Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
CA 02044789 2001-07-10
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PROCÉDÉ DE REALISATION,, Ä FLANC DE MONTAGNE, D'UNE STRUCTURE
SEMI-ENTERRÉE ET STRUCTURE AINSI-RÉALISÉE
L' invention a pour objet un procd de
ralisation d'une structure serai-enterre formant une
galerie de protection de chausse ou de voie ferre
ralise flanc de montage et couvre galement les
structures
ainsi ralises.
On est sauvent amen, en terrain accident,
raliser l a plateformE~ d' une chausse ou d' une voie ferre
en corniche ou au F>i.ed d'un terrain fortement inclin,
parfois mme,
une falaise
verticale,
par exemple,
1.a
Sortie d'un tunnel.
Une telle structure est destine
essentiellement
protger la
chausse contre
les
boulements ou l.es avalanches. Elle doit donc tre
constitue, du ct amont, par une paroi pleine qui se
raccorde une couverture permettant de retenir 1_es
boulements ou les avalanches ou bien de les faire passer
par-dessus la chausse. En revanche, du ct aval, la
couverture s' appuie gnralement sur une paroi perce
d'orifices, souvent une srie de pip fers, de faon
permettre u n clairage naturel de la chausse et ne pas
allonger in utilement le tunnel.
La couvE:cture doit pouvoir rsister des
chocs trs importants dus, par exemple, la chute de gros
blocs et on
prfre souvent
lui donner
la forme d'une
vote. En outre, e:~le est, de prfrence, recouverte d'un
remblai qui. permet d'amortir les chocs.
Mais une telle structure doit aussi pouvoir
supporter des efforts 7 atraux importants dus aux
boulements et aux avalanches.
On connait depuis longtemps de telles
structures.
Le brevet. US-A-3 282 056 décr it, par exemple,
de telles galeries de protection mais celles-ci sont
réalisées entièrement: au moyen de panneaux métal.l iques en
tôle ondulée qui doivent être maintenus par des tirants.
20~~~~~
2
De tels panneaux n'ont pas la même résistance qu'une paroi
en béton armé mais, surtout, l.es risques de corrosion ne
donnent pas aux ouvrages ainsi réalisés une pérennité
suffisante. C'est pourquoi, on préfère, normalement
utiliser le béton armé ou précontraint. Par exemple, la
revue "Route et Circulation Routière" N° 6 du 2 juin 1967
montre une galerie de protection constituée d'une paroi
voutée en béton, encastrée dans le sol. du côté amont et
reposant sur une série de piliers du côté aval.
Le brevet' suisse n° 402.919 montre également
une telle gale.r ie compor tant une dall e de couverture
ancrée dans la paroi rocheuse du côté amont et reposant,
du côté aval, sur une paroi munie de panneaux mobiles
permettant d'absorber la dépression due au passage d'une
avalanche.
Jusqu'à présent, de telles structures étaient
réalisées par les techniques habituelles du béton armé,
c'est-à-dire par moulage en place, en utilisant des
coffrages et des cintres. Ces procédés sont relativement
longs et coûteux.
Or, en terrain montagneux, la saison
favorable aux constructions est très courte. De plus, le
personnel. et 1.e matériel ne sont pas totalement protégés
contre l.es chutes de pierres ou les éboulements qui
peuvent se produire pendant la construction.
L'invention a pour objet de rësoudre ces
difficultës grâce à un nouveau procédé permettant de
construire de telles galeries de protection très
rapidement et en toute sécurité.
L°invention concerne donc, d'une façon
générale, la réalisation d'une structure semi-enterrée
pour 1.a protection d'une pl:ateforme s'étendant à flanc de
montagne suivant un axe longitudinal et comprenant une
couverture prenant appui, du côté amont, sur une paroi
fermée et du côté aval. sur une paroi ouverte, par exemple
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une série de piliers espacés.
Conformément à l'invention, la structure de
protection est entièrement constituée d'él.éments
préfabriqués en béton couvrant chacun une partie de 1.a
S section transversale et formant une suite de tronçons
adjacents placés les uns à la suite des autres suivant
L'axe longitudina.l., et constitués chacun de trois éléments
préfabriqués, respectivement un élément supérieur de
couverture prenant appui, par L'intermédiaire
d'articulations l.ongitudinal.es, sur deux êl.éments de côté
comprenant, respectivement, une paroi pleine du côté amont
et au moins un pilier du côté aval., et munis chacun d'une
base en forme de semelle élargie à face inférieure plane
permettant à L'élément d'être simplement posé sur Le sol
1S et d'une partie supérieure en forme de longrine sur
laquelle sont ménagêes des parties longitudinales d'appui
articulé du bord latéral. correspondant de L'élément de
co uve r ture .
Pour construire, selon 1.' invention, une tel.l.e
structure:
on réal ise à 7 ' avance, dans un chantier de
préfabrication, trois séries d'éî.éments prêfabriqués,
respectivement des éléments de côté amont comprenant une
paroi plane s'étendant entre une base élargie et une
longrine supérieure, des élëments de côté aval comprenant
au moins un pilier s'étendant entre une base élargie et
une longrine supérieurè, et des éléments supérieurs de
couverture constitués chacun d'un voile rigide s'étendant
entre deux bords latéraux paral.l èl.es, sur Lesquel.l.es sont
ménagées des parties d'appui longitudinales susceptibles
de coopérer avec des parties longitudinales conjuguées
ménagées sur 7.a face supérieure des longrines des ëléments
de cté de façon à former des appuis articul és,
- on réalise au moins une partie de
phateforme aplanie au niveau voulu,
4
- on pose successivement sur ladite partie
de pl.ateforme, au moins un élément de côté amont, un
élément de côté aval et un élément de voûte.
L'invention met à profit les progrès récents
de la préfabrication qui permettent de réaliser des
éléments préfabriqués de grande résistance et présentant
des dimensions importantes. En particulier, L'inventeur
avait déjà proposé dans le brevet EP 081.402, une
technique de construction d'ouvrages souterrains tels que
des buses ou des ponts au moyen d'él.éments préfabriqués
posês sur 1.e fond d'une tranchée et recouverts ensuite
d'un remblai.
Dans ce procédé connu, on utilise aussi des
éléments de côté munis à leur base d'une partie de
stabilisation leur permettant d'être simplement posés sur
le sol en se tenant droits sans échafaudage et en
supportant un élément supérieur en forme de voûte incurvée
qui se raccorde tangentiellement aux é7.éments de côté de
façon que 7.es charges appliquées se transmettent par effet
de voûte sur les éléments de côté et jusqu'à un radier
p7 an permettant de répartir les contraintes sur une grande
surface.
De ce fait, les éléments préfabriqués décrits
dans le brevet EP 081.402 étaient prévus pour transmettre
tangentiel.l eurent 7.es efforts et non pas pour supporter des
contraintes latérales importantes. C'est pourquoi il.s ne
pouvaient pas être utilisês sans adaptation pour la
réa7.isation de structures serai-enterrées à flanc de
montagne.
En particu7.ier, chaque é1 ément de couverture
est constitué d'un voile en forme d e secteur cylindrique
associé à au moins une nervure transversale de
raidissement ménagée sur l'intrados dudit voile et
s'étendant suivant un plan perpendiculaire à 1°axe,
l'ensemble formant une pièce rigide sensiblement
o~~~~~
indéformable, moulée en une seule pièce en béton armé ou
précontraint.
De la sorte, on ~nserve la forme voutée de
1.a couverture qui permet de mieux encaisser la charge du
remblai et l.es chocs provenant des éboulements, mais la
rigidité confèrée par la nervure permet de maintenir
l'écartement des bords latéraux et de transmettre les
charges aux éléments de côté suivant des directions
essentiellement verticales par l'intermédiaire des appuis
articulés qui sont ménagés sur des faces horizontales en
regard de l'élément supérieur et des longrines d°appui.
Une telle structure en portique articulé
résiste mieux aux efforts latéraux qui s'exercent
occasionnellement en cas d'éboulements ou d'avalanches.
Cependant, les bords latéraux de L'élément de
couverture sont soumis à des efforts verticaux importants
et doivent donc pouvoir être ferraill.és en conséquence.
A cet effet, chaque élément de couverture
peut être muni, 1.e long de ses deux bords longitudinaux
2p parall.èl.es, respectivement de deux longerons de
renforcement prenant appui sur l.es longrines supérieures
des éléments de côté et les appuis l..ongitudinaux articul..és
sont constitués de parties conjuguées ménagées,
respectivement en creux et en saillie, sur les faces
horizontales en regard des longerons de 1°él.ément de
couverture et des longrines des éléments de côté.
I1. est également avantageux que l'élément de
côtê amont soit constitué d'une paroi incurvée se
raccordant tangentiellement au voile cylindrique de
l'élément de couverture. Dans ce cas, 1.a paroi incurvée
est munie, à son extrémité supérieure et du côté de
l'extrados, d'une partie é7.argie à section triangulaire
comportant une face horizontale sur laquelle est ménagée
1.a partie correspondante de L'appui articulé.
Etant donné que l'él.ément de couverture est
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simplement posé sur les longrines supérieures, des
éléments de côté, sa 7.argeur n'est pas nécessairement
limitée à L'écartement desdites longrines et il peut
avantageusement être prolongé, au moins du côté aval., par
une partie s'étendant en porte-à-faux à partir du bord
latéral d' appui cor respondant et comprenant une section de
voile cylindrique associée à au moins une nervure de
raidissement s'ëtendant entre les extrados de 1.'ëlément
supérieur et dudit prolongement, perpendiculairement à
l'axe et de part et d'autre dudit bord latéral d'appui.
De préférence, l'espace compris entre le
terrain naturel et l'élément de côté placé vers 7_a crête
est rempli d'un matériau de remblayage relativement souple
et L'ensemble est recouvert de terre végétale jusqu'au
bord latéral. opposé de l'élément supérieur.
Mais l'invention sera mieux comprise par 1.a
description suivante d'un mode de réalisation particulier
donné à titre d'exemple et représenté sur les dessins
annexés.
2g - 1.a figure 1 est une vue générale, en coupe
transversale, d'une structure réalisée selon l'invention;
- 1a figure 2 est une vue en coupe selon II-
II de la figure 1;
- 7.a figure 3 est une vue en coupe sel on
III-III de la figure 1;
- la figure 4 est une vue schématique, en
coupe transversale, d'une chaussée réalisée à flanc de
montagne sur une plateforme aplanie et tassée 4.
La structure représentée sur la figure 1
Comprend un élément supérieur 1 placé sur deux éléments de
côté, respectivement amont 2 et aval 3 reposant sur 7.e sol
chacun par l'intermédiaire d'une semelle 21, 31. 'fous l.es
éléments sont réalisés en béton armé ou précontraint.
Aucun ancrage dans 7 e sol et aucun travail de
fondation ne sont nécessaires, les deux éléments de côté 2
et 3 étant simplement posés sur 1a plateforme 4 par
l'intermédiaire de leurs semelles 21, 31, qui sont prévues
pour leur permettre de se tenir droits sans échafaudage.
L'élément supérieur de couverture 1 est
constitué d'un voile en béton en forme de secteur de
cylindre de révo7.ution centré sur un axe longitudinal 10
et muni, sur son intrados 11a, de deux nervures
transversales 12 qui s'étendent suivant des plans
perpendiculaires à l'axe longitudinal 10. En outre, 7.e
long de ses deux bords latêraux 13, 13' parallèles à l'axe
10, l'élément supérieur 1 est muni de deux longerons de
renforcement 51, 52 prenant appui respectivement sur des
longrines 22, 32 ménagées sur l.es extrémités supérieures
des êléments de côté 2 et 3, par l'intermédiaire d'organes
d'appui longitudinaux articulés 5 (5').
Dans le mode de réalisation représenté, sur
les figures, chaque élément de côté amont 2 est constitué
d'une paroi pleine incurvée vers l'intêrieur et
s'étendant, suivant une direction sensiblement vertica7.e,
à partir de 7.a base 21.
La courbure. de la paroi incurvée 2, au
moins à son extrémité supérieure, est égale à ce7l.e du
voile cylindrique 1 de façon que les éléments se
raccordent tangentie77.ement.
Cependant, pour permettre la reprise par
l'élément de côté 2 des efforts verticaux app7.iqués sur
des appuis 5, 1.°extrémité supérieure de 1'é7ément 2 est
élargie du côté de l'extrados par une partie 22 présentant
une face supérieure horizontale 23 et dans laquelle peut
être placé 1.e ferraillage nécessaire pour encaisser les
efforts app7.iqués, L'extrémité supérieure 22 formant ainsi
une longrine de renforcement à section sensiblement
triangulaire.
Normalement, 1.a longrine 22 sera moulée en
une seule pièce avec l'élément de côté 2. Elle pourrait,
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cependant, être constituée d'une poutre rapportée, posée
et scellée sur 7.'extrémit:é supérieure de l'él.ément 2.
Chaque ~:~rcane d'appui S est constitué de deux
parties conjuguées 53, 54, ménagées respectivement, en
saillie et en creux, s!ar les faces en regard des longerons
51, 52, et des longrines 22, 32, ou inversement.
Par exemp7 e, la f: ace infér ieure de chaque
longeron S1, 52, de l'élément de couverture est munie
d'une nervure 53 à profil arrondi convexe s'engageant dans
une rainure 54 ménagée sur la face supérieure 23 de la
longrine 2c. (32) de :1 ' é lément de côté 2 (3) .
Des joints d'étanchéité 55 (55'), par exemple
en néoprène, peuvent être p1 acés avantageusement entre l.es
deux parties 53, 54, prenant appui l'une sur l'autre.
L'élément= supérieur: l, raidi par les nervures
12 et les longerons _-1, S2, constitue un ensemble rigide,
s ens iblement i ndéformabl e , moul é en une seul e pièce . Par
conséquent,. même lorsqu' il est r_hargé d' un remblai ,
1.' élément supér: ieur 1. ne transmet aux é7 éments de côté 2
2G et 3 que des efforts verticaux passant par les plans
médians P, P' des organes d'appui S, S'.
L'ensemble de 1.a structure forme ainsi un
portique articulé reposant sur les semelles 21, 31 qui
peuvent être calculées pour résister occasionnellement aux
2y efforts horizontaux rE=sultant d'éboulements ou du passage
d'aval_anches, les efforts verticaux étant prépondérants.
Ainsi, la partie interne 21a de la semelle 21
de l'élément de côté 2 peut s'étendre suffisamment vers
l'intérieur à partir du plan d'appui P pour assurer 1.a
30 stabilité de l'élément 2. En outre, la partie externe 21b
de la semelle 21 peut avantageusement être largement
prolongée vers l'extérieur. de façon à participer à la
stabil i té de l' é1 ément 2 par eff et de bêche 1 orsqu' e1 7 e
est chargée d'un remblai 43 .
On notera auss i que, lorsque 1 es é1 éments 2
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sont incurvés, la longrine 22 permet de repousser vers
L'extérieur le plan d'application P des efforts d'appui.
La couverture 1 peut recouvrir simplement
l'espace compris entre les éléments de côté 2 et 3. Les
longerons 51 et S2 sont alors identiques. Cependant, dans
le mode de réalisation prëférentiel représenté sur les
figures, L'élément supérieur 1 est muni sur un côté d'un
prolongement de couverture 6 constitué d'un voile incurvé
61 s'étendant en porte-à-faux à partir du longeron 52. Le
voile 61 peut avoir la forme d'un secteur cylindrique de
même rayon que le voile 11 de façon que les naissances des
deux voûtes forment un ensemble symétrique par rapport au
longeron d'appui 52.
Par ailleurs, une ou plusieurs nervures
transversales 63, perpendiculaires à L'axe longitudinal
Z0, sont ménagées vers 1.e haut, entre 1 es extrados llb et
61b, de façon à relier entre elles les deux voûtes 11 et
61. L'élément supérieur 1 constitue ainsi un ensemble
rigide qui est moulé en une seule pièce en béton armé ou
précontraint et qui comprend la voute 11 et son
prolongement 6, l.es nervures 12 et 63 et les longerons 51
et 52. Les caractéristiques dimensionnelles des voiles
cylindriques et de leurs nervures, ainsi que les
ferraillages sont déterminés de faqon à former un ensemble
à 1.a fois rigide et léger susceptible de supporter sans
déformation son poids propre et le poids d'un talus
d'ëpaisseur limitée.
L'organe d'appui longitudinal 5' du longeron
52 de l'él.ément supérieur sur l'él.ément de côté 3 est
e9alement symétrique par rapport au plan ,vertical P', la
rainure 54' étant ménagée sur 1a face supérieure 33 du
longeron 32 qui n' a donc pas besoin d' être élargi comme 1 e
longeron 22 de l'élément de côté 2.
La structure qui vient d'être décrite est
particulièrement adaptée à la réalisation d'une route en
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corniche, comme on l'a représenté sur 1a figure 4.
Les éléments préfabriqués l, 2, 3 peuvent
avantageusement être réal isés dans une usine de
préfabrication éventuellement éloignée du site de
5 construction. En effet, on peut 1 imiter leurs dimensions,
dans l e sens l ongi tudinal , à 1a l argeur d' une remorque
routière pcur permettre leur transport. La chaussée, qui
peut avoir deux voies parai l èles A et B, est pi acée sur
une plateforme 40 réalisée à flanc de montagne.
10 Pour 1a construction de la galerie, après
avoir réalisé la plateforme 4, éventuellement sur une
longueur réduite pour diminuer les risques d'éboulements,
on pose d'abord un certain nombre d'éléments amont 2 en
1 es al ignant, puis 1 es él éments aval 3 et enf in 1 es
éléments de couverture 1.
Le côtë de la pi ateforme 4 tourné vers la
crête peut être creusé en débl ais et si l a nature du sol
1 e permet, la face amont 41 peut être sensiblement
verticale de faÇon à limiter l'emp=ise et 1e volume de
déblais. En effcJi- l.e personnel bénéficie, dès la pose des
éléments amont 2, d''une certaine protection contre les
éboulements qui se nloquent entre la montagne 41 et
l'élément ?. Cette protection est encore améliorée par la
forme incurvée de la paroi 2. Lorsque la structure a été
2~~ construite sur une certaine longueur, la chaussée peut
être réal isée à l' abr i.
Pour un E: chaussée à deux voies, 1 ' é7 émeut
aval 3 est placé sensiblement au mil ieu de la pi ateforme
4. Cependant, du fait que les fondations sont supprimées
3« et que la G. 'narge est bien rëparti.e par la semelle 31,
l'élément de cité 3 F>ourrait être placé, dans le cas d'une
voie étroite, très près du bord aval 45 de la plateforme 4.
La chaussée 46 est realisée de façon
classique, les parties internes des semelles 21 et 31
pouvant constituer un encastrement et supporter,
11
éventuellement, des trottoirs.
Bien entendu, l'invention ne se limite pas au
seul mode de réalisation qui vient d'être décrit et qui
pourrait taire 7.'objet de variantes. Par exemple,
l'él.ément de côté 2 placé vers la crête est
avantageusement incurvé pour mieux résister à 7a poussée
des terres et pour protéger un trottoir mais i1 pourraà.t
aussi être constitué â'une paroi plane s'étendant
ver ticalement à partir de la semel le 21.
Les dimensions et le ferraillage des
différents éléments sont déterminés pour résister aux
efforts et en particulier pour donner à l'élément
supérieur 1 la rigidité voulue sans en augmenter
exagérément 1.e poids. En particulier, comme on l'a
Z5 représenté sur les figures, 7.a face inférieure 14 de la
nervure 12 peut être incurvée pour alléger l'ensemble et
dégager un p7.us grand gabarit de passage. Toutefois, dans
certaines applications, par exemple des bâtiments
d'habitation ou industrie7.s, la face infêrieure 14
pourrait être horizontale de façon à faciliter 7.a pose
d' un plafond, les nervures 12 pouvant, alors, être p1 us
minces.
On pourrait aussi ménager dans Jes nervures
12 des orifices 15 permettant le passage de gaines,
canalisations et circuits divers.
Par ail? eurs, l a structure sel on 1 ° invention
pourrait faire L'objet d'autres applications, par exemple
pour la réalisation de parois de protection contre le
bruit, en site urbain, dans ce cas, 7a réalisation d'un
remblai et d'un talus en terre végétale au-dessus de la
structure resterait intéressante pour son effet
d'amortissement des bruits et d'un point de vue
esthétique.
Une structure de même type pourrait aussi
être utilisée pour 7a réalisation de bâtiments semi-
12
enterrés, par exemple à flanc de coteaux dans des sites
touristiques, de tels bâtiments, éventue77ement recouverts
de jardins, s'intégrant bien au paysage et étant bien
protégés contre des éboulements éventuels ou des
avalanches en hiver.
