Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
CA 03188111 2022-12-22
WO 2021/260336
PCT/FR2021/051170
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Description
Titre : Structure d'absorption d'une énergie d'impact
Domaine technique
[0ool] L'invention relève du domaine des structures de protection contre
des impacts accidentels d'objets massifs, correspondant par exemple à des
chutes de rochers en montagne, ou encore au déraillement d'un train.
Technique antérieure
[0002] Afin de protéger les routes ou les édifices d'impacts accidentels,
deux types de solutions sont utilisées traditionnellement.
[0003] On connaît tout d'abord les filets de protection qui sont disposés de
façon à intercepter les objets impactants. Ces filets, généralement
métalliques, peuvent arrêter des impacts allant jusqu'à 8 mégajoules (MJ) en
se déformant, et présentent l'avantage d'être peu encombrants. Ils posent
toutefois de nombreux problèmes. Ces structures ne peuvent être sollicitées
plusieurs fois et elles nécessitent une maintenance importante. Après avoir
stoppé un projectile, les points d'ancrage sont abimés et il est nécessaire de
procéder à des réparations. L'entretien de ces structures est coûteux et
fréquent. La maintenance est également nécessaire en raison de la corrosion
des filets généralement disposés à l'air libre. Cette contrainte est d'autant
plus importante que ces structures sont généralement situées dans des
endroits difficiles d'accès. D'autre part, ces structures peu esthétiques
tendent à dégrader les paysages. Dans de nombreux territoires, la mise en
place de filets de protection ne suffit pas à rendre constructible un terrain
exposé à la chute d'objets, la tendance étant à la sauvegarde des paysages.
Ces exigences sont importantes en secteur montagneux où la pression
foncière est grandissante.
[0004] Enfin, ces filets présentent une efficacité hétérogène et ne peuvent
pas absorber des impacts sur toute leur étendue. Par exemple, un impact sur
un poteau d'ancrage n'est pas absorbé correctement.
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[0005] Dans FR 3 083 551 Ai, un tel filet de protection est associé à une
structure de type merlon constituées de remblais importants permettant de
bloquer complètement les impacts. Ces structures permettent d'absorber des
énergies plus importantes, jusqu'à 30 mégajoules, et nécessitent un entretien
faible. Elles occupent cependant une grande emprise au sol, et ne sont pas
toujours utilisables en pratique.
[0006] Les documents WO 2019/091508 Al et WO 2017/077313 Al
décrivent des gabions, c'est-à-dire des cages métalliques remplies de pierres
ou de sacs de sable, sans nécessairement rechercher une protection contre
des impacts puissants. Si néanmoins un tel impact se produit, les éléments
métalliques de la cage sont sollicités en traction. Il faut compter sur la
faible
déformabilité du contenu pierreux pour que les dégâts occasionnés ne soient
pas trop importants, mais l'absorption de l'énergie d'impact par la structure
reste assez limitée.
[0007] EP 1 520 933 Al décrit une technique où des éléments de parement
tels que des gabions sont disposés en face avant d'un ouvrage en sol
renforcé et associés à un matériau deformable, tel que des pneus recyclés.
Ainsi, en cas d'impacts de pierres, des éléments individuels endommagés du
parement pourront être remplacés.
Problème technique
[0008] Il existe donc un besoin pour une structure d'absorption d'impact
durable pouvant présenter un faible encombrement et une bonne intégration
paysagère.
Résumé de l'invention
[0009] L'invention propose une structure d'absorption d'impact renforcée
permettant de répartir l'énergie de l'impact latéralement de façon à permettre
la diminution de l'épaisseur de la structure. Si l'utilisation de
renforcements
est connue, on les dispose classiquement dans la profondeur d'un remblai,
parallèlement à la direction dans laquelle on s'attend à ce qu'il soit
sollicité.
Exposé de l'invention
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[0010] L'invention a pour objet une d'une énergie d'impact comprenant un
remblai ayant une première face exposée à des impacts et des
renforcements distribués à l'intérieur du remblai et présentant des interfaces
frictionnelles avec le matériau du remblai. Les renforcements comprennent
des premiers renforcements placés dans une première région renforcée
adjacente à la première face et présentant des directions principales de
résistance formant un angle inférieur à 45 avec la première face.
[0011] La structure peut être de type merlon et disposée orthogonalement à
une trajectoire selon laquelle on anticipe les impacts de façon à ce que
l'impact contre lequel la protection est recherchée intervienne dans une
direction ayant une forte composante normale à la première face. Il peut
également s'agir d'un mur de soutènement disposé de façon à éviter
l'affaissement d'un terrain étagé en réponse à un impact important.
[0012] Le remblai est de préférence constitué de terre mais peut également
comporter tout type de matériau de nature à absorber une énergie
mécanique en interagissant avec les renforcements. De préférence, le
remblai présente une certaine granularité qui lui permet d'avoir un
comportement mécanique propice.
[0013] Dans une réalisation, convenant par exemple dans des sites où des
impacts puissants sont susceptibles de se produire suivant des directions
opposées, le remblai a une deuxième face opposée à la première face. Les
renforcements peuvent alors comprendre des deuxièmes renforcements
placés dans une deuxième région renforcée adjacente à la deuxième face et
présentant des directions principales de résistance formant un angle inférieur
à 45 avec la deuxième face.
[0014] La configuration de la structure d'absorption permet que le frottement
mobilisé au niveau des premiers (ou deuxièmes, le cas échéant)
renforcements ait une contribution importante à la dissipation de l'énergie
d'un impact puissant survenant sur la première (ou deuxième) face. Ce
frottement résulte de la déformation de la première (ou deuxième) face due à
l'impact. La localisation des premiers (ou deuxièmes) renforcements au sein
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de la première (ou deuxième) région renforcée, qui est adjacente à la
première (ou deuxième) face, et leur orientation par rapport à cette face
permet une dissipation efficace sans requérir une grande profondeur de
pénétration à l'intérieur de la structure. On peut ainsi obtenir une structure
d'absorption dont l'encombrement n'est pas trop grand perpendiculairement
aux faces susceptibles d'être heurtées par des objets d'énergie cinétique
élevée. L'emprise au sol est par exemple inférieure ou égale à 10 m, de
préférence inférieure ou égale à 5 m, encore de préférence inférieure ou
égale à 3 m.
[0015] Les renforcements utilisés sont de préférence des renforcements de
type unidimensionnel, c'est-à-dire que la résistance mécanique qu'ils
présentent s'exerce pour l'essentiel selon une unique direction de résistance,
la résistance mécanique qu'ils présentent suivant les autres directions étant
négligeable devant celle-ci. Il s'agit par exemple de bandes, et non de
nappes ou de grilles étendues. La direction principale de résistance du
renforcement correspond à la direction selon laquelle le renforcement tend à
propager une contrainte mécanique lorsqu'il est sollicité. Il s'agit
généralement de la direction de la plus grande dimension du renforcement.
[0016] Ces renforcements sont disposés de façon à ce que leurs directions
principales de résistance soient sensiblement parallèles entre elles et à la
ou
les face(s) de la structure. Les directions principales de résistance des
premiers renforcements peuvent être parallèles à la première face du
remblai, et de même pour la deuxième face, le cas échéant. Il est néanmoins
possible, dans certains cas, que leur orientation s'écarte un peu du plan de
la
première face, ou du plan tangent à celle-ci si la première face n'est pas
plane. L'angle formé entre ces directions principales et la première face
devra néanmoins rester un angle aigu pour que leur projection sur la
première face soit plus longue que leur projection selon la direction
perpendiculaire à la première face, ce qui donne une bonne efficacité de
dissipation d'énergie en cas d'impact suivant la direction perpendiculaire.
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[0017] Dans le cas d'une face non plane, des renforcements dans le
prolongement les uns des autres pourront donc par exemple former un
polygone épousant la forme de la face. Une face courbe présentera de
préférence un rayon de courbure important.
5 [0018] La disposition des renforcements perpendiculairement à la normale
de la face avant, et donc à la direction de l'impact dont il s'agit d'absorber
l'énergie, permet de répartir l'énergie mécanique de l'impact latéralement
afin
de réduire l'épaisseur de la structure sollicitée.
[0019] Afin de ne pas fragiliser le remblai en créant des plans de glissement
préférentiels, il est intéressant d'éviter autant que possible de disposer des
premiers renforcements au coeur de celui-ci. C'est la raison pour laquelle on
dispose les renforcements majoritairement à proximité de la ou des faces de
la structure susceptibles de recevoir des impacts. Cela n'exclut pas la
présence de renforcements au coeur du remblai mais ceux-ci seront
minoritaires. La répartition des
renforcements est hétérogène dans
l'épaisseur de la structure. La densité de renforcements est moins importante
dans des régions éloignées des faces affleurant que dans la première région
renforcée (ou la deuxième région renforcée) du remblai. Il s'agit de
moyennes et on pourra éventuellement trouver très localement des
exceptions dues par exemple à des irrégularités de construction ou à une
déformation de la structure qui causera le rapprochement de plusieurs
renforcements et donc une augmentation locale de la densité de ces
renforcements : la densité de renforcements n'est pas nécessairement
continument décroissante. De préférence, les renforcements sont espacés
régulièrement mais uniquement dans les régions renforcées proches d'au
moins une face de la structure. Il peut exister des régions moins proches des
faces de la structure dans lesquelles les renforcements sont plus espacés
voire absents. Ces régions peuvent toutefois comporter d'autres types de
renforcements, par exemple des renforcements orientés selon l'épaisseur de
la structure.
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[0020] Les caractéristiques qui suivent peuvent, optionnellement, être mises
en oeuvre. Elles peuvent être mises en oeuvre indépendamment les unes des
autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- les premiers et/ou deuxièmes renforcements sont disposés
horizontalement ;
- la première face du remblai est recouverte d'un parement. Ce
parement peut-être de tout type et peut permettre à la fois d'améliorer
les propriétés mécaniques de la structure et son intégration paysagère,
par exemple lorsqu'il s'agit d'un parement végétalisé ou minéral ;
- des renforcements secondaires sont disposés transversalement à la
première face. Ces renforcements secondaires peuvent présenter
toute orientation et peuvent par exemple permettre de renforcer la
structure vis-à-vis d'efforts qu'elle supporte dans un régime statique,
en l'absence d'impact. On peut ainsi imaginer des renforcements en
zigzag venant connecter la face avant et la face arrière ou des
renforcements orientés perpendiculairement à la face avant et venant
connecter les premiers et/ou deuxièmes renforcements ;
- les premiers renforcements comprennent des renforcements
métalliques, ou en matière polymère ou encore des renforcements de
type géogrille ou géotextile.
- certains au moins des premiers renforcements sont agencés en
segments successifs le long de leur direction principale de résistance,
avec des zones de recouvrement mutuel entre les segments, du
matériau de remblai pouvant alors se trouver entre les segments
successifs d'un premier renforcement, dans les zones de
recouvrement.
[0021] Typiquement, la structure est susceptible d'absorber un impact
présentant une énergie supérieure à 2MJ, de préférence supérieure à 5 MJ.
Ces énergies correspondent à des contraintes que peuvent classiquement
subir des merlons de protection disposés en montagne par exemple.
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[0022] La dissipation de l'énergie par frottement est privilégiée afin de
conserver les performances de la structure. L'agencement des
renforcements est donc de préférence conçu pour limiter autant que possible
la rupture des renforcements : la pluralité de renforcements comprend des
renforcements agencés de façon à avoir un comportement ductile et non
fragile lorsque la face avant est sollicitée par un impact selon une direction
normale.
[0023] Un exemple de tel agencement consiste à limiter les connexions
directes entre les renforcements. Deux renforcements agencés en segments
successifs le long de leur direction principale de résistance sont par exemple
disposés avec une zone de recouvrement mutuel entre eux, et en laissant
une couche du matériau du remblai entre les renforcements, ce qui permet
d'introduire du frottement et d'adoucir la transmission de contrainte latérale
afin d'éviter la rupture des renforcements. Cette zone de recouvrement
mutuel est fonction de la raideur des renforcements, de la surface de
frottement, de la résistance du renforcement à la rupture.
[0024] La plus grande dimension des renforcements peut également être
critique et il est important de ne pas utiliser des renforcements de trop
grande dimension afin de prévenir leur rupture, toujours dans une optique de
résilience permettant à la structure de subir plusieurs impacts sans
nécessiter de réparation.
Brève description des dessins
[0025] D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention
apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l'analyse
des
dessins annexés, sur lesquels :
Fig. 1
[0026] [Fig. 1] est une vue latérale en coupe d'une structure selon un mode
de réalisation de l'invention ;
Fig. 2
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[0027] [Fig. 2] est une vue latérale en coupe d'une structure selon un autre
mode de réalisation de l'invention ;
Fig. 3
[0028] [Fig. 3] est une vue latérale en coupe d'une structure selon un autre
mode de réalisation de l'invention ;
Fig. 4
[0029] [Fig. 4] est une vue latérale en coupe d'une structure selon un autre
mode de réalisation de l'invention ;
Fig. 5
[0030] [Fig. 5] est une vue frontale en coupe de la structure, la coupe étant
selon le plan V-V indiqué sur l'une quelconque des figures 1 à 4 ;
Fig. 6
[0031] [Fig. 6] est une vue de dessus en coupe d'une structure selon le
mode de réalisation de l'invention de la figure 3 ;
Fig. 7
[0032] [Fig. 7] est une vue de dessus en coupe d'une structure selon un
autre mode de réalisation de l'invention ;
Fig. 8
[0033] [Fig. 8] est une vue similaire à celle de la figure 6 après un impact
énergétique.
Description des modes de réalisation
[0034] La structure d'absorption d'énergie d'impact décrite ci-après à titre
d'exemple prend la forme d'un merlon de protection utilisé pour intercepter
des chutes de rochers pouvant peser jusqu'à plusieurs centaines de tonnes,
par exemple près de routes de montagne. De telles chutes de rochers
peuvent véhiculer des énergies supérieures à 6 mégajoules (MJ).
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[0035] Ce merlon de protection présente une première face, ou face avant,
représentée à droite sur les figures 1 à 4 et une deuxième face, ou face
arrière, 20 représentée à gauche. Ces faces 10, 20 peuvent être
sensiblement parallèles comme sur les figures 1 et 3. La face arrière 20 peut
5 aussi être inclinée par rapport à la face avant 10, comme sur les figures 2
et
4.
[0036] L'orientation de la face arrière 20 sur les figures 2 et 4 permet une
meilleure dissipation de l'énergie mécanique dans le sol mais augmente
l'emprise au sol de l'ouvrage.
10 [0037] Bien que la face avant 10 soit représentée verticale sur les figures
1
à 4, elle peut aussi être inclinée, notamment s'il est demandé d'augmenter la
stabilité de l'ouvrage, de modifier l'emprise au sol ou encore de s'adapter à
une trajectoire d'impact qu'on anticipe oblique. Il est en effet intéressant
que
la face avant soit autant que possible perpendiculaire à la trajectoire de
l'impact.
[0038] Le merlon de l'exemple de réalisation comprend un remblai terreux
15 délimité par les faces avant et arrière 10, 20, dans lequel sont disposés
des renforcements 16 présentant des interfaces frictionnelles avec le
matériau du remblai. Ces renforcements 16 sont par exemple des bandes
réparties régulièrement selon la direction verticale et s'étendant
horizontalement, parallèlement à la face avant 10 et à la face arrière 20,
selon une direction perpendiculaire au plan de coupe des figures 1 à 4. Cette
orientation permet de répartir préférentiellement l'énergie mécanique d'un
impact latéralement plutôt que dans l'épaisseur du merlon de protection.
[0039] Les renforcements 16 sont disposés dans les régions du remblai 15
qui sont les plus sollicitées en cas d'impact dont l'énergie doit être
absorbée.
Dans des réalisations selon les figures 1 et 2, les renforcements 16
consistent en des premiers renforcements 16 placés dans une première
région renforcée 12 adjacente à la face avant 10. Dans celles des figures 3
et 4, outre la première région renforcée 12, une deuxième région renforcée
22 est prévue à proximité de la face arrière 20. Cette deuxième région
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renforcée 22 comprend des deuxièmes renforcements 16. En général, la
région centrale du merlon ne sera pas munie de renforcements 16 parallèles
aux faces 10, 20, de façon à autoriser une déformation du merlon en cas
d'impact, pour ne pas le fragiliser.
5 [0040] Toutefois, des renforcements secondaires 18
disposés
transversalement aux faces 10, 20 peuvent aussi être incorporés au remblai
15, pour consolider l'ensemble. Les renforcements secondaires 18 peuvent
notamment relier les faces avant et arrière 10, 20.
[0041] Les renforcements 16 peuvent être disposés sur l'ensemble de la
10 largeur de du merlon. Avantageusement, on utilise des renforcements 16
disposés en segments successifs le long de leur direction principale de
résistance de façon à se recouvrir partiellement comme illustré à la figure 5.
Chaque zone 25 de recouvrement mutuel entre deux renforcements 16
successifs comporte du matériau de remblai de sorte que les renforcements
16 ne sont pas en contact entre eux. Ainsi, en cas d'impact, l'énergie est
transmise d'un segment au suivant par frottement et dissipée
progressivement tout en évitant de provoquer la rupture des renforcements
16. Cela peut permettre au merlon de supporter plusieurs impacts
consécutifs sans nécessiter de réparation.
[0042] Idéalement, les renforcements 16 sont disposés de façon
parfaitement parallèle aux faces avant et arrière comme illustré à la figure
6,
de façon à répartir l'énergie mécanique aussi latéralement que possible.
Cependant, pour des raisons logistiques ou afin de renforcer particulièrement
certaines portions du merlon et/ou d'en protéger certaines portions, les
renforcements peuvent présenter un angle léger (qui devra rester inférieur à
45 ) et s'enfoncer quelque peu dans l'épaisseur de l'ouvrage, comme
représenté à la figure 7. On considère néanmoins qu'elles sont sensiblement
parallèles à la face avant 10 et à la face arrière 20 car leur orientation
reste
majoritairement latérale. Les directions principales de résistance des
renforcements 16 forment un angle inférieur à 45 avec la face 10 et/ou 20
du remblai 15.
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[0043] De façon similaire, les renforcements 16 peuvent présenter une
variation de hauteur et présenter une légère pente. Il est souhaitable que
cette pente reste faible de façon à répartir l'énergie aussi latéralement que
possible.
[0044] La figure 8 est une représentation similaire à la figure 6 après
qu'elle
a reçu un impact puissant et localisé sur sa face avant 10 représentée en
bas de la figure. On constate que l'énergie a pu être bien dissipée
latéralement grâce aux renforcements 16. Les renforcements 16 n'ont pas
rompu. Ils restent disposés dans une configuration susceptible d'amortir
d'autres impacts.
[0045] L'invention ne se limite pas aux exemples décrits ci-avant. Elle
englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le
cadre de la protection recherchée.
