Brevet FR2045968A1 — publié le 19710305

On. emploie aujourd 'hui couramment les structures dites parois ou cloisons — construites dans le sous-sol par coulée de béton ou autre matériau dans, des tranchées plus ou moins profondes et de largeur variable creusées en présence de boues ben-5 tonitiques - dont les fonctions principales sont de soutenir le terrain, d'intercepter l'écoulement des eaux souterraines et de servir de fondations. On sait que. pour obtenir la résistance nécessaire aux sollicitations, particulièrement aux sollicitations élevées qui 10 sont déterminées par les pressions du terrain et/ou de l'eau et/ou par des. surcharges éventuelles, le projecteur de parois ou de cloisons peut, selon la technique actuelle : - adopter des coulées armées : l'armature métallique peut être en fer normal ou en acier d'adhérence améliorée, dis- 15 posée selon les schémas traditionnels des ouvrages en ciment armé ; - utiliser diverses épaisseurs de paroi : l'épaisseur est déterminée sur la base de la rigidité voulue, de manière à ne pas dépasser les limites des tensions internes admises pour 20 le béton ; - utiliser des. étrésill oralement s ou tirants ; cela permet, dans le cas de. poussées extérieures très fortes, de diminuer les portées de flexion j - adopter des sections spéciales ; on choisit des 25 sections transversales à moments d'inertie élevée telles que des sections en T, en H et similaires, convenablement composés ; - adopter des parois à allure planimétrique curviligne : cette configuration tend à créer une coopération entre les éléments constituant la paroi, de manière à donner un effet 30 d'arc, et un exemple type est celui des parois circulaires ou elliptiqueso Dans ce type de constructions, on rencontre toutefois des cas où - pour des raisons d'encombrement, d'exécution ou d'économie - il n'est pratiquement pas possible d'obtenir, selon 35 les schémas ci-dessus, une cloison ou paroi dont les caractéristiques de résistance répondent complètement aux nécessités statiques» 69 28001 2 2045968 L*invention a pour "but de fournir un procédé de construction d'une paroi ou cloison souterraine qui élimine les difficultés susdites de la technique connue et qui réponde mieux aux exigences actuelles toujours plus pouss>ées, telles que : 5 - la possibilité d'étendre aussi les domaines d'appli cation des parois à des ouvrages dont*la réalisation apparaissait jusqu'ici très difficile, ou antiéconomique, ou pratiquement impossible ; - la possibilité de réduire l'encombrement des 10 sections résistantes ? - la possibilité de faciliter le creusement du terrain que' les parois ont pour rôle de protéger, en réduisant au minimum les étrésillonnements internes ; - possibilité de réduire les tensions unitaires dans 15 le béton des parois ; - possibilité d'éliminer les tensions de traction dans le béton, particulièrement pour les parois ayant une fonction d'étanchéité hydraulique, spécialement en milieu agressif ; 20 - possibilité de faciliter les opérations de mise en oeuvre des armaturès métalliques, souvent lourdea et encombrantes, en réduisant leur poids ; - possibilité d'obtenir des avantages économiques en réduisant les quantités de béton et de fer utilisées, relati- 25 vement aux parois traditionnelles0 Le procédé selon l'invention, pour la construction de cloisons ou parois souterraines en béton, est du type dans lequel suivant la technique connue,après avoir pratiqué une tranchée dans le terrain par exemple en présence de boues 30 bentonitiques, on introduit avant tout dans la tranchée une armature métallique puis on effectue la coulée de béton, les parois de la tranchée jouant directement le rôle de coffrage0 0e procédé est caractérisé essentiellement par le fait que l'on introduit dans la tranchée une série de fers spéciaux, sui-35 vant un profil arqué, et qu'après la prise du béton, on soumet ces fers; à une traetion propre à communiquer à la cloison ou paroi une inflexion préalable de tout sens et de toute valeur désirés» 69 28001 3 2045968 Le procédé, selon l'invention est donc basé sur l'idée fondamentale de soumettre la paroi à une flexion préliminaire de manière à compenser au moins une partie de la poussée du terrain avant même què. celle-ci ne se produise naturellement au 5 moment où l'on poursuit les excavations que la paroi a pour rôle de protéger», En effet, de façon surprenante, on a constaté que les tensions internes du béton à la phase d'inflexion préventive de la paroi sont en pratique inférieures à celles qui 10 correspondent» dans le calcul théorique, aux forces d'inflexion appliquées ; cela est dû à l'intervention de la réaction du terrain qui s'oppose à la déformation du diaphxagme au moment même où celle-oi tendrait à se produire.*» Autrement dit, on a pu observer qu'avec une paroi ou cloison du type ci-dessus dont 15 les parois de la tranchée constituent le coffrage et par conséquent adhèrent étroitement aux surfaces de la paroi au moment où l'on crée cette inflexion préalable, la poussée horizontale créée par cel3s-ci compense immédiatement une poussée du terrain, pratiquement égale.et de signe contraire qui évite 20 la formation de tensidns internes de traction dans le béton» Ces tensions internes unitaires sont donc déterminées, à ,tout moment -de l'inflexion préalable, par la somme algébrique de l'action provoquée artificiellement et de l'action contraire de terrain réagissant» 25 on pourrait dire pratiquement qu'à la phase d'inflexion préalable on emmagasine dans le béton, aux diverses; profondeurs de la paroi, des tensions internes qui peuvent être restituées par la suite lorsque se manifeste réellement la poussée du terrain, dans la phase de creusement, en maintenant constamment en 30 compression toute la section du béton. Etant donné qu'au moment où .la paroi est à la phase d'inflexion préalable eSLle est encore pLongée complètement dans le terrain, il est possible aussi d'effectuer l'inflexion préalable elle-même de manière- à rattraper la réaction du terrain 35 aussi bien d'un côté point par point, aux diverses profondeurs de la paroi, des tensions internes fixées de toute; façon à l'avance et telles que, additionnées à celles qui proviennent des poussées extérieures à 69 28001 4 2045968 la phase de creusement, elles soient contenues entre; des valeurs arbitrairement fixées et particulièrement entre les limites de sécurité du béton» En conclusion, par l'inflexion préalable, de la paroi, 5 on engendre en définitive dans le béton des tensions internes de signe opposé à celles qui seront engendrées ensuite par la poussée active qui se manifeste à la phase de creusement, ce qui permet qu'aux différentes phases la section du béton soit toujours comprimée et réagisse donc totalement. 10 Pour la réalisation d'une paroi préalablement inflé chie selon l'invention, il est nécessaire d'arriver à une conception réalisatrice basée sur la possibilité d'utiliser, da façon différente de ce qui était usuel pour les parois, des- matières présentant des caractéristiques de résistance plus 15 accentuées. L'étude d'une paroi infléchie préalablement selon l'invention introduit l'utilisation, pour la première fois dans le domaine des parois, d'aciers à très haute résistance tels que les aciers harmoniques ou d'autres types de qualité spéciale» 20 Les armatures de type "traditionnel sont sixpprimées et remplacées par des câbles ou des; barres d'acier harmonique entourés de gaines protectrices. Cgs aciers spéciaux, sous forme de barres ou de câbles, sont introduits dans le béton à l'aide de gaines protec-25 triceso Selon une première disposition, ces barres ou câbles sont noyés dans le béton seulement en leur partie terminale inférieure, sur une certaine longueur, de manière à assurer un ancrage sûr de leur extrémité dans le béton, ce qui permet de 30 les soumettre à une traction à partir de la partie supérieure de la paroio On peut réaliser cette disposition soit en introduisant les câbles ou barres en même temps que les gaines correspondantes avant d'effectuer la coulée de béton, soit en intro-35 duisant les gaines seules avant la coulée et en insérant ensuite les câbles ou barres à l'intérieur des gaines après la prise du béton» Dans ce deuxième cas, on peut fixer les extrémités 69 28001 5 2045968 inférieures des çâbles ou barres à l'aide d'injection de ciment ou par d'autres moyens mécaniques appropriés, de type en lui-même connu» Par contre, selon une disposition différente, on pré-5 voit à la base de la paroi des moyens de renvoi raccordés aux gaines protectrices et qui permettent l'utilisation d'un tronçon de câble en forme de noeud dont les deux extrémités sont amenées au sommet du diaphragme et soumises à une traction simultanémento 10 Oette solution, permet de récupérer les câbles au mo ment où leur fonction est devenue superflue, en les tirant hors des gaines respectives» Toutefois, on peut assui obtenir cette possibilité de récupération en utilisant les moyens mécaniques d'ancrage mentionnés plus haut, à condition que ceux-ci soient 15 munis de moyens de déblocage appropriés. On dispose ces câbles dans le béton avec une allure particulière, dictée par les conditions de flexion que l'on veut obtenir dans chaque cas dans la paroi ; on réalise cette disposition au moyen de supports spéciaux qui permettent de 20 faire suivre aux câbïes des lignes courbes, plus ou moins sinueuses, pour faire face aux conditions de liaison des parois dans les différentes phases de travail» Ces supports peuvent être sous forme de simples cages de guidage, très légères, auxquelles les gaines sont ancrées sui-25 vant le profil prévu ; ces cages pourront naturellement être formées selon une technique connue quelconque» Toutefois, ces supports peuvent être réalisés sous la forme d'armatures métalliques proprement dites auxquelles sont également fixées les, gaines ; on préfère cette solution particulièrement dans le 30 cas où - comme indiqué ci-dessus - on prévoit la récupération au moins partielle des câbles car en pareil cas, cette armature doit jouer le rêle principal de soutien dans les conditions statiques de l'ouvrage fini» Les parties terminales de sommet des câbles ou des 35 barres en acier harmonique ne sont pas simplement noyées dans le béton constituant la payoi, comme pour, les armatures actuellement utilisées, mais sont ancrées, par l'intermédiaire de supports 69 28001 6 2045968 spéciaux - par exemple de têtes ou de plaques de rassemblement des câbles ou des barres - qui permettent de les rattacher à volonté à des dispositifs (hydrauliques ou d'un autre type) pour leur mise sous tension ; cette opération peut à son tour être 5 exécutée e°t variée à volonté suivant des schémas dictés par les conditions de travail de la paroi. Enfin, selon l'invention, il est possible d'apporter des variations graduelles aU flexions engendrées, dans la paroi, ce qui fait que ce procédé peut être considéré comme ayant une 10 grande souplesse de fonctionnement pour les diverses phases de creusement, en diverses conditions, dans le temps, cela précisément grâce à la possibilité de reprendre et de modifier la tension des câbles. Dans les conditions finales de travail, quand la struc-15 ture créée entre en service normal, les barres ou câbles en acier harmonique de résistance très élevée peuvent être reliés de façon stable à la masse du béton constituant le diaphragme, grâce à des injections de mélanges de ciment ou d'une autre nature, à l'intérieur des gaines, de sorte que d'une part on arrive 20 à protéger les structures métalliques et que d'autre part on obtient des conditions statiques stables de fonctionnement du diaphragme. Ou bien, comme indiqué plus haut, on pourra aussi effectuer le retrait partiel ou total des câbles. les dessins annexés représentent à titre d'exemple non 25 limitatif une paroi selon l'invention avec la disposition schématique d'une armature en acier harmonique pour l'obtention de l'inflexion préalable. La figure 1 est ■une coupe verticale schématique de la paroi ; 30 Les figures 2a et 2b sont des coupes horizontales de la paroi selon deux variantes d'exécution. Les figures 3a, 3b et 3c montrent des diagrammes comparatifs des tensions unitaires dans le béton, aux diverses phases de sollicitation du diaphragme. 35 Gomme on l'a dit, la figure 1 montre en coupe une forme possible de paroi9 insérée verticalement dans le terrain à partir d'une cote Q et capable de résister à la pousaée 69 2800 T 7 2045968 horizontale du terrain (direction ï) au moment où l'on effectue un terrassement jusqu'à la cote de creusement S. La structure en "béton de la paroi 1 comporte une armature métallique constituée essentiellement par une cage ou un support 2 et par 5 une série de câbles de traction 3 disposés suivant une allure convenablement étudiée. Les câbles 3 sont contenus chacun dans une gaine 4 qui leur permet de coulisser même après la prise du béton ; les gaines 4 sont toutes ancrées à la cage 2 de manière à maintenir les câbles 3 suivant l'allure prévue lors du projet. 10 Par l'intermédiaire des ancrages inférieurs 5» les câbles 3 sont fixée sur le fond de la paroi ; dans le haut par contre, les câbles 3 sont fixés par l'intermédiaire d'ancrages) réglables 6 comprenant des moyens propres à saisir les extrémités des câbles et à lea mettre en traction et des moyens propres; à 15 bloquer les câbles dans une position correspondant à une valeur déterminée de cette traction. Les ancrages 5 peuvent être réalisés comme dit plus haut selon divers systèmes, par exemple par des injections de ciment, par des; moyen^ mécaniques de blocage ou bien par des 20 moyens de renvoi (voir par exemple 18 élément de renvoi 5' indiqué en pointillé sur la figure 1). Le résultat d'une traction exercée sur une série de eâbles 3 disposés comme sur la figure 1 est une inflexion.préalable de la paroi se traduisant par une poussée dans le sens de 25 la flèche P et qui - le terrassement terminé - coopère pour équilibrer la poussée I. La figure 2a montre en* coupe la structure de paroi selon la figure 1 ; on peut voir l'espacement longitudinal des câbles 3o 30 La figure 2b montre en coupe une variante d'exécution, de la paroi, où l'on utilise des sections successives en T ; dans ce cas, il est préférable de disposer les câbles 3 dans le pied du T pour disposer d'un bras supérieur,» La figure 3a montre en coupe schématique partielle une 35 paroi construite selon la technique connue et on a indiqué à côté un diagramme des tensions internes qui sollicitent la structure à la fin du terrassement„ 69 28001 8 2045968 Oomme indiqué, l'axe neutre 7 sépare la partie €c du "béton qui est comprimée et travaille correctement, de la partie 4T t de "béton, soumise â une traction et dans laquelle, par conséquent, l'armature métallique 8 travaille seule» 5 Dans le cas de la paroi préalablement infléchie selon l'invention, on peut au contraire faire en sorte que le diagramme des tensions internes, déterminées seulement par les efforts appliqués par l'intermédiaire des câbles 3 corresponde à ce qui est indiqué en MQ (voir figure 3b)» contre, on a 10 représenté par M' le diagramme des tensions déterminées par la partie de la pousséç&u terrain qui est rattrapée par l'inflexion préalable de la paroi toute la poussée du terrain se manifeste et celle-ci - étant donné qu'elle a été partiellement absorbée à la phase précédente - détermine line sollicitation de la structure, représentée par le diagramme M".. La combinaison de M" avec donne un dia-20 gramme Mg qui est inversé.par râpport à mais qui indique encore la présence, dans la structure de la paroi, d'efforts de compression seulement0 Par contre, la combinaison des diagrammes et M" représente l'effet global de la poussée du terrain* 25 II est évident que le cadre de l'invention comporte des modifications aux épaisseurs de la paroi, à l'entre-axe ou au type des câbles, ainsi que l'utilisation de sections résistantes diverses, le concept de l'inflexion préalable étant toujours utilisé ; en effet, ces variantes, qui sont liées aux 30 nécessités statiques exigées par les divers problèmes qui se posent au projecteur, constituent simplement le domaine de variation dans lequel l'invention peut s'appliquer. Avec le système de construction de parois préalablement infléchies selon l'invention, on obtient, relativement aux 35 parois traditionnelles, les avantages suivants : - le moment résistant peut être plus que doublé sans augmentation d1épaisseur de la paroi j 69 28001 9 2045968 -la profondeur de terrassement peut être augmentée de plus de 50 fi sans augmentation de l'épaisseur de la paroi ; - pour les parois de section particulière, les possibilités de résistance et de profondeur de creusement qui sont 5 permisess augmentent dans une mesure encore plus sensible ; - il est possible d'augmenter les limites maximales de creusement atteintes jusqu'à présent, étant donné la rigidité plus grande des parois préalablement infléchies j - à profondeur égale de terrassement, on élimine les 10 chevêtres internes ou d'ancrage et on obtient ainsi des conditions plus faciles sur le chantier ; - on réduit le nombre' des appuis intermédiaire (étré-sillonnements, ' tirants et similaires) ; - on obtient une garantie d'imperméabilité du béton 15 avec élimination des. fissurations, puisqu'on évite les sollicitations à la traction dans le béton lui-même ; par suite, on obtient une protection efficace en milieu agressif ; - la mise en oeuvre des armatures est facilitée étant donné le moindre ,poids, leur flexibilité et leur maniabilité ; 20 - il est pcfssible d'insérer dans les excavations des armatures sans solutions de continuité, y compris pour des parois- très profondes, en utilisant des câbles flexibles que l'on peut introduire en continu en;, les déroulant de rouleaux ; cela permet en .outre de travailler dans des espaces de hauteur 25 réduite (par exemple dans des caves ou en général dans des espaces couverts) sans difficultés particulières„ - il est possible de récupérer et de réutiliser les câbles d'inflexion préalable. 69 28001 10 2045968 REVENDICATIONS 1. — Procédé pour la construction de cloisons ou parois souterraines, en béton, dans lequel on effectue la coulée en béton dans une tranchée creusée dans le terrain par des moyens connus, les parois de la tranchée jouant directement 5 le rôle de coffrage, procédé caractérisé par le fait que l'on introduit une série de fers, spéciaux dans la tranchée selon un profil préétabli et qu'après la prise du béton, on soumet ces fers à une traction propre à communiquer à la cloison ou paroi une inflexion préalable de: sens et de valeur préétablis. 10 2o - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'inflexion préalable a une valeur telle qu'elle compense au moins une partie de la poussée du terrain avant même que celle-ci ne se produise naturellement, au moment où l'on procédera au terrassement,, 15 3<> - Procédé selon les revendications 1 et 2, carac térisé par le fait que l'on introduit les fers spéciaux dans le béton au moyen de gaines de protection,, 4. - Procédé selon la revendication 3» caractérisé par le fait que l'on introduit lés gaines protectrices dans la 20 tranchée avant la coulée de béton et qu'elles sont réunies à tua. support pratiquement rigide auquel elles sont ancrées suivant le profil arqué mentionné. 5o - Procédé selon la revendication 3» caractérisé par le fait que les fers sont déjà incorporés aux gaines pro-25 tectrices au moment où l'on introduit ces dernières dans la tranchée, avant la coulée de béton,, 6. - Procédé selon la revendication 3» caractérisé par le fait que l'on introduit les fers dans les gaines protectrices après la coulée et la prise du béton. 30 7» - Procédé selon la revendication 3» caractérisé par le fait que l'on noie directement les extrémités inférieures des fers dans le béton, à la base de la paroi, où elles sont ancrées de façon stable. 8. - Procédé selon la revendication 3, caractérisé 35 par le fait que l'on ancre les extrémités inférieures des fers à la base de la paroi par l'intermédiaire de moyens mécaniques de blocage fixés dans le béton0 69 28001 n 2045968 9« - Procédé selon les revendications 6 et 8, caractérisé par le fait, que les moyens de blocage peuvent être actionnés au moment de l'introduction des fers dans le béton, après la prise de ce dernier,» 5 10.- Procédé selon les revendications 8 et 9, carac térisé par le fai^que l'on peut désactiver les moyens mécaniques de blocage pour permettre de retirer les fers. 11» - Procédé selon la revendication 10r caractérisé par le fait que les fers sont constitués par des barres d'acier 10 de résistance élevée ou très élevée„ 12. - Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'à ia base de. la paroi sont incorporés des moyens de renvoi raccordés aux gaines- protectrices et sur lesquels sont renvoyés, à la façon de noeuds, les fers dont les extrémités 15 opposées, amenées au sommet de la paroi, sont soumises à une traction simultanément.. 13. - Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les fers sont constitués par des câbles métalliques ou des fils d'acier harmonique. 20 14. - Procédé selon les revendications 12 et 13» caractérisé par le fait que les fers à câble métallique sont retirés des gaines et des moyens de renvoi une fois tout l'ouvrage achevé.