Brevet FR2354502A1 — publié le 19780106

la présente invention concerne les ouvrages tubulaires multiplaques, notamment en tôle ondulée, tels que les tubes, tuyaux, arches, buses et analogues destinés en particulier aux travaux publics. Ltinvention vise également un procédé pour la mise en place de tels ouvrages dans un souterrain. Par ouvrage multiplaques, on entend plus particulièrement un matériel dan lequel l'ouvrage tubulaire est réalisé à partir de plaques en tôle, de forme générale cylindrique, 91 étendant sur une fraction de circonférence et qui présentent dee ondulations telles qu'un plan axial coupe les plaques suivant une courbe d'allure sinu soSdale . Les plaques de ce genre comportent au voisinage de leurs bords ondulés des perforations circulaires et elles sont assemblées à des pLaques semblables au moyen de boulons et d1derous qui les brochent entre elles et solidarisent deux plaques adjacentes ce qui permet, de proche en proche, de constituer l'ouvrage tubulaire. De tels ouvrages sont bien connus et largement utilisés pour constituer des passages sous des remblais, notamment autoroutiers, pour permettre 1'écoulement des eaus ou créer des passages piétonnier8 ou routiers inférieurs présentant des diamètres compris entre 1,50m et 8 m. Du fait qu'ils sont métalliques, ces ouvrages tubulaires sont résistants tout en ayant une certaine souplesse. in effet, ces ouvrages, grâce aur ondulations des plaques, peuvent suivre des déformations longitudinales, sous lteffet par exemple du tassement du 801. Ces ouvrages peuvent également suivre des déformstions transversales conduisant à une ovalisation de la section droite de l'ouvrage. L'expérience montre toutefois que des sollicitations ou des charges trop importantes peuvent entraSner la rupture de ltouvrage. Cette rupture peut se produire sous lteffet d'une compression tan gentielle trop importante provoquant le cisaillement des boulons, le déchirement de la tôle au niveau des periorations ou le flambages de la t81e. La rupture peut également se produire par excès de flexion de la tôle ondulée après formation d'une cloque locale, d'un pli ou d'une déchirure. Be but de la présente invention est d'augmenter notablement la rési tance des ouvrages tubulaxres multiplaques not & ment vis à vis des sollicitations appliquées transversalemer.t à la longueur de ces ouvrages. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé avantageux pour la mise en place de tels ouvrages dans un souterrain. L'ouvrage tubulaire multiplaques visé par l'invention comprend un ensemble de plaques incurvées présentant des ondulations paral- lèles, ces plaques s'étendant chacune sur une fraction de la circonférence de l'ouvrage et présentant sur leurs bords ondulés des perfo- rations pour le passage de boulons d'assemblage. Suivant l'invention, cet ouvrage est caractérisé en ce que les perforations des plaques sont allongées suivant la direction åes ondulations de manière à définir un jeu de part et d'autre de chaque boulon d'assemblage et à permettre un coulissement relatif des plaques adjacentes suivant la longueur des perforations et en ce que le serrage des boulons d'assemblage des plaques adjacentes est réalisé avec un couple prédéterminé en fonction des sollicitations mécaniques sus ceptibles de s'exercer sur ltouvrage tubulaire.Grâce à ces perforations allongées, les plaques ondulées peuvent coulisser les unes vers les autres lorsque les contraintes appliquées transversalement à l'ouvrage atteignent un seuil prédéterminé. Ce coulissement relatif des plaques permet de diminuer de façon contrôlée la compression tangentielle subie par l'ouvrage, de sorte quwon limite considérablement les risques de rupture signalés précédemment. Selon une version préférée de l'invention, le couple de serrage des boulons est tel que les plaques de chaque paire peuvent coulisser l'une vers l'autre sous l'effet d'une compression tangentielle appliquée sur l'ouvrage au plus égale à la compression qui engendrerait le déchirement des plaques et/ou le cisaillement des boulons, si le coulissement n'avait pas lieu. Be couple de serrage des boulons peut être ajusté à la valeur requise au moyen d'une cld dynamométrique. L'invention concerne également un procédé pour la mise en place dans un souterrain d'un ouvrage tubulaire multiplaques conforme i l'invention, cet ouvrage tubulaire comprenant une série d'éléments tubulaires identiques destinés à être assemblés les uns au bout des autres. Selon une version préférée de l'invention, ce procédé est caractérisé en ce quton assemble chaque élément tubulaire en s'assurant que les plaques de chaque paire soient rapprochées au maximum l'une de l'autre, en ce qu'on écarte les plaques de chaque paire en les faisant coulisser suivant leurs perforations allongées jusqu'à ce que ltélément tubulaire bute contre la paroi du souterrain et en ce qu'on serre les boulons d'assemblage des plaques avec un couple prédéterminé.Un tel procédé est de mise en oeuvre beau- coup plus aisée que les procédés antérieurs qui nécessitent le calage des éléments tubulaires, au moyen de sable, mortier, béton et analogues après leur assemblage dans le souterrain. Selon le procé- dé conforme à l'invention, ce calage est beaucoup plus simple. D'autres particularités et avantages de l'invention appa rateront encore dans la description ci-après : Aux dessins annexés donnés b titre d'exemples non limitatifs : - la figure 1 est un schéma perspectif partiel d'un ouvrage tubulaire multiplaques, - la figure 2 est une vue en perspective agrandie dfune partie d'un ouvrage multiplaques conforme à l'invention, montrant en particulier une plaque élémentaire, - la figure 3 est une vue en perspective d'une variante de plaque élémentaire, - la figure 4 est une vue en plan partielle montrant l'as- semblage de deux plaques adjacentes, en position écartée, - la figure 4A est une vue en coupe suivant le plan IVA-1VA de la figure 4, - la figure 5 est une vue en plan partielle montrant l'as- semblage de deux plaques en position rapprochée, - la figure 5A est une vue en coupe suivant le plan VA-VA de la figure 5, - la figure 6 est une sue en coupe perpendiculaire à la direction des ondulations d'une plaque élémentaire, - la figure 6A est une vue en coupe analogue à celle de la figure 6, dans le cas d'une autre disposltion des boulons de serrage des plaques, - la figure 7 est un schéma expliquant les effets de con traintesuniformes appliquées autour dtun tube noyé dans une matière déformable, - la figure 8 est un schéma analogue à celui de la figure 7 appliqué au cas de contraintes non uniformes, - les figures 9 à 11 sont des courbes montrant ltévolution des contraintes tagentielles dans le tube et la matière environnante et des contraintes normale au tube et radiale dans la matière, pour trois positions différentes du tube de la figure 7, - la figure 12 est un schéma en coupe suivant l'axe d'un souterrain illustrant une première version du procédé conforme à l'invention, - la figure 13 est un schéma montrant en plan la position des vérins pour í écartement des plaques, - la figure 14 est un sehéma en coupe suivant le plan XrV-XIV de la figure 13, . - la figure 15 est un schéma analogue à celui de la figure 12 illustrant une autre version du procédé. Dans la réalisation de la figure 1, l'ouvrage tubulaire multiplaques conforme à llinvention constituant une buse destinée à la réalisation d'un passage sous des remblais notamment autorou- tiers, comprend un ensemble de plaques incurvées 1 présentant des ondulations parallèles 2. Ces plaques 1 s'étendent chacune sur une fraction de la circonférence de l'ouvrage et présentent sur leurs bords ondulés 3 des perforations pour le passage de boulons d'assemblage 4. Conformément X l'invention (voir figures 2 et 3), les perforatlons des plaques ondulées 1a et 1b sont constituées par des 'fentes 5a et 5b allongées suivant la direction des ondulations 2. Dans la réalisation de la figure 2, les fentes 5a sont alignées suivant deux rangées parallèles aux bords ondulés 3 et sont situées sur la ligne d'inflexion 3a des ondulations 2. Dans la reali-sation de la figure 3, les fentes 5b se situent sur les sommets 3b et dans les creux 3e des ondulations 2. Comme on le voit sur les figures 4, 4A, 5 et 5A, les fentes 5a des plaques 1a définissent un jeu de part et d'autre de chaque boulon d'assemblage 6 de façon à permettre un coulissement relatif des plaques adjacentes 1a suivant la longueur 1 des fentes 5a. Selon une autre particularité essentielle de l'invention, le serrage des boulons 6 et des écrous 7 d'assemblage de chaque paire de plaques 1a est effectué suivant un couple prédéterminé en fonction des sollicitations mécaniques susceptibles de s'exercer sur l'ouvrage tubulaire.De préférence, le couple de serrage des boulons 6 et écrous 7 est tel que les plaques 1a de chaque paire peuvent coulisser Alune vers l'autre dans la direction d'allongement des fentes 5a sous lteffet d'une compression tangentielle appliquée sur l'ouvrage au plus égale à la compression qui engendrerait le déchirement des plaques 1a et/ou le cisaillement des boulons 6, si le coulissesent n'avait pas lieu. L'expérience a montré d'autre part, qu'il était avanta- geux que la longueur des fentes 5a soit telle que l'amplitude totale du coulissement relatif de ltensemble des plaques 1a suivant les fentes 5a corresponde à une contraction d'environ 5 %0 du diamètre de ltouvrage tubulaire. L'ouvrage tubulaire peut ainsi suivre les mouvements engendrés dans le sol sans subir de compression tangentielle excessive jusqu'à une contraction de 5 % du diamètre de ltouvra- ge. L'expérience et les calculs ont montré qu'avec une telle amplitude de coulissement, ltouvrage tubulaire était apte à supporter des charges de remblai très élevées. Pour chaque paire de plaques 1a (voir figures 4 et 4A) le coulissement est égal à 2 (l - d), 1 étant la longueur de chaque fente 5a et d étant le diamètre du boulon 6. Pour augmenter ou diminuer l'amplitude totale du coulissement de ltensemble des plaques 1a de l'ouvrage tubulaire, on peut modifier-soit la longueur 1 des fentes 5a, soit le nombre de pla- ques la réparties suivant la circonférence de l'ouvrage.Il y a avantage cependant à ce que le nombre de plaques 1a soit relativement élevé de façon à ce que le coulissement puisse se faire d'une manière sensiblement continue sur toute la circonférence de lsouvrage. En outre, lorsque l'ouvrage comporte sur sa circonférence un grand nombre de plaques la, le coulissement peut avoir lieu sur une fraction seulement de la circonférence de l'ouvrage, lorsque celui-ci est soumis à des sollicitations locales, ou anisotropes. Dans la réalisation de la figure 6, on voit que lorsque les fentes 5b sont ménagées sur les sommets 2a et les creux 2b des ondulations des plaques 1b, la tête des boulons 6a comporte une surface d'appui incurvée 6b ou 6c complémentaire de celle du sommet 2a ou du creux 2b De même, entre la plaque inférieure 1b et l'é- crou 7a de chaque boulon 6a est insérée une rondelle portant une surface d'appui 8a ou 8b de profil complémentaire de celui du sommet 2c ou du creux 2d adjacent.Les surfaces de contact entre les surfaces d'appui bizou 6c des boulons 6a et entre les surfaces d'appui 8a ou 8b des rondelles et les sommets 2a ou 2a Ou les creux 2b ou 2c des plaques 1b constituent des surfaces dont le glissement relatif peut être contrôlé en ajustant le couple de serrage des écrous 7 sur les boulons 6a. Ce couple peut être modifié à volonté suivant l'importance des contraintes susceptibles de s'exercer sur llouvrage tubulaire conforme à l'invention. Si l'assemblage des plaques 1b se fait par boulonnage de trous situés sur la ligne d'inflexion (figure 6A) on peut utiliser des boulons normaux 6d, c'est-à-dire avec des surfaces d'appui 6e planes. On va maintenant préciser en référence aux figures 7 à 11 les effets techniques de l'ouvrage multiplaques conforme à linvention. La figure 7 est relative au cas simple d'un massif 10 en matière homogène élastique soumis à des pressions P uniformément réparties. Le massif 1-0 se comprime uniformément le cercle 11a se transforme en un cercle 11 de diamètre plus faible tracé en trait continu. Si lton enlève la matière à l'intérieur du cercle 11 et si on exerce une pression interne P, rien n'est changé b ltéqui- libre. Pour ramener le cercle 11 à la position d'origine 11a en pointillé, il faut exercer un surcroît de pression ss P que l'on peut calculer selon la théorie de l'elasticité. Cette situation est alors celle que l'on aurait trouvée si la pression P avait été exercée sur un massif 10 contenant un tube circulaire 11a incoxpressible. Dans ce cas, ce dernier aurait dd être dimensionné pour supporter une pression largement supérieure à P et égale à P + A P. Si on permet au tube 11a de se contracter pour prendre la position correspondant au cercle en trait continu 11, il supportera la pression P en lui-permettant de se contracter encore davantage, il aura à supporter une pression nettement inférieure à P.Dans ce cas, les contraintes qui s'exerçaient sur le tube 11a sont reportées dans le sol environnant. On peut calculer ces contraintes par la théorie de l'élasticité. L'évolution de ces contraintes est représentée sur les figures 9 à 11, où A et C4 sont respectivement les contraintes tangentielles dans le tube 11a et dans le sol environnant et où B et Cr sont respectivement les contraintes normale au tube 11a et radiale dans le sol. La figure 9 est relative à 18 position initiale du tube 11a supposé incompressible. La figure 10 est relative à une position contractée 11 du tube. La figure 11 a trait à une position de contraction encore plus prononcée au tube. Si la matière 10 entourant le tube 11a était plasti- que au lieu d'être élastique les distributions des contraintes seraient modiiiées, mais leurs évolutions seraient qualitativement les mêmes. Si le champ de pression appliqué autour du tube 11a n'était pas uniforme et comportait deux composantes perpendiculaires P et Q (soir ligure 8), la déformation du tube 11a initialement circulaire lui donnerait une forme elliptique 12. Dans ce cas, toutefois la contraction du tube 11a permettrait un phénomène de report de contraintes qualitativement analogue au cas de l'application d'un champ de pression uniforme. Il en est de même lorsqulintervient dans l'application du champ de pression autour du tube 11a, le poids pro pre de la matière 10.Bien entendu, il en est également de meme lorsque la section du tube 11s au lieu d'être initialement circulaire, affecte une courbe fermée convexe quelconque. De ltexplication précitée, il ressort par conséquent que le fait de permettre b un ouvrage tubulaire de se contracter sous l'effet des sollicitations exercées par le sol environnant permet de diminuer considérablement la contrainte tangentielle A sur les plaques 1a ou 1b en tôle ondulée. De plus, on supprime l'instabilité de l'ouvrage qui entraîne le flambage. En outre on a constaté ce résultat surprenant que l'ouvrage multiplaques conforme X l'invention résistait mieux à la flexion que les ouvrages classiques. L'expérience et les calculs unt permis d'établir que l'ouvrage multiplaques confor- me à l'invention pouvait supporter une charge 2 à 3 fois supérieure à celle d'un ouvrage classique réalisé en tôle onduléed'épaisseur identique, mais dont les plaques ne présentent pas de fentes ou de perforations allongées permettant un coulissement relatif. Les résultats précités pouvaient paraître comme inatten- dus pour un spécialiste. En effet, il est eonnu des spécialistes que les jeux de montage (ici le jeu des boulons 6 dans les fentes a des plaques 1a) sont généralement susceptibles d'affaiblir la résistance d'une structure métallique. On donne ci-après l'exemple d'un ouvrage tubulaire multiplaques de diamètre égal à 4 m placé sous 12 m de remblais autoroutiers et apte à suppor-ter le passage de camions supportant jusqu'à 13 tonnes de charge par essieU. . Un tel ouvrage tubulaire pourrait être réalisé à partir de plaques de tôle d'épaisseur égale à 4,5 mm. Grâce à la possibi lité de glissement relatif des plaques, il est possible conformément à l'invention d'abaisser ltépaisseur des plaques précitées à 3 mm. Si le sol environnant llouvrage multiplaques est constitué par un bon limon sableux (module d'élasticité = 50 MPa), la contraction diamétrale de ltouvrage pourrait atteindre dans ces conditions au maximum 1 %, soit une variation de-12 cm sur la circonférence. Si l'ouvrage multiplaques comporte 6 plaques 1a ou 1b rearties sur la circonférence, pour obtenir la contraction préci tee les plaques doivent comporter des fentes 5a permettant pour chaque paire de plaques 1a ou 1b un coulissement relatif de 2 cm. Pour la mise en place de l'ouvrage tubulaire conforme à llinvention dans un souterrain, on peut assembler les plaques 1a ou 1b à l'intérieur meme du souterrain, en les appliquant sur les parois du souterrain et en les boulonnant de l'intérieur. L'intervalle entre les plaques 1a ou 1b et les parois du souterrain est bourré par du sable, du mortier, du béton hydraulique ou par injection de matière. Lorsque la poussée exercée parle sol dépasse un certain seuil prédéterminé les plaques 1a ou 1b coulissent les unes vers les autres et le transfert des contraintes s'effectue comme expliqué précédemment vers le sol environnant. Conformément à une première version du procédé conforme l'invention (voir figure 12), on assemble chaque élément tubulaire 20 de ltouvrage multiplaques à mettre en place dans le souterrain 21, en s'assurant que les plaques 1a de chaque paire soient rapprochées au maximum l'une de l'autre, comme indiqué sur la figure 5. A ce stade l'élément tubulaire 20 occupe la position indiquée à la figure 12 dans laquelle il subsiste un jeu 27 entre ltélément tubulaire 20 et la paroi 22 du souterrain 21. On écarte ensuite les plaques 1a de chaque paire en les faisant coulisser suivant leurs fentes 5a (voir figure 13) jusqu'à ce que ltélément tubulaire 20 bute contre la paroi 22 du souterrain 21. L'écartement des plaques 1a et par suite la dilatation de l'élément tubulaire 20 peut être effectué en utilisant une série de vérins 23 par exemple à parallélogramme déformable (voir figures 13 et 14), reliés à une manivelle 24 au moyen d'un arbre commun 25, ces vérins 23 portant chacun deux bras opposés 26 prenant appui à l'interieur de ltouvrage sur les écrous 7 des boulons d'assemblage. On serre ensuite les boulons et les écr-ous 7 de la ligne médiane suivant un couple de serrage prédéterminé, au moyen dtune clé dynamométrique. Un tel procédé évite d'avoir recours au rembourrage de l'espace 27 compris entre chaque élément 20 de l'ouvrage et la paroi 22 du souterrain 21. Psr ailleurs, dans un tel procédé on peut assembler les éléments tubulaires 20 en dehors du souterrain 20, puis les pousser les uns à la suite des autres à l'intérieur du souterrain 21 (voir flèche de la figure 12) jusqutà la position appropriée,-après quoi les plaques 1a de chaque élément tubulaire 20 sont écartées comme indiqué ci-dessus. Le procédé conforme à l'invention peut également être appliqué au renforcement d'un ouvrage multiplaques déjb en place dans un souterrain 31 (voir figure 15). Dans ee cas, on assemble chaque élément tubulaire 32 comme précédemment en s'assurant que les plaques-1a de chaque paire soient rapprochées au maximum l'une de l'autre, on pousse ou on ripe l'élément vers la position appropriée et on écarte les plaques 1a de chaque paire en les faisant coulisser dans leurs fentes 5a jusqu'à ce que le profil ondulé 33 de l'é- Dément 32 s'emboîte exactement dans celui de l'ouvrage multiplaques 30 déjà en place dans le souterrain 31. Dans cette position, on serre ensuite comme précédemment les boulons d'assemblage avec un couple prédéterminé. De la description précitée, il ressortpar conséquent que grâce à la particularité que présentent les plaques 1a ou 1b de pouvoir coulisser les unes vers les autres, l'ouvrage tubulaire multiplaques conforme à l'invention est capable non seulement de supporter des charges nettement plus importantes que les ouvrages tubulaires classiques, mais il est également beaucoup plus aisé à mettre en place dans un souterrain que ces derniers. RBVENSTCATIONS 1. Ouvrage tubulaire multiplaques comprenant un ensemble de plaques incurvées présentant des ondulations parallèles, ces plaques s'étendant chacune sur une fraction de la circonférence de ltouvrage et présentant sur leurs bords ondulés des perforations pour le passage de boulons d'assemblage, caractérisé en ce que les perforations des plaques sont allongées suivant la direction des ondulations de manière à définir un jeu de part et d'autre de chaque boulon d'assemblage et à permettre un coulissement relatif des pla- ques adjacentes suivant la longueur des perforations et en ce que le serrage des boulons d'assemblage des plaques adjacentes est réalisé avec un couple prédéterminé en fonction des sollicitations mécaniques susceptibles de s'exercer sur l'ouvrage tubulaire. 2. Ouvrage tubulaire conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le couple de serrage des boulons est tel que les plaques de chaque-paire peuvent coulisser l'une vers l'autre sous lteffet d'une compression tangentielle appliquée sur ltouvrage au plus égale à la compression qui engendrerait le déchirement des plaques et/ou le cisaillement des boulons, si le coulissement n'avait pas lieu. 5. Ouvrage tubulaire conforme à l'une quelconque des reven dications 1 ou 2, caractérisé en ce que la longueur des perforations est telle que l'amplitude totale du coulissement de l'ensemble des plaques dans les perforations correspond à une variation d'environ 5% du diamètre de ltouvrage tubulaire. 4. Procédé pour la mise en place dans un souterrain d'un ouvrage tubulaire conforme à~la revendication 1, cet ouvrage tubulaire comprenant une série d'éléments tubulaires identiques destinés à être assemblés les uns au bout des autres, caractérisé en ee qu'on assemble chaque élément tubulaire en stassurant que les plaques de chaque paire soient rapprochées au maximum l'une de l'autre, en ce qu'on écarte les plaques de chaque paire en les faisant coulisser suivant leurs perforation3 allongées jusqu'à ce que l'élément tubu laue bute contre la paroi du souterrain et en ce qu'on serre les boulons d'assemblage des plaques avec un couple prédéterminé. 5. Procédé pour le renforcement d'un ouvrage tubulaire déjà en place dans un souterrain au moyen d?-tun ou plusieurs éléments de l'ouvrage tubulaire conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisd en ce qu'on assemble un élément tubulaire en s'assu rant que les plaques de chaque paire soient rapprochées au maximum l'une de l'autre, en ce qu'on écarte les plaques de chaque paire en les faisant coulisser suivant leurs perforations 3usqu'à ce que le profil ondulé de l'élement tubulaire s'emboite dans celui de l'ou- vrage tubulaire à renforcer et en ce qu'on serre les boulons d'assemblage des plaques suivant un couple prédéterminé. 6. Procédé conforme à lune quelconque des revendications 4 ou 5, earae$érisé en ce qu'on assemble les éléments tubulaires en dehors du souterrain, pais on les glisse les uns à la suite des autres à l'intérieur du souterrain jusqu'à la position appropriée. 7. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérise en ce que pour écarter les plaques de chaque paire, on utilise des vérins prenant appui à l'intérieur de l'ouvrage sur les écrous des boulons d'assemblage.