Brevet FR2508072A1 — publié le 19821224

Structure de poutre en arc. La présente invention concerne une structure de buse avec -une poutre en arc et notamment une structure de poutre en arc utilisée pour la construction de passages ou conduites analogues (appelées couramment "buses"). Actuellement, les structures du type buse métallique sont réalisées en utilisant des tôles métalliques courbes for- mant la structure de base, et dans certains cas en y ajou- tant des arcs-boutants De telles structures sont décrites par exemple dans les Brevets canadiens NO 749 630, NO 804 292 et NO 862 492. En général, les structures existantes de buses se basent sur la résistance du sol au voisinage de la structure métal- lique flexible ou des arcs-boutants pour renforcer et suppor- ter la structure Lorsque la couverture est peu épaisse, le point le plus faible des structures de ce type se trouve souvent dans la zone de l'arche supérieur de la structure et dans les zones des parties supérieures des côtés La résis- tance de frottement du terrain et la pression de compactage de la couverture peuventetre faibles dans ces zones du fait de la relative proximité de la surface libre du sol, et les forces de réaction aux poussées de la voite vers l'exté- rieur peuvent être importantes En supposant que les tôles utilisées dans les structures soient suffisamment résistantes, la faiblesse de telles structures réside en l'affaissemnt ou le mouvement des matériaux de remblai et/ou dans le sol naturel ad- jacent Des surfaces de crevasses peuvent se développer depuis une zone o le remblai est soumis à de fortes contraintes, habituellement là o le rayon de courbure de la structure est faible, jus- qu'à un point sur la surface du remblai ou du terrain de couverture le long d'un plan ou d'une courbe de crevasse déterminée par quantité de paramètres,y compris les carac- téristiques du sol et la géométrie de la structure Le pro- l O blème est d'autant plus aigu que la structure est plus plate ou en forme d'ellipse plus aplatie, ou que le terrain de couverture est moins épais, du fait que les rayons latéraux d'une telle structure sont nécessairement faibles et qu'en conséquence les pressions tendant à provoquer des crevasses sont plus importantes, ces pressions étant inversement pro- portionnelles aux rayons. Les crevasses dans les zones décrites peuvent entratner une insuffisance de soutien pour la voûte du toit de la structura entrainant une déformation excessive de celui-ci, voire son effondrement. Cependant, on recherche des structures plus plates ou des structures avec des terrains de couverture moins épais,car des structures larges et basses permettent des débits d'eau plus importants pour une hauteur d'eau donnée à l'amont à l'entrée de la structure De ce fait, de telles structures larges et basses réduisent le risque d'inondations en amont des structures, abaissent la ligne de niveau au-dessus de la buse et le terrain de couverture nécessaire, et, en suppo- sant que les problèmes de résistance des structures soient réso- lus à coit raisonnable, conduisent à une réalisation plus économique Du même coup, une structure plus plate constitue souvent la meilleure configuration pour le passage des véhicules, les conduits de service, les passages de pié- tons, etc. Les solutions apportées par les Brevets précités aux problè- mes inhérents aux structures plates sont, dans certains cas, inutilement compliquées et, dans d'autres cas, ne procurent pas la résistance suffisante, car le sol n'est pas tassé au voisinage des zones o s'exercent les réactions de la structure E c O Esé- quence, ces Brevets ne permettent pas des réalisations sous des couvertures extrêmement peu épaisses comme le fait la pré- sente invention. Le but de la présente invention est de résoudre au moins par- tiellement les problèmes rencontrés dans la construction de buses ayant une surface supérieure plane ou courbe, par exem- ple des structures de buses métalliques, en procurant une structure de poutre en arc relativement simple et résistante, qui procure des moyens de tassement importants au voisinage du bord ou sur les côtés de la structure. En conséquence, la présente invention concerne une structure de poutre en arc utilisée dans une buse du type comportant une conduite allongée ayant des surfaces supérieure, infé- rieure et latérales, cette structure de poutre en arc compor- tant une dalle de béton s'étendant sur la surface supérieure de la conduite et au-delà de ses bords latéraux, la dalle comportant une portion centrale avec une surface inférieure, la forme de la surface inférieure de la portion centrale se conformant pratiquement à la forme de la surface supérieure de la conduite, et une branche s'étendant vers l'extérieur, pratiquement horizontalement, de chaque côté de la portion centrale pour répartir les forces en utilisation. La structure de poutre en arc définie ici peut être utilisée dans la réalisation de structures neuves ou pour renforcer des structures de buses existantes Dans ce dernier cas, la structure de poutre en arc est mise en place sur une conduite métallique flexible après enlèvement du terrain de couverture, ce dernier étant replacé sur la structure de la poutre en arc. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, de réalisations préférées, en liaison avec le dessin joint, sur lequel la figure 1 est une vue schématique en perspective de dessus d'une section d'une structure de poutre en arc selon la pré- sente invention; la figure 2 est une vue en coupe schématique d'une autre forme de structure de poutre en arc avec le terrain de cou- verture mis en place; la figure 3 est une vue schématique en coupe prise selon la ligne 3-3 de la figure 2; la figure 4 est une vue schématique en coupe similaire à la figure 3, montrant une variante de la structure de poutre des figures 1 et 2; la figure 5 est une vue schématique en coupe d'un côté de la structure de poutre en arc; et la figure 6 est une vue schématique en coupe d'une autre forme de structure de poutre en arc avec le terrain de couverture ou remblai mis en place. On se reporte maintenant aux dessins; la structure de poutre en arc de la présente invention, repérée dans son ensemble en 1, est prévue pour être utilisée en liaison avec une buse classique, du type comprenant une conduite, dorrt les - côtés 2 et la partie supérieure 3 sont délimités par des tôles incurvées encastrées dans des soubassements en béton 4. Le fond ou radier 5 de la conduite est constitué par le sol ou par un plancher, selon le cas. On notera que, bien que la structure soit décrite pour être utilisée sur une conduite unique, l'invention peut s'adapter à des installations à plusieurs conduites. Pour des raisons de simplicité, chaque fois que ce sera possible, on utilisera les mêmes repères sur toutes les fi- gures Dans la structure de poutre en arc de la figure 2, les tôles ondulées définissent une structure elliptique, les côtés 2, la partie supérieure 3 et le fond 6 de la conduite étant constitués par des tôles ondulées. Dans chaque cas, la portion voûtée de la structure de poutre en arc est une dalle de béton constituée par une portion centrale courbe 7, qui se conforme pratiquement à la forme de la partie supérieure 3 de la conduite La portion cen- trale 7 de la structure de la poutre recouvre complètement la partie supérieure 3 de la conduite qui, dans le cas ex- trême, peut être plane Des branches 8 sont d'une seule pièce avec cette portion centrale de la dalle et s'étendent vers l'extérieur depuis chaque côté de la portion centrale de la dalle et sur toute sa longueur Sur le dessin, l'épais- seur de la dalle est constante dans toute la zone de la portion centrale 7, mais elle peut varier si c'est nécessaire et elle est généralement plus importante aux jonctions 9 entre la portion centrale 7 et les branches 8, mais en fait, elle peut varier pour s'adapter aux charges prévues Sur la fi- gure également, les branches 8 s'effilent vers l'extérieur ayant une surface supérieure 10 inclinée vers le bas et vers l'extérieur par rapport à la surface inférieure 11, mais l'épaisseur peut en être constante ou varier à volonté. La dalle de la figure 1 est renforcée par des barres de renforcement métalliques s'étendant transversalement, 12 et 13, qui se recouvrent l'une l'autre dans les zones des jonctions 9 et sont ligaturées dans ces zones de recouvrement. Bien entendu, ces barres de renforcement peuvent être liga- turées ensemble à tout endroit ou peuvent être d'une seule pièce, comme c'est le cas de la barre 14 de la figure 2 La dalle est également renforcée par des barres espacées lon- gitudinales 15 (une de ces barres est représentée sur la figure 3) et par des goujons de liaison 16 La fonction prin- cipale des barres 15 est de maintenir, lors de la construc- tion, les barres 12 ou 14, mais elles servent également à répartir longitudinalement les charges sur la dalle Les têtes 17 et les goujons 16 sont noyés dans le béton de la dalle Les tiges des goujons s'étendent vers le bas à tra- vers la partie supérieure 3 de la conduite métallique Des écrous 18 et 19 sont mis en place sur les goujons 16 lors de la construction de la poutre pour rendre solidaire la conduite et la dalle. Une autre forme de renforcement est constituée par des ban- des séparées 20 (l'une est représentée sur la figure 4) de métal ondulé ou de toute autre forme profilée métallique s'étendant transversalement par rapport à la voûte Les bandes 20 sont raccordées à la partie supérieure 3 de la conduite et à la dalle de béton par les goujons 16 et les écrous 18 et 19, qui peuvent alterner avec des boulons plus courts 21 et des écrous 22, comme il est représenté Dans la réalisation de la figure 4, la dalle est reliée à la partie supérieure 3 de la conduite métallique et forme ainsi une structure composite avec celle-ci. Bien que la dalle puisse être coulée au préalable, la pra- tique normale est de fabriquer la dalle in situ, c'est-à- dire là o la structure est installée Les branches 8 trans- mettent au sol dans la zone 23 (figure 5) au moins une portion de la réaction de la vote, le poids roulant et les charges du terrain de couverture La longueur dont chaque branche 8 se projette au-delà du côté de la con- duite est déterminée par les charges à transférer, le maté- riau de remblai et la résistance du sol adjacent et par le degré de tassement exigé du sol sur les côtés. Lors de la construction d'une buse, la conduite est montée à son emplacement final et est remblayée approximativement jusqu'au point 24 (figure 5), la dalle de béton est alors coulée su-r la conduite et le remblai. En se reportant à la figure 5, lorsque la voûte est recou- verte d'une épaisseur peu importante 25, la portion centrale courbe 7 de la voûte est un élément pratiquement rigide pour encaisser les efforts de flexion et-de compression. Les charges provenant de la portion centrale 7 sont trans- férées aux branches 8 Des forces de limitation 26 et 27 sont appliquées contre les extrémités et les faces des branches 8 et contre la surface supérieure de la portion centrale 7 respectivement Les forces 28 dans le sol s'oppo- sent aux charges verticales Ainsi, la charge de compression de la conduite, repérée en 29, est réduite dans la région située en dessous du point 24 La branche horizontale 8 constitue une coupure pour les trajets de cisaillement critiques, par exemple 30, en allongeant un tel trajet pour en faire une ligne 31 à l'extrémité extérieure de la braiche 8 Les forces verticales 32 (figure 5) agissent vers le bas, procurant ainsi un effet de tassement sur le sol ou le ma- tériau de r e m b 1 a i sous les branches et au voisinage de la structure, et augmentant ainsi la résistance aux mouve- ments et aux crevasses éventuelles dans cette zone normale- ment soumise à des contraintes très élevées. En se reportant à la figure 6, la structure de poutre en arc repérée en 35 est utilisée dans une buse compor- tant une conduite constituée par des tôles métalliques on- dulées La conduite a une section transversale de forme géné- rale elliptique, avec des côtés courbes 2, une partie supé- rieure sensiblement plane 3 et un fond courbe 6 Ci-après, cette configuration en coupe transversale de la conduite est appelée "configuration elliptique tronquée". La structure de poutre en arc 35 est uhe dalle de béton sensiblement plane La dalle comporte une surface inférieure plane 36 et une surface supérieure constituée par deux côtés inclinés vers l'extérieur et vers le bas 37 Ainsi, la dalle est légèrement effilée de son milieu vers l'extérieur L'épais- seur de la dalle peut être constante ou peut varier sur toute sa largeur à volonté La dalle est renforcée par des barres de renforcement transversales 14 (une est représentée) ou par des barres ligaturées à leur recouvrement du type repré- senté sur la figure 1 La dalle est également renforcée par des barres longitudinales espacées 15 et par des goujons de liaison 16 Comme mentionné ci-dessus, les barres 15 ser- vent principalement à maintenir les barres 14 lors de la construction,mais elles servent également à répartir longi- tudinalement les charges sur la dalle. Les autres éléments de renforcement décrits précédemment en se reportant aux figures 1 à 5 peuvent également être incor- porés dans cette réalisation de structure en forme d'arc. Les branches 38 transmettent au sol au moins une partie de la réaction de la voûte, de la charge roulante et des char- ges de couverture La longueur dont chaque branche 38 se projette au-delà du côté 2 de la conduite est déterminée par les charges à transférer, la résistance du matériau de remblai et du sol adjacent et le degré de tassement exigé du sol sur les côtés. Revendications. 1 Structure de poutre en arc 1 utilisée dans une buse du type comportant une conduite allongée ayant une surface supérieure, une surface inférieure et des surfaces latérales, caractérisée en ce qu'elle comporte une dalle de béton s'étendant au-dessus de la surface supérieure ( 3) de la conduite et au-delà de ses bords latéraux, la dalle comportant une por- tion centrale ( 7) avec une surface inférieure, la surface infé- rieure de la portion centrale se conformant pratiquement à la forme de la surface supérieure de la conduite, et une branche ( 8) s'étendant vers l'extérieur pratiquement horizonta- lement de chaque côté de la portion centrale pour répartir les forces en utilisation. 2 Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque branche ( 8) comporte une surface inférieure plane ( 11) s'étendant horizontalement vers l'extérieur de la conduite en service, et une surface supérieure ( 10) inclinée vers l'ex- térieur et vers le bas. 3 Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que la dalle est la plus épaisse en son milieu. 4 Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de goujons ( 16) pour raccorder la dalle à la conduite. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle cohporte des moyens de renforcement ( 17,13,14,15; 20) entre la dalle et la conduite pour répartir les charges sur la dalle et la conduite sur de larges zones de la dalle. 6 Structure de poutre en arc utilisée avec une buse du type comportant une conduite allongée ayant une surface supérieure courbe, caractérisée en ce qu'elle comporte une dalle de béton s'étendant au-dessus de la conduite et au- delà de ses bords latéraux, la dalle comportant une por- tion centrale courbe, la forme de la surface inférieure de la portion centrale se conformant pratiquement à la forme de la surface courbe supérieure de la conduite, et une bran- che s'étendant vers l'extérieur pratiquement horizontalement de chaque côté de la portion centrale pour répartir les char- ges du terrain de couverture et les charges imposées sur la structure en utilisation. 7 Structure selon la revendication 6, caractérisée en ce que chaque branche comporte une surface inférieure sensible- ment plane s'étendant horizontalement vers l'extérieur de la conduite en utilisation. 8 Structure selon la revendication 6, caractérisée en ce que la dalle repose en utilisation sur la conduite. 9 Structure selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de goujons ou des moyens appro- priés pour raccorder la dalle à la conduite. Structure selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de renforcement dans la dalle et entre la dalle et la conduite pour développer une action composite et répartir les charges sur la dalle et sur la conduite sur de larges zones de la dalle,du maté- riau de remblai adjacent à la conduite et du sol naturel adjacent au remblai.