) et permet le réglage de sa tension. Ce câble (2) forme un quadrilatère croisé au point (7) du joint (1).La poutre selon l'invention est particulièrement destinée à éviter la fissuration du béton.

Description

La présente invention concerne les poutres du bâtiment et des travaux

publics susceptibles de se fissurer. Ce brevet propose d'assouplir les poutres en béton armé par des rotules élastiques permettant d'éviter ou d'atténuer une éventuelle fissuration du béton.

On sait que, sous chargement, les poutres fléchissent entre leurs deux appuis d'extrémité. Cette flexion se traduit par un raccourcissement du béton en partie supérieure de la poutre et un allongement de la partie inférieure, allongement qui produit une traction dans le béton. Or, le béton est un matériau qui résiste bien en compression mais très mal à la traction, ce qui provoque, dans les poutres monolithiques traditionnelles, la fissuration de la partie inférieure de la poutre. La fissuration présente un double inconvénient pour la tenue ultérieure de la poutre. Car, non seulement, la fissure affaiblit la résistance de la poutre en diminuant son inertie mécanique, mais en plus l'ouverture de la fissure est propice à l'oxydation de l'armature en acier enrobée dans le béton et placée, justement, dans cette zone tendue du béton. Il en résulte un affaiblissement de la poutre jusqu'à rupture possible, à terme. Et ceci est d'autant plus dangereux que, dans cette zone, l'acier est en traction, sous chargement, donc d'autant plus vulnérable à une rupture rapide. En effet, des expériences de laboratoire et des constats d'effondrement in situ (retour d'expérience) ont prouvé les risques présentés par l'augmentation de la vitesse de corrosion de l'acier sous tension. Et pire encore, l'oxydation de l'acier, et donc sa destruction, seront d'autant plus rapides que l'acier sera plus tendu.

A l'heure actuelle, les problèmes posés par la fissuration du béton n'ont pas encore été définitivement résolus. A tel point que, par sécurité, les calculs de résistance des matériaux font encore abstraction du béton dans la zone tendue de la poutre (circulaire des T.P. de 1934). Contre la fissuration du béton de nombreux moyens ont été envisagés. La précontrainte en est actuellement le procédé le plus connu et le plus utilisé (industrialisation), même si la réglementation de la précontrainte autorise, pourtant, la possibilité d'une éventuelle fissuration admissible pour une large part d'applications (Classes Il et III Recommandations ASP.1965). Dans le même but, d'anciens brevets (7409615, 7701856, 8513872 etc) proposant des procédés spéciaux d'enrobage de l'armature tendue, ou encore des dispositifs de réglage automatique de la précontrainte, ont tenté sans résultat probant, ni applications réelles concluantes, de limiter la fissuration du béton. Phénomène complexe et ambigu, la fissuration est quasiment inévitable à l'échelle microscopique (microfissures = fonctionnement naturel du béton tendu), elle est difficilement prévisible et maîtrisable à l'échelle macroscopique (macrofissures ouvertes de flexion de la poutre), comme nous le préciserons par la suite. Ce qui précède montre combien le problème de la fissuration n'est pas simple à résoudre radicalement. Toutefois, les rotules élastiques disposées, selon l'invention, le long de la poutre devraient contribuer à répondre aux divers inconvénients et handicaps évoqués, en scindant la poutre en plusieurs morceaux, chacun de ces morceaux subissant une courbure de flexion réduite du fait de sa faible longueur. En effet, on sait que la flèche maximale possible d'une poutre est proportionnelle au cube de sa portée. Or, si nous divisons , d'abord, la poutre en deux parties par une seule rotule, alors, chaque morceau devient lui-même une poutre de longueur forcément inférieure à la poutre supposée sans rotule. La flèche de ce morceau sera donc inférieure à la flèche qu'aurait la poutre sans rotule. Donc, le béton de ce morceau sera moins sollicité, donc moins de probabilité de fissuration que pour la poutre sans rotule et ceci, d'autant plus que la portée intervient au cube pour la flèche. Et si maintenant, nous multiplions suffisamment les rotules (plus de morceaux) nous pouvons arriver à des morceaux très courts de flèche pratiquement nulle, la flexion de la poutre se localisant dans les rotules (rotation aux articulations seulement) et conduisant à éliminer quasiment toute possibilité de fissuration de chaque morceau, donc absence de fissure dans la poutre souple, assemblage de ces morceaux intacts. A la limite, on peut penser que plus il y aura de rotules, moins les morceaux seront fléchis et donc moins la fissure sera probable, chaque rotule jouant le rôle d'une "fissure artificielle" prévue par le projeteur-constructeur pour éviter la véritable fissure à l'évolution anarchique et dangereuse puisque imprévisible à priori par le calculateur. Mais nous allons voir qu'un raisonnement différent du précédent peut également conduire à la même conclusion. En effet, examinons maintenant la proportion dimensionnelle de chaque morceau d'une poutre souple, cette proportion étant définie par le rapport h!L où h est la hauteur de la poutre et L la longueur du morceau. Supposons h constant et L décroissant pour des rapports h/L> 1, soit des hauteurs supérieures à la longueur du morceau, alors l'aspect élancé du morceau exclura toute idée de flexion dans son plan vertical, chaque morceau travaillant, sous chargement, comme un arc de décharge transmettant directement les efforts aux rotules, l'armature inférieure servant, dans ce cas, de tirant à l'arc de décharge. Et, à la limite, pour un rapport h/L très grand (L suffisamment petit) chaque morceau sera très étroit et plus vraisemblablement assimilable à un poteau, simple button transmettant directement la charge à l'armature inférieure. Dans cette dernière hypothèse, on voit bien que le béton sera plus comprimé que tendu ce qui élimine toute probabilité importante de fissuration du béton, donc même conclusion que précédemment : la présence de rotules permettant la flexion globale de la poutre souple exempte de fissure.

Après les deux raisonnements précédents sur la longueur des morceaux et la fissuration du béton, notons qu'il existe encore un troisième type de raisonnement faisant intervenir, cette fois, non seulement la dimension des morceaux mais aussi le degré de cohésion du béton de chaque morceau ("effet d'échelle"). Sur cette question, il sera montré, par la suite, dans l'exposé des applications, comment la préfabrication permettrait d'améliorer, encore, la prise en compte de la fissuration probable du béton dans la conception (mesures et calculs) de la future poutre souple à exécuter. Examinons maintenant en quoi consiste une rotule élastique selon l'invention : chaque rotule est composée principalement d'un joint pratiqué dans le béton au point le plus sollicité de la poutre. Le joint peut être sec, les deux faces du joint étant directement en contact et sans élément intermédiaire. Le joint peut également être rempli d'un produit élastique à caractéristiques mécaniques connues et testées en laboratoire (résistance limite, déformations, raccourcissement à la rupture, etc). L'armature de ce joint est constituée par des câbles roulant sur des poulies d'axe fixé aux morceaux de la poutre en traversant le béton. La disposition et la forme de ces câbles sont telles qu'elles permettent d'assurer la résistance du joint au moment de flexion et à l'effort tranchant ainsi que la transmission de ces efforts de part et d'autre du joint. Une des particularités de ce brevet est d'utiliser des câbles en forme de quadrilatère croisé dont chaque côté jouera un rôle particulier et dont le fonctionnement sera précisé dans la suite. Sous poids propre de la poutre seulement, un serrage préalable suffisant des câbles devra assurer l'aspect rectiligne de la poutre, par absence de flèche en sous-face avant tout chargement appliqué. Avant l'examen des différentes figures illustrant ce brevet, il convient de signaler que les barres à béton constituant les armatures proprement dites des morceaux des poutres souples ne sont pas toutes représentées, certaines étant seulement esquissées, sachant qu'elles appartiennent à la to technique traditionnelle du béton armé et ne sont donc pas revendiquées par le présent brevet. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente en élévation une poutre souple à une seule rotule élastique, avec ses câbles d'armature du joint. La coupe AA 15 montre qu'il y a un câble sur chaque face verticale de la poutre. On voit également sur la coupe AA l'axe des poulies supportant les câbles. La figure 2 est une vue en élévation d'une poutre souple continue à trois travées. La figure 3 montre l'élévation d'une poutre souple selon l'invention 20 comportant cinq rotules élastiques. La figure 4 est l'élévation d'une poutre souple constituée par des morceaux en béton non armé (ou autre matériau équivalent). Le dessin montre comment l'armature en barres traditionnelles des morceaux est remplacée par des câbles extérieurs en forme d'épingle reliant les poulies 25 des rotules élastiques terminant chaque morceau. La figure 5 représente différents types d'armatures d'ancrage en fers à béton armé traditionnel entourant l'axe d'une poulie. La figure 6 est une vue en élévation d'une poutre comportant un très grand nombre de morceaux. 30 La figure 7 montre une poutre analogue à celle de la figure 6 mais avec un principe d'armature différent. La figure 8 représente une coupe AA sur la poutre de la figure 7 indiquant, à échelle double, la disposition des différents câbles utilisés. Avant d'aborder la description par numéros des éléments propres à 35 l'invention, notons que les armatures proprement dites des morceaux de la poutre souple ne seront pas numérotées puisqu'elles relèvent de la technique traditionnelle du béton armé et ne sont donc pas revendiquées par la présente invention. En référence aux dessins précités, la poutre souple représentée sur la figure 1 est coupée en deux parties par un joint (1) qui est vertical et peut être sec ou garni d'un produit élastique et résistant. L'armature de ce joint est constituée par un câble (2) disposé sur chaque face verticale de la poutre et qui passe sur les poulies (3) d'axe (4) traversant la poutre, les 8 poulies (3) étant supposées très proches des faces de la poutre (faible épaisseur des rondelles de contact), le diamètre des axes (4) des poulies (3) est à calculer principalement au cisaillement pour absorber les tractions des câbles (3) résistant au moment de flexion et à l'effort tranchant agissant dans la rotule élastique. Chaque câble (2) forme une ceinture continue qui se referme dans le boîtier (5) appelé boîtier de bouclage. A l'intérieur du boîtier (5) le dispositif de fermeture et de serrage de la ceinture constituée par le câble (2) a déjà été défini dans des brevets antérieurs (N 0314033 et 0605580), mais peut être réalisé également par tout autre procédé connu d'aboutage du câble (2) et de réglage de sa tension. Le boîtier (5) est fixé dans la zone comprimée du béton des faces verticales de la poutre. Le câble (2) présente l'aspect d'un quadrilatère croisé à deux côtés opposés parallèles (6) et dont les deux autres côtés se croisent au point (7) situé à la moitié de la hauteur du joint (1). Les côtés (6) du câble (2) qui sont perpendiculaires au plan du joint (1) sont donc parallèles et disposés parallèlement aux armatures longitudinales de la poutre et fournissent ainsi un recouvrement de ces barres qui assure la continuité du moment résistant élastique au droit du joint (1). Les points (7) de rencontre des deux autres côtés du quadrilatère agissent comme une articulation mécanique. En effet, en supposant un axe virtuel passant par les deux points (7) situés de part et d'autre de la poutre, on voit que cet axe, fonctionnant comme une tige rigide d'articulation, permet d'assurer la résistance élastique et la continuité du joint (1) à l'effort tranchant, le câble (2) jouant, dans ses parties inclinées, le rôle des barres relevées du béton armé traditionnel. Ainsi, la rotule est donc bien réalisée élastiquement grâce au fonctionnement du joint (1) et des câbles (2) situés de part et d'autre de la poutre. Le calcul des contraintes dans le câble (2) devra prendre en compte la combinaison des tractions mobilisées par le moment de flexion et également celles dues à l'effort tranchant. Pour éviter les éclatements ou épaufrements dans la zone comprimée du béton, les arêtes horizontales du joint (1) sont garnies de cornières (8) fixées par des pattes à scellement ancrées dans le béton. La poutre continue représentée sur la figure 2 est constituée de trois travées (9). Deux de ces travées (9) comportent un joint (1) armé de câbles (2) dont le boîtier (5) est placé en partie supérieure de la poutre, alors que ce boîtier (5) est en bas de la poutre pour le câble (2) situé au droit des appuis (10). Ceci du fait que la boîtier (5) est toujours fixé sur la zone comprimée du béton, zone située en haut en travée (9) et en bas sur appuis continus (10). Les six morceaux (11) de la poutre souple représentée figure 3 sont reliés entre eux par les joints (1) armés de câbles (2). La multiplicité des morceaux (11) fait de cette poutre un élément très souple, les rotations se localisant seulement au droit des joints (1) ce qui rend tout à fait improbable l'apparition de fissure dans les morceaux (11). En s'ouvrant, les joints (1) des rotules élastiques remplacent ainsi les fissures de flexion que subirait une poutre monolithique classique sous même chargement. La poutre souple représentée sur la figure 4 est réalisée par des morceaux (11) jointifs qui sont en béton non armé, ou en pierre, ou encore en autre matériau de résistance équivalente. Les morceaux (11) sont reliés par des rotules élastiques avec joint (1) et câbles (2). Chaque morceau (11) est armé par des câbles (12) placés sur chaque face verticale du morceau (11), réunis en épingle par les serre-câbles (13) et passant sur les poulies (14). A noter que ces poulies (14) sont analogues aux poulies (3) à l'exception près d'une gorge plus large prévue pour recevoir les deux épaisseurs des câbles (2) et (12). Des poulies (14) à deux gorges peuvent également convenir, à la condition, toutefois, de ne pas être trop épaisses, ce qui pourrait créer des sollicitations supplémentaires de flexion dans les axes (4) des poulies (14) venant se combiner aux contraintes de cisaillement de l'axe (4) pour augmenter les contraintes principales résultantes. A noter que les câbles (12) pourraient également être utilisés pour renforcer une poutre souple en morceaux exécutés, cette fois, en béton armé. Les fers à béton (15) dessinés sur la figure 5 sont des armatures 35 d'ancrage disposées tous les 10 cm le long de l'axe (4) pour permettre de répartir les efforts à l'intérieur du béton. En effet, l'axe (4) des poulies (2) ou (14) soumet le béton qui l'entoure à des concentrations importantes de contraintes appliquées à des surface très localisées du béton. Ce qui nécessite l'emploi des armatures d'ancrage (15) pour intéresser un plus grand volume de béton que la seule surface d'enrobage du béton situé au contact direct de l'axe (4). L'armature (15) représentée sur la figure 5 en 5A, 5B et 5C, comporte une branche placée parallèlement à l'armature longitudinale du morceau (11), l'autre branche étant inclinée selon un angle de 30 à 45 avec la verticale. lo La barre (15) représentée figure 5A correspond au cas d'armature d'ancrage le plus simple de réalisation et d'usage le plus courant. Le fourreau (16) entourant l'axe (4) dessiné figure 5B est un tube métallique traversant coulé dans le béton. Ce qui permet de placer l'axe (4) des poulies (2) dans le tube (16) seulement après l'exécution de la poutre 15 sur chantier ou après la pose de la poutre préfabriquée. La barre d'ancrage (15) dessinée sur la figure 5C est fixée au tube (16) par les cordons de soudure (17). Ce dispositif permet de faciliter la mise en place de l'armature (15) dans le coffrage et sa tenue au coulage du béton du morceau (11). L'épingle en câble (18) reliée par les serre-câbles (19), 20 réalise une sorte de ceinture améliorant l'ancrage du fer (15) dans le béton. A noter que les éléments (15) à (19) de la figure 5, bien qu'utiles à l'invention et numérotés, ne sont pas revendiqués, car les fers à béton (15) font l'objet d'un usage courant appartenant à la technique classique du béton armé traditionnel (armatures d'ancrage). 25 Les morceaux (11) de la poutre souple figure 6 sont très étroits (h/L >1) et travaillent comme des poteaux et non plus comme des poutres (figures 1 à 4 h/L 1). Il en résulte que chaque morceau (11) comporte seulement 4 poulies (14) au lieu de 8 poulies comme en figures 1 à 4. Ces 4 poulies (14) sont disposées dans le plan vertical médian du morceau (11) 30 perpendiculaire aux faces de la poutre. Dans ce cas limite, la fissuration est très improbable puisque toutes les rotations se font au droit des joints (1) (rotules élastiques). Ce cas de poutre souple selon l'invention vérifie les hypothèses de base de la théorie de la tenségrité (R. MOTRO Ecole d'Architecture et Université de Montpellier Il) puisqu'il s'agit bien d'une 35 structure comportant une partie comprimée, les morceaux (11), en équilibre avec une partie tendue : les câbles (3) et les axes (4) des poulies (14). Les câbles (20) et (21) des figures 7 et 8 peuvent remplacer les câbles (2) de la figure 6, ce qui permettrait de réduire à 4 le nombre de boîtiers de bouclage (5) au lieu d'un boîtier (5) par câble (2). A noter que des serre- câbles (19) pourraient remplacer le boîtier (5) à condition d'un réglage rigoureux avant chargement. Cette nouvelle disposition des câbles (20) et (21) est également conforme aux principes des structures envisagées par la théorie de la "tenségrité" (équilibre tension-compression), le terme "tenségrité" découlant de la conjugaison de deux notions de nature différentes : la tension notion de mécanique et l'intégrité notion purement géométrique. En effet, il s'agit de la tension des câbles (20) et (21) garantissant l'intégrité de la poutre souple grâce à la pression des câbles sur elle. L'application essentielle recherchée par le présent brevet est d'éviter la fissuration de la poutre et ses nombreux inconvénients. Or, le principe de conception de la poutre souple selon l'invention se prête tout naturellement à la préfabrication puisqu'il s'agit d'une poutre réalisée en plusieurs morceaux que l'on peut couler à l'avance et joindre ensuite au chantier par des câbles (rotules élastiques) pour constituer la poutre à exécuter. Nous allons montrer comment la préfabrication des morceaux de la poutre souple ne permet pas seulement une exécution rapide sur chantier, comparable au montage de la charpente métallique mais, également, cette préfabrication va permettre une préparation plus soignée du béton et une possibilité de tester, en atelier industrialisé, les propriétés de résistance de chaque morceau de la future poutre souple avant sa mise en oeuvre définitive sur chantier. Avantage gagné au profit de la sécurité de la poutre, une fois, en service. En effet, des essais de traction en laboratoire, sur des éprouvettes en béton ont montré que les éprouvettes longues se rompaient bien avant les éprouvettes plus courtes, phénomène appelé par les spécialistes : effet d'échelle. On conçoit donc que plus les morceaux de la poutre souple seront courts, plus la probabilité d'y trouver des fissures amorces de rupture sera faible. Or, au début de ce texte on a tenté d'expliquer le phénomène fissuration, d'une façon simple, par deux raisonnements basés uniquement sur les dimensions de la poutre et de ses morceaux. Mais dans les applications du présent brevet, un troisième raisonnement, plus poussé celui-là, est maintenant possible, puisqu'il va 8 tenir compte non seulement des dimensions de la poutre, mais aussi de la nature du béton utilisé pour la construire ( effet d'échelle ). Plus précisément, plaçons-nous maintenant à l'échelle microscopique du béton, matériau très hétérogène de par sa composition macroscopique (sable, cailloux, ciment, aciers). Il en résulte que des pertes de cohésion peuvent apparaître non seulement au contact entre gravillon et lien (ciment + sable), mais aussi entre le ciment et le sable constitutifs du lien utilisé. De plus, la surface de contact du béton lui-même avec le pourtour des armatures en acier peut présenter également des défauts d'adhérence se traduisant par une absence de cohésion à ce niveau, d'autant qu'aux alentours des armatures le béton est le plus souvent dans une zone tendue de la poutre fléchie. Or, dans un béton sollicité en traction, l'absence de cohésion en un point, se traduit par une microfissure. Lorsque les microfissures sont suffisamment éloignées entre elles et assez bien réparties dans la masse du béton, elles ne sont pas dangereuses et constituent même le fonctionnement normal de la poutre fléchie sous chargement qui se traduit par de très faibles flèches résiduelles après déchargement (adaptation plastique de la poutre). Par contre, si les microfissures se multiplient en un certain point et se rapprochent, le risque est qu'elles peuvent se réunir pour constituer, par coalescence, une amorce de fissure à l'origine, souvent, d'une macrofissure évolutive. Cette macrofissure évoluera, par la suite, au gré des zones de fragilité rencontrées dans la masse du béton, jusqu'à déboucher en surface et dégénérer parfois en lézarde et fente de rupture de la poutre. Donc, fonctionnement normal (microfissure) ou risque d'effondrement (lézarde), ces deux phénomènes apparemment contradictoires témoignent du caractère ambigu de la fissuration et justifient le fait qu'aucune réponse totalement satisfaisante n'ait encore répondu à ce problème. D'où l'intérêt de la préfabrication qui devrait permettre d'approcher suffisamment la solution en minimisant les risques de fissuration. En effet, la poutre souple selon l'invention permet, grâce à la préfabrication, une mise en oeuvre très soignée et poussée à l'extrême de chaque morceau de la poutre à réaliser car la granulométrie des agrégats et le dosage précis en eau peuvent être pratiqués et contrôlés de manière scientifique à l'atelier de préfabrication des morceaux. De plus, une fois coulé, chaque morceau de la poutre souple peut être éprouvé et testé au banc d'essais, avant l'envoi au chantier, à l'aide d'appareils de mesures non destructives (acoustique, rayons, etc). Ainsi la poutre souple qui permet la préfabrication contrôlée des morceaux est donc un moyen important de limiter les risques de fissuration à la mise en service de la poutre. Des applications concernant les poutres sous lourdes charges roulantes soumises aux vibrations comme les ponts ferroviaires, industriels ou militaires par exemple seraient donc envisageables. On sait que les vibrations à haute fréquence peuvent favoriser la propagation des fissures, en particulier quand on songe aux vitesses atteintes par notre lo TGV (en service 320 kmH, record actuel homologué à 575 kmH et 600 kmH envisagés) et que la question de la durée de vie des ouvrages actuels pourrait se poser. Et ceci notamment pour des ponts-rails calculés (lignes d'influences) avec le convoi type comportant encore des machines à vapeur qui, à l'époque étaient fort loin d'atteindre les 575 kmH du TGV 15 actuel, donc ouvrages non prévus pour les effets dynamiques qui résultent des vitesses des convois modernes. On rappelle que les vibrations sont favorables à la vitesse de propagation des fissures et donc à l'évolution dangereuse de la dégradation du béton dans le temps. A ce stade les simples mesures comparatives de flèche des travées ne suffiront plus 20 pour apprécier le degré de gravité de l'état de la poutre en service. Poutre qu'il faudra sans doute renforcer ou remplacer rapidement au risque d'interrompre le trafic plus longtemps, pour rupture de la voie ferrée par effondrement de tout le tablier. Pour éviter cette situation catastrophique, la poutre selon l'invention pourrait permettre, selon le cas, un 25 renforcement par moisage par exemple ou un remplacement rapide (préfabrication possible) de la partie endommagée seulement limitant ainsi la durée de l'arrêt du trafic ferroviaire. Par conséquent la préfabrication facile de la poutre souple permettra de limiter les problèmes inhérents aux ouvrages SNCF en service continu. 30 Mais un intérêt supplémentaire de la préfabrication de la poutre souple se situe, cette fois, au niveau du calcul de résistance de la poutre à réaliser. En effet, supposons qu'un appareil d'usage pratique et peu coûteux permette, en atelier, de déterminer avec une certaine précision, la cohésion en des points assez rapprochés de chaque morceau de la poutre 35 à préfabriquer. Alors, on pourrait introduire dans les calculs un indice de cohésion en tout point du morceau à contrôler ( champ de cohésion ). La La cohésion en un point du morceau examiné serait mesurée par la densité de microfissures constatées au voisinage de ce point (quantité par unité de volume). Il en résulterait l'élaboration d'un champ de cohésion propre au morceau étudié. L'indice de cohésion permettrait ainsi d'affiner encore les calculs de résistance dans lesquels serait statistiquement pris en compte le risque de fissuration de la poutre. D'où le double intérêt (sondage et calcul) de la préfabrication possible de la poutre souple selon l'invention. Une nouvelle application envisageable réside dans l'utilisation de poutres souples en morceaux comportant des armatures extérieures en câbles selon l'invention. Cette application particulière pourrait consister, par exemple, à renforcer les armatures internes traditionnelles de morceaux d'une poutre souple soumise à une augmentation de chargement non prévue au départ du calcul conceptuel de la poutre.

Autre application possible des armatures extérieures en câbles : une poutre constituée de morceaux en béton non armé, dont les câbles extérieurs, selon l'invention, remplacent les armatures internes traditionnelles absentes dans ce cas. L'absence de ces armatures traditionnelles permettra peut être d'éviter la fissuration et ses inconvénients, sachant que la fissure naît souvent au niveau de l'enrobage des aciers, zone particulièrement vulnérable du fait de sa minceur (2 à 4 cm environ) et l'on a dit combien la perte de cet enrobage exposait les aciers dénudés aux dangers de la corrosion. Mais les morceaux de la poutre pourraient également être en pierre naturelle au lieu de béton, ce dernier n'étant en fait qu'une sorte de pierre reconstituée. On trouve, en effet, de la pierre très solide comme certaines roches d'origine magmatique (granit par exemple) ou métamorphique (porphyre, marbres) ou encore sédimentaire (calcaires durs) à la rigueur. Cette application particulière aux poutres de la pierre de taille qui jusqu'ici garnissait seulement nos murs, constitue un progrès permettant d'utiliser davantage les matériaux naturels et non industrialisés et d'étendre ainsi leur champ d'application. Ceci présente, en outre, un intérêt d'ordre écologique en évitant la pollution occasionnée par la fabrication du béton (poussière + fumées). Autre avantage de la pierre, la possibilité, dans certains cas d'application relevant de l'esthétique architecturale, de réaliser des ouvrages présentant un certain cachet artistique, comme 12 l'exécution de poutres en marbre pour construire un monument ou bâtir une église, par exemple. Mais les morceaux de la poutre souple peuvent être réalisés en d'autres matériaux que le béton à condition seulement que leurs propriétés mécaniques soient au moins équivalentes à celles du béton. Outre lapierre, le métal ou les synthétiques peuvent également être envisagés. La poutre souple selon l'invention permet également d'autres applications du fait qu'elle est démontable. En effet, le dispositif contenu dans le boîtier de bouclage peut être desserré pour libérer les câbles qui peuvent sortir des poulies et détacher ainsi les morceaux de la poutre. La poutre souple étant démontable, il est alors facile et moins onéreux de réparer le morceau défectueux ou de le changer, ou encore de changer les quelques câbles endommagés seulement, alors qu'une poutre monolithique traditionnelle serait à démolir entièrement et à remplacer par une nouvelle poutre neuve, option longue et coûteuse. Grâce à son mode de conception par morceaux et câbles la poutre souple est facilement réparable en cas de sollicitations extrêmes et exceptionnelles comme chocs accidentels, attentats ou séismes.

La poutre souple étant démontable, présente également l'avantage d'être transportée plus facilement qu'une poutre entière. Dans un brevet antérieur (N 8805208) on a montré qu'on pouvait construire un pont de 7 Km de portée à l'aide l'éléments transportés par hélicoptères, le pont étant constitué de morceaux posés sur un premier lit de câbles tirés par mer d'un appui à l'autre, un hélicoptère transportant et déposant les autres éléments du pont. D'une manière analogue, concernant la poutre selon la présente invention, on peut admettre qu'un hélicoptère pourrait, cette fois, réaliser le tirage des premiers câbles en fibres de carbone d'un appui à l'autre, ainsi que le transport des morceaux de la poutre et les déposer sur un platelage appuyé, en première phase, sur les câbles. Ce mode d'exécution devrait permettre la mise en oeuvre d'un pont curviligne de grande hauteur autorisant le franchissement de très grande portée de l'ordre de 5 Km entre appuis. Un pont France-Angleterre franchissant le Pas de Calais sur 6 piles en mer serait alors envisageable, pont ancré en rives dans les deux falaises se faisant face. Des poutres souples de 5 Km de portée constituent, à notre époque, un ouvrage réalisable, eu égard au projet d'un pont suspendu qui envisageait de relier la Sardaigne au continent et dont les travées étaient prévues pour une portée de 5 Km environ. Projet non encore réalisé actuellement et donc performance encore jamais égalée à ce jour (le record actuel étant de 3 Km en Asie), mais qui sera possible un jour prochain grâce à l'utilisation de matériaux nouveaux et de techniques particulièrement innovantes ou encore la combinaison de plusieurs techniques traditionnelles (suspentes, voûtes, chaînettes, etc

.). La présente invention pourrait contribuer à répondre également à ce défi de la plus grande distance à franchir. Une dernière application proposée par l'invention est à mentionner, s'agissant, cette fois, de déterminer la valeur exacte du moment de continuité à prendre en compte sur appui dans les calculs, pour éviter la fissuration de la poutre en service. Dans les poutres continues monolithiques traditionnelles il a été constaté, par mesures de flèche sous chargement et flèche résiduelle après déchargement, que le moment de continuité sur appui, calculé en supposant que le béton est parfaitement élastique, est presque toujours surévalué par rapport au moment réel déduit des flèches, et ce d'autant que le rapport flèche résiduelle sur flèche est important. Ce phénomène naturel d'adaptation de la poutre aux imperfections du béton est dû à ce qu'une partie de la déformation sur appui se plastifie par microfissuration, abaissant la résistance élastique réelle aux extrémités de la travée (continuité). Une question se pose donc : quelle valeur Mc du moment de continuité sur appui prendre en compte pour calculer la poutre, le problème étant que si Mc choisi est trop grand, le moment en travée sera sous-estimé et l'on risque la fissure en travée, par contre si Mc choisi est trop petit, alors c'est sur appui que la fissure apparaîtra. Or, le problème précédent ne se pose pas pour la poutre souple selon l'invention (absence de fissure d'appui), ou plutôt il ne se pose plus de la même manière puisque sur appui la rotule est réellement totalement élastique et non plus élastoplastique comme dans le cas de la poutre monolithique traditionnelle. Donc, pas de fissure possible aux appuis de la poutre souple et fissure improbable en travée, la régulation de l'hyperstaticité de la poutre se faisant naturellement (comme nous l'avons vu) au niveau des rotules élastiques, même dans les cas extrêmes (articulation d'appui par rupture des câbles) avec armatures suffisantes à prévoir en travées isostatiques. C'est pourquoi l'invention permettrait, sur ce point précis, d'approcher davantage (sans pour autant l'atteindre avec certitude) la valeur exacte de Mc à prendre en compte dans le calcul de la poutre, tout en évitant la fissuration du béton. De plus, l'invention offre la possibilité de pouvoir modifier l'hyperstaticité le long d'une poutre continue à plusieurs travées. En effet, sur un appui, le serrage du joint peut être modifié à volonté par réglage des câbles dans leur boîtier de bouclage. Ainsi, un joint très peu serré correspondrait à un appui quasiment articulé, les travées de part et d'autre devenant pratiquement isostatiques par absence de moments de continuité. Par contre, un joint normalement serré produirait un appui hyperstatique par continuité parfaitement élastique d'une travée à la suivante. Enfin, un joint trop serré nous ramènerait au cas de la poutre monolithique traditionnelle par absence de joint d'appui, cas que nous voulons justement éviter, avec risque de rupture des câbles et ouverture du joint conduisant à une parfaite articulation à l'appui (suite de poutres isostatiques) et des fissures probables en travées. Ainsi, l'invention offre la possibilité de pouvoir régler le degré d'hyperstaticité de chaque travée et donc la répartition des moments en chaque point de la longueur de la poutre souple continue, ce qui permettrait, dans une certaine mesure de mieux contrôler (sinon maîtriser radicalement) les phénomènes d'adaptation de la poutre inhérents au fonctionnement du béton sur appui. Par contre, le caractère monolithique des poutres continues traditionnelles (sans joint) n'offre pas cette possibilité de réguler le degré de continuité mécanique des travées successives de la poutre, d'où un risque accru d'adaptation anarchique de la poutre traditionnelle sous chargement se traduisant souvent par des macrofissures et la corrosion de l'armature au détriment de sa capacité de résistance avec rupture prévisible à terme.35..FT: POUTRE SOUPLE ANTIFISSURE PAR ROTULES'ELASTIQUES'

Claims (4)

REVENDICATIONS

1) Poutre en béton armé caractérisée en ce qu'elle comporte une ou plusieurs rotules élastiques, chaque rotule comprenant un joint vertical (1) sec ou rempli d'un produit élastique et résistant, le joint (1) est armé, sur les deux faces verticales de la poutre, par un câble (2) passant sur les poulies (3) d'axe traversant (4). Le câble (2) constitue une ceinture continue se refermant dans le boîtier de bouclage (5) fixé à la poutre dans la zone comprimée du béton. Le câble (2) a la forme d'un quadrilatère dont deux côtés opposés (6) sont perpendiculaires au plan du joint (1), les deux autres côtés se croisant au point (7) à mi-hauteur du joint (1). Des cornières (8) protègent les arêtes horizontales du joint (1) dans la zone comprimée du béton.

2) Poutre selon revendication 1 caractérisée en ce qu'il s'agit d'une poutre continue à plusieurs travées (9). Le boîtier (5) est placé en partie supérieure de la poutre en travée (9) et en partie inférieure sur appui intermédiaire (10).

3) Poutre selon revendications 1 et 2 caractérisée en ce que la poutre est constituée d'une suite de plusieurs morceaux juxtaposés (11) assemblés deux à deux par rotule élastique et que, sur les deux faces verticales de la poutre, un câble (12), refermé par les serre-câbles (13), relie les poulies (14). Les morceaux (11) pouvant être en béton non armé ou autre matériau solide équivalent.

4) Poutre selon revendication 1 caractérisée en ce que les morceaux (11) sont très étroits (h/L> 1) et que les câbles (2) ou (20) et (21) passent 25 sur les poulies (14) situées dans le plan vertical médian du morceau (11). 30 35