Brevet FR2415193A1 — publié le 19790817

L'invention, due à Monsieur Claude LOUIS, est relative aux éléments de soutènement pour ouvrages de travaux publics tels que galeries, tunnels, puits, tranchées, etc... du genre de ceux qui sont destinés à être juxtaposés à d'autres éléments semblables et à être réunis, à ces éléments, par des moyens d'assemblage coopérant avec les bords des éléments de soutènement. L'invention a pour but, surtout, de rendre ces éléments de soutènement tels qu'ils répondent mieux que jusqu'à présent aux diverses exigences de la pratique et notamment tels qu'ils permettent d'exploiter au maximum les possibilités d'accrochage au terrain tout en éliminant ou en réduisant les inconvénients dus aux eaux d'infiltration. L'invention concerne plus particulièrement les éléments de soutènement utilisés dans la technique du béton projeté. Selon l'invention, un élément de soutènement du genre défini précédemment, est caractérisé par le fait qutil comprend un cadre rigide à contour polygonal fermé, délimitant une ouverture, le contour de ce cadre comportant, à ses angles, des parties écornées de telle sorte que lors de la réunion de plusieurs éléments de soutènement, ces parties écornées délimitent des fenêtres permettant le passage d'un organe, tel qu'un boulon, pour la fixation dans le terrain, la section transversale du contour du cadre comportant, à sa partie d'angle extérieure destinée à venir en appui contre le terrain, un chanfrein qui permet de former, avec le chanfrein de l'élément de soutènement voisin, un passage servant de canalisation de drainage pour l'eau d'infiltration, plusieurs réseaux de canalisations de drainage, parallèles à des directions différentes, étant ainsi- formés, ces réseaux se coupant et étant mis en communication les uns avec les autres par les susdites parties écornées du contour, cet élément de soutènement pouvant être enrobé de béton. Plus particulièrement, lorsque l'élément de soutènement est utilisé avec du béton projeté dans l'ouverture délimitée par le cadre, le contour de ce cadre comporte, sur ses bords, une partie faisant saillie vers l'intérieur pour assurer un bon appui des voûtelettes de béton projeté à l'intérieur du cadre. De préférence, cet élément de soutènement comporte un réseau maillé secondaire placé à l'intérieur du cadre, ce réseau maillé étant propre à jouer un double rôle de soutènement et de drainage. Ce réseau maillé est avantageusement formé par des profilés, notamment des cornières, dont la concavité est tournée de manière à s'appliquer contre le terrain, les concavités des profilés communiquant entre elles à leurs intersections, de manière à permettre le cheminement de l'eau d'infiltration, les profilés de ce réseau maillé étant assemblés rigidement entre eux, notamment par soudage, et étant solidaires du cadre. Le cadre a généralement un contour rectangulaire, et le réseau maillé est formé par des profilés dont les lignes moyennes sont orthogonales de manière à définir un quadrillage. L'élément de soutènement est avantageusement équipé d'un panneau de treillis fixé du côté intérieur de l'élément, c'est-à-dire du côté éloigné du terrain (côté intrados). Lorsque l'élément de soutènement est équipé d'un réseau maillé secondaire, ce panneau de treillis est situé du côté du réseau secondaire opposé au terrain. Ceci n'exclut pas de prévoir, si nécessaire, des armatures, côtés extrados. Ces panneaux de treillis, fixés sur les bords du cadre de l'élément de soutènement, sont, de préférence, disposés suivant une surface concave, avec une concavité tournée vers le côté intérieur des éléments de soutènement de telle sorte que le treillis ait tendance à transmettre les efforts de poussée aux bords du cadre Le cadre de l'élément de soutènement comprend généralement des parois marginales situées dans des plans perpendiculaires au plan moyen du cadre, et les moyens d'assemblage des différents éléments de soutènement comprennent des trous de passage, prévus dans ces parois marginales, de telle sorte qu'en disposant côté à côte des parois, il est possible d'assembler les éléments par des systèmes à boulons et écrous. D'autres moyens d'assemblage pourraient être prévus, tels que tiges et clavettes ou crochets, etc... Les éléments de soutènement peuvent être plans, par exemple pour le soutènement de talus, tranchées ; ou bien à simple courbure pour des galeries, tunnels, puits ou analogues ... ou bien encore à double courbure pour certaines cavités de forme sphérique. Les cadres des éléments de soutènement peuvent être réalisés en métal ou en matière plastique ou autres matériaux tels que ciment armé de fibres stratifiés, etc. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-aprs à propos d'un mode de réalisation particulier décrit avec référence aux dessins ci-annexés, mais qui n'est nullement limitatif. La figure 1 de ces dessins montre, en élévation, un élément de soutènement conforme à l'invention, des parties d'éléments semblables ayant été représentées au voisinage de cet élément. La figure 2 est une coupe suivant II-II figure 1. La figure 3 montre un détail de l'élément à plus grande échelle (coupe du profilé extérieur du cadre). La figure 4, enfin, montre, en perspective, quelques éléments assemblés, dessinés de manière schématique et simplifiée. En se reportant à la figure 1, on peut voir un élément de soutènement 1, pour ouvrages de travaux publics en général, destiné à être juxtaposé à d'autres éléments semblables la, lb, lc.... et réuni à eux par des moyens d'assemblage. L'élément de soutènement comprend un cadre rigide 2, à contour polygonal fermé délimitant une ouverture 3. Généralement, le contour du cadre 2 est rectangulaire, comme représenté sur la figure 1. A titre indicatif, et nullement limitatif, on peut indiquer que l'ordre de grandeur de 1, dimension du petit côté et donc largeur du cadre 2, est de 50 cm à 100 cm environ. Le contour du cadre comporte, à ses angles, des parties écornées 4, de telle sorte que lors de la réunion de plusieurs éléments de soutènement 1, la, lb, lc, les parties écornées telles que 4, 4a, 4b, dc, délimitent des fenêtres 5 permettant le passage d'un organe tel qu'un boulon, pour la fixation dans le terrain de l'assemblage des éléments de soutènement. Ces fenêtres sont de section carrée pour les montages à joints continus (fig. 1) ou de section triangulaire pour les montages à joints en quinconce. Le bord du cadre 2 comporte généralement une paroi 5 située dans un plan parallèle au plan du cadre et destinée à venir en appui contre le terrain, et une paroi marginale 7 perpendiculaire à la paroi 6 et à la surface du terrain contre lequel vient s'appuyer l'élément de soutènement 1. Le dièdre droit formé par les parois 6 et 7 tourne sa concavité vers l'intérieur du cadre et peut être constitué par une cornière. La partie écornée 4 est généralement inclinée à 45C sur les côtés du cadre lorsque ce dernier est rectangulaire. La paroi marginale 7 forme un contour fermé comportant un segment incliné à 45" sur les côtés du cadre au niveau des parties écornées. La section transversale 8 (fig. 2) du contour du cadre comporte, à sa partie d'angle extérieure 9, destinée à venir en appui contre le terrain T, un chanfrein 10 qui permet de former avec le chanfrein 10c de l'élément de soutènement voisin un passage li servant de canalisation de drainage pour l'eau d'infiltration. On voit que le passage 11 a donc une section triangulaire dont deux côtés sont formés par les chanfreins 10, lOc, tandis que le troisième côté est constitué par une portion de terrain. Le chanfrein 10 est formé par une portion de plan incliné, de préférence à 45 , par rapport aux parois 6 et 7 du cadre 2. Plusieurs réseaux de canalisations de drainage sont ainsi formés. Les passages tels que il ont leur ligne moyenne située dans des plans transversaux, parallèles, formés par les plans de juxtaposition des grands côtés des éléments de soutènement 1, lc, etc... Les petits côtés du cadre 1, qui comportent naturellement des chanfreins tels que 10, déterminent des réseaux de canalisations longitudinales. Tous ces réseaux se coupent entre eux au niveau des parties écornées, 4, 4c, des éléments de soutènement. Les fenetres 5 délimitées par ces parties écornées établissent des communications entre les différents réseaux d'écoulement avec l'intérieur de l'excavation. On recueille ainsi la majeure partie des eaux d'infiltration et on la dirige vers le bas d'où elle est reprise et évacuée, ce qui permet d'éviter la présence d'eau d'infiltration à l'intérieur de l'ouverture 3 limitée par chaque cadre 2 d'élément de soutènement. Cet élément de soutènement est généralement destiné à être utilisé pour assurer un pré-soutènement du terrain avant la mise en oeuvre de béton projeté. Le béton est projeté dans l'ouverture 3 et enrobe le cadre 2. Le contour du cadre comporte, sur les bords des parois marginales 7 éloignés du chanfrein 10, une partie 12 faisant saillie vers l'intérieur propre à servir d'appui pour les voûtelettes de béton projeté dans l'ouverture 3 du cadre. Cette partie en saillie 12 s'étend suivant toute la périphérie du cadre 2, c'est-à-dire suivant tout le contour intérieur de la paroi marginale 7. La partie 12 a une section transversale en forme de dièdre, visible sur les figures 2 et 3 dont la pointe est tournée vers l'intérieur du cadre 2.La paroi 13, de la partie 12, tournée vers le terrain forme de préférence un angle de 309à 45" avec la paroi 7, tandis que la paroi lC, de la partie 12, éloignée du chanfrein 10, forme un angle g , avec la paroi 7, avantageusement de 60 à 70 . La couche de béton projeté à l'intérieur de l'ou- verture 3 a généralement la forme d'une voutelette avec une épaisseur plus réduite à mi-distance des grands côtés de l'élément de soutènement 1, et une épaisseur plus forte au niveau de ces grands côtés ; à titre d'exemple, l'épais- seur de la couche de béton projeté peut être de l'ordre de5 cm. à mi-distance des grands côtés et de l'ordre de 10 cm à 15 cmau niveau de ces grands côtés. La partie 12 permet d'avoir un appui satisfaisant qui peut encaisser la transmission, par la couche de béton travaillant en voûte, des efforts de poussée du terrain aux éléments de soutènement préalablement enrobés. Un réseau maillé secondaire R est, de préférence, placé à l'intérieur du cadre 2. Ce réseau R est fixé au cadre, notamment par soudage sur ses bords, plus particulièrement sur ses parois 6 et le chanfrein 10. Ce réseau R est propre à assurer une double fonction de soutènement et de drainage. Le réseau R est, de préférence, forme par des profilés, notamment des cornières 15 ou des demi-tubes, c'est-à-dire des profilés à section transversale en demi-cercle, dont la concavité, comme visible sur la figure 2, est tournée de manière à s'appliquer contre le terrain T. Le réseau maillé R, comme visible sur la figure 1, est constitué par un quadrillage de profilés 15, dont certains 15a sont parallèles aux grands côtés du cadre 2 et dont les autres 15b sont parallèles aux petits côtés. Aux intersections 17 des profilés 15, les concavités communiquent entre elles de manière à faciliter le cheminement de l'eau suivant les directions parallèles aux petits côtés et aux grands côtés du cadre 2. Les profilés du réseau maillé R sont assemblés rigidement entre eux, notamment par soudage et sont également solidaires du cadre 2. Un tel réseau rigide peut être obtenu par emboutissage ou assemblé par soudage ou autres moyens. L'élément de soutènement 1, lorsqu'il est destiné à être utilisé avec du béton projeté, est avantageusement équipé d'un panneau de treillis 18 (figure 2) du côté intrados; c'est-à-dire du côté tourné vers l'intérieur de l'ouvrage, et donc éloigné du terrain T. Ce panneau de treillis est rendu solidaire du cadre 2 par tout procédé approprié, notamment par soudage lorsque le cadre 2 est métallique et que le treillis 18 est formé par des ronds en acier. Ce treillis 18 est disposé suivant une surface légèrement courbe dont la section plane transversale est formée par un arc de courbe tournant sa concavité du côté opposé au terrain T.On voit ainsi que la distance e (fig. 2) entre la partie du treillis 18 située à mi-distance des grands côtés du cadre 2 et la surface du terrain T est inférieure à la distance h, égale à l'épaisseur du cadre, entre les extrémités du panneau 18 et le terrain T. Cela correspond, sensiblement, à la variation d'épaisseur de la couche de béton projeté qui, comme expliqué précédemment, est inférieure dans la partie médiane. La forme du panneau de treillis 18 contribue à transmettre la poussée du terrain au grand côté du cadre 2, en laissant le béton travailler essentiellement en voûtelettes. Les moyens d'assemblage des éléments de soutènement 1, la, etc... juxtaposés comprennent avantageusement des trous 19 (fig. 4) prévus dans les parois marginales 7, de telle sorte qu'en plaçant bord à bord deux parois d'éléments voisins, il est possible d'effectuer l'assemblage à l'aide de système à boulons et écrous engagés dans des trous 19 de deux parois marginales d'éléments voisins. Les moyens d'assemblage pourraient comprendre des clavettes ou crochets coopérant avec les bords de l'élément de soutènement. Les éléments peuvent être placés soit de manière que les jonctions suivant les petits et/ou grands côtés soient alignées de manière à former des joints continus, soit de manière que ces jonctions soient décalées en quinconce. Sur la figure 4, on a représenté un assemblage à joints continus suivant les grands côtés et les petits côtés. Les éléments de soutènement 1 peuvent être plans, par exemple pour servir de soutènement de talus, tranchées, canaux, etc... Ils peuvent être également à simple courbure, c'est-àdire constitués alors par des portions de surface cylindrique, comme représenté sur la figure 4. De tels éléments peuvent convenir pour des galeries, tunnels, puits, certaines tranchées ou canaux. Les éléments de soutènement 1 peuvent, le cas échéant, présenter une double courbure pour permettre de réaliser certaines cavités de forme sphérique en surface ou en souterrain. Ces éléments de soutènement 1 peuvent être réalisés en d'autres matériaux que du métal par exemple en matière plastique, fibre de verre éventuellement armée, en ciment armé, amiante ciment, ou autres matériaux satisfaisant aux conditions de travail de ces éléments. Les dimensions des éléments sont généralement fonction de l'utilisation et du type de l'ouvrage à construire et de la nature du terrain. On peut noter cependant que le rapport de la surface totale ouverte, à l'intérieur du cadre 2, à la surface totale de ce cadre est, en général, supérieur à 5Qóu 60 % de telle sorte que lorsqu'on utilise ces éléments de soutènement avec du béton projeté, la surface de terrain offerte à l'accrochage du béton projeté, surface qui correspond aux ouvertures disposibles à l'intérieur du cadre 2, est relativement grande. Cela permet une bonne adhérence du béton projeté au terrain pendant la prise, notamment lorsqu'il s'agit de béton situé en voûte et soumis à la gravité. On peut indiquer, également, que la surface maximale d'une ouverture entourée par un réseau de drainage, à l'in- 2 térieur du cadre 2, ne dépasse généralement pas 10GO cm (mille cm2). On est assurétainsi, d'un drainage efficace des surfaces de terrain, pour l'accrochage du béton dans les terrains aquifères. L'élément de soutènement 1 présente une forte rigidité suivant les deux directions des grands côtés et des petits côtés et plus généralement suivant la direction longitudinale de l'ouvrage réalisé et suivant une direction perpendiculaire à cette direction longitudinale. La mise en oeuvre de ces éléments est simple et rapide. Le système de soutènement réalisé est autostable, du fait que les éléments de soutènement que l'on vient de mettre en place sont immédiatement fixés, notamment par boul-onnage, sur les éléments déjà installés. Cette autostabilité est obtenue sans nécessiter la fermeture de la section excavée, ce qui est particulièrement avantageux dans le cas des travaux en souterrain. Par exemple, si l'on considère la figure 4, on comprendra que pour faire progresser le souterrain, au front de taille7 on commence à excaver la partie supérieure du souterrain et l'on met en place immédiatement, les éléments de soutènement ld, le... pour cette partie supérieure en les fixant sur les éléments déjà en place qui forment un anneau fermé. Ces éléments de soutènement id le . que l'on vient de mettre en place sont donc maintenus en porte-à-faux au-dessus de la partie inférieure du front de taille à excaver ; ces éléments en porte-à-faux servent de toiture et préviennent des éboulements de terrain. Lorsque la partie inférieure du front de taille a été dégagée, on ferme immédiatement l'anneau avec les éléments de soutènement inférieurs, ce qui confère alors une rigidité considérable à tout l'ensemble de soutènement. Cette rigidité de l'ensemble de soutènement assure donc un pré-soutènement du terrain avant la mise en oeuvre du béton projeté. Ceci est particulièrement intéressant pour les travaux dans les terrains de faible tenue (terrain peu cohérent). Cette rigidité des éléments de soutènement permet de les utiliser seuls, sans béton, notamment projeté ; ils constituent alors un blindage et un réseau de drainage. D'autres matériauxoprojetés ou non,similaires au béton projeté peuvent être utilisés tels que résine projetée, etc... Il est à noter, également, que dès l'assemblage d'éléments de soutènement voisins, assemblage permettant de fermer les fenêtres 5 (figure 1), on réalise l'ancrage de l'ensemble de soutènement au terrain par boulonnage, par exemple avec des boulons à scellement réparti (au mortier ou à la résine) ou encore avec des boulons à expansion (à ancrage ponctuel) si le terrain s'y prête. Les éléments de soutènement de l'invention assurent immédiatement, après montage, les actions de drains de surface, de cintres, de profils longitudinaux, et d'armature etc... Tous ces résultats sont obtenus par une seule opération de mise en place des éléments de soutènement, d'où un gain de temps important, intéressant sur le plan économique, et une amélioration des conditions de travail et d'exploitation. En résumé, on peut dire que - les cadres nus, c'est-à-dire non enrobés, apportent un soutènement dès qu'ils sont assemblés, grâce à la rigidité longitudinale des éléments, lorsque l'anneau n'est pas fermé (cette rigidité est mobilisée suite au clavetage sur le dernier anneau réalisé avec ces éléments).Les éléments travaillent en porte-à-faux, en "visière de casquette" ; cette situation se rencontre au front d'abattage des tunnels - un soutènement plus important intervient surtout grâce à la rigidité transversale de l'ossature, lorsque les éléments travaillent en anneaux fermés - ce pouvoir de soutènement est considérablement accru suite à un enrobage ou à un remplissage des cadres par du béton ou tout autre matériau projeté ; ; - le profil extérieur du cadre est conçu de manière à a) apporter, après assemblage, l'inertie maximale pour résister à des sollicitations de flexion (ou de cisaillement), quel que soit leur sens b) permettre un bon enrobage des éléments lors de la projection du béton (ou tout autre matériau) c) assurer un bon appui des voûtelettes de béton prcjeté (ou autre matériau) constituant le remplissage des cadres. Le contour polygonal du cadre 2 pourrait avoir une forme autre que rectangulaire. REVENDICATIONS 1. Elément de soutènement pour ouvrages de travaux publics tels que galeries, tunnels, puits, tranchées destiné à être juxtaposé à d'autres éléments semblables et à être réuni à ces éléments par des moyens d'assemblage coopérant avec les bords des éléments de soutènement, caractérisé par le fait qu'il comprend un cadre rigide à contour polygonal fermé, délimitant une ouverture, le contour de ce cadre comportant, à ses angles, des parties écornées de telle sorte que lors de la réunion de plusieurs éléments de soutènement, ces parties écornées délimitent des fenêtres permettant le passage d'un organe, tel qu'un boulon, pour la fixation dans le terrain, la section transversale du contour du cadre comportant, à sa partie d'angle extérieure destinée à venir en appui contre le terrain, un chanfrein qui permet de former, avec le chanfrein de l'élément de soutènement voisin, un passage servant de canalisation de drainage pour l'eau d'infiltration, plusieurs réseaux de canalisations de drainage, parallèles à des directions différentes étant ainsi formés, ces réseaux se coupant et étant mis en communication les uns avec les autres par les susdites parties écornées du contour. 2. Elément de soutènement selon la revendication 1, destiné à être utilisé avec du béton projeté, caractérisé par le fait que le contour de ce cadre comporte, sur ses bords, une partie faisant saillie vers l'intérieur pour assurer un bon appui des voûtelettes de béton projeté à l'intérieur du cadre. 3. Elément de soutènement selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la partie en saillie a une section transversale en forme de dièdre dont la pointe est tournée vers l'intérieur du cadre, la paroi de la partie en saillie tournée vers le terrain formant un angle "0(", notamment de 30à 45" environ, avec une paroi marginale du cadre perpendiculaire à la surface du terrain contre lequel vient s'appuyer l'élément de soutènement, tandis que l'autre paroi du dièdre forme un angle " g " avec ladite paroi marginale, notamment de 60à 70" environ. 4. Elément de soutènement, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un réseau maillé secondaire placé à l'intérieur du cadre, ce réseau maillé étant propre à jouer un double rôle de soutènement et de drainage. 5. Elément de soutènement selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le réseau maillé est formé par des profilés, notamment des cornières ou des demi-tubes, dont la concavité est tournée de manière à s'appliquer contre le terrain, les concavités des profilés communiquant entre elles à leurs intersections, de manière à permettre le cheminement de l'eau d'infiltration, les profilés de ce réseau maillé étant assemblés rigidement entre eux et au cadre. 6. Elément de soutènement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le bord du cadre comporte une paroi située dans un plan parallèle au plan du cadre et destinée à venir en appui contre le terrain et une paroi marginale perpendiculaire à cette paroi, le dièdre droit formé par ces parois tournant sa concavité vers l'intérieur du cadre et pouvant être constitué par une cornière, le susdit chanfrein prévu à la partie d'angle extérieure de la section transversale du contour du cadre étant incliné à 45" sur ces parois. 7. Elément de soutènement selon l'une quelconque des revendications précédentes, ayant un contour à forme rectangulaire, caractérisé par le fait que les parties écornées sont inclinées à 45 sur les côtés du cadre. 8. Elément de soutènement selon l'ensemble des revendications 4 et 7, caractérisé par le fait que le réseau maillé est formé par des profilés dont les lignes moyennes sont orthogonales, de manière à définir un quadrillage et sont parallèles aux petits et grands côtés du cadre. 9. Elément de soutènement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est équipé d'un panneau de treillis fixé du côté intérieur de l'élément, ce panneau de treillis étant notamment disposé suivant une surface concave tournant sa concavité vers l'intérieur de l'élément de soutènement, de telle sorte que le treillis ait tendance à transmettre les efforts de poussée aux bords du cadre. 10. Elément de soutènement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le rapport de la surface totale ouverte,à l'intérieur du cadre, à la surface totale de ce cadre est généralement supérieur à 507,ou 60 % et que la surface maximale d'une ouverture entourée par un réseau de drainage à l'intérieur du cadre est au plus égale à 1000 cm2(mille cm2).