Brevet FR2546931A1 — publié le 19841207

Structure de poutre en arc. La présente invention concerne une structure de poutre en arc et en particulier une structure de poutre en arc utilisée dans la construction de conduits couverts ou ponceaux. Le brevet canadien antérieur N'1 143 170 décrit une struc- ture de poutre en arc utilisée pour des ponceaux, compor- tant un panneau de béton qui si'étend en travers de la sur- face supérieure et au-delà des bords latéraux de la portion de conduit du ponceau pour répartir les forces agissant sur le dessus du ponceau La structure de poutre en arc de ce brevet antérieur est efficace dans le cas de sites relativement peu profonds avec peu de terresde couverture pour répartir les charges de ces terres de couverture Des développements ultérieurs ont conduit à une version un peu plus simple et moins conteuse de la structure de poutre en arc décrite dans le brevet précité, laquelle version peut être utilisée pour des profondeurs plus importantes, c'est-àdire pour un poids accru de terresde couverture Le Demandeur a été incapable de trouver des structures de poutres en arc similaires à la nouvelle structure décrite. A la connaissance du Demandeur, la technique antérieure la plus proche est le brevet canadien N O 804 292 et les brevets US N O 3 131 541 et No 3 508 406 En général, la structure décrite par la technique antérieure ne répartit pas effica- cement la charge des terres de couverture et autres charges appliquées. Le but de la présente invention est de procurer une struc- ture de poutre en arc relativement simple et résistante. En conséquence, la présente invention concerne une struc- ture de poutre en arc utilisée dans un ponceau du type comportant un conduit allongé ayant des surfaces supérieure, inférieure et latérales, la structure de poutre en arc comportant une aile en béton ou en métal s'étendant vers l'extérieur sur une distance notable de chaque côté du con- duit au niveau de la jonction entre la surface supérieure et une surface latérale, pour répartir les forces dirigées vers le bas agissant sur le ponceau vers l'ext 7 érieur en service; et des moyens de fixation reliant cette aile à la surface latérale du conduit. La présente invention ne fonctionne pas de façon générale de la même manière que la structure décrite dans le brevet 1 143 170 précité En général, la présente invention ne vise pas à confiner la pression dans les zones de remblai adjacentes à la structure comme le fait la structure du bre- vet antérieur La structure de la présente invention procure des niveaux plus modestes de confinement des pressions dans la zone de remblai -mais ceux-ci sont insuffisants pour constituer une caractéristique principale du fonctionnement de la présente structure La présente invention vise à déve- lopper des forces de réaction axiales plus grandes procurées par les ailes, qui ne provoquent qu'une faible flexion dans la voûte du ponceau, qui aide à résister aux forces de cin- trage produites par l'action des poids morts et des poids roulants sur la voûte et qui entraîne des forces résultantes agissant vers l'extérieur au niveau des extrémités de la voûte, c'est-à-dire à la jonction des ailes avec la voûte. Les ailes ont des surfaces, supérieure et inférieure, rela- tivement grandes pourcoopérer avec les terres de remblai ou le terrain adjacent principalement par frottement, les forces de frottement étant développées entre ces surfaces et le matériau de remblai de recouvrement et sous- jacent en contact avec elles. Le matériau de remblai préféré est, de préférence, com- pacté en contact avec les surfaces des ailes par la force du poids accumulé du terrain le recouvrant La résistance de la poutre de la voûte du ponceau utilisant la structure de la présente invention sera généralement inférieure à celle de la structure décrite dans le brevet canadien 1-143 170 En conséquence, avec la structure de la présente invention, la voûte sera incapable de procurer, du fait de sa résistance en flexion, des composantes de forces verti- cales importantes agissant vers le bas pour procurer l'action de confinement du matériau de remb Iai adjacent à la structure comme c'est le cas avec la structure du brevet antérieur Avec la structure de la présente invention, la voûte du conduit agit principalement en cintrage, les réac- tions au-cintrage étant encaissées par les ailes et à moindre degré par les parois du conduit. Un avantage distinctde la présente invention est à trouver dans la nature des ailes et dans leur jonction avec la voûte du conduit Les forces de réaction développées par leskailes sont transférées à la voûte sans causer dans celle -ci des moments de flexion notables, car les joints entre les ailes et la voûte sont effectués sur de courtes longueurs qui peu- vent être effectivement traitées à des fins d'analyse comme des joints boulonnés entre ces éléments De façon générale, on doit ne prêter que peu ou pas d'attention aux moments de flexion au niveau des joints,i au moins pour autant qu'ils soient provoqués par les ailes, et peu ou pas d'effet de flexion nette n'est ajouté à la voûte par les ailes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée donnée ci-après à titre d'exemple seulement, -2546931 de plusieurs 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 présente invention; la figure 2 est une vue en coupe transversale de la struc- ture de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe transversale de la jonction entre le conduit et une aile de la structure des figures 1 et 2; la figure 4 est une vue schématique en perspective de dessus d'une section d'une deuxième réalisation de la structure de poutre en arc de la présente invention; la figure 5 est une vue en coupe transversale de la jonction entre les côtés et les parois supérieures de la structure de la figure 4; la figure 6 est une vue schématique en perspective de dessus d'une section d'une troisième réalisation d'une structure de poutre en arc selon la présente invention; la figure 7 est une vue en coupe longitudinale de la struc- ture de la figure 6 dans la zone A de la figure 6; la figure 8 est une vue schématique en perspective de dessus d'une section d'une quatrième réalisation de la structure de poutre en arc selon la présente invention; la figure 9 est une coupe transversale d'une portion d'une aile de la structure de la figure 8; la figure 10 est une vue schématique en perspective de dessus d'une cinquième réalisation de la structure de poutre en arc selon la présente invention; la figure 11 est une vue en coupe transversale de l'une des ailes de la structure de la figure 10; la figure 12 est une coupe transversale prise généralement selon la ligne XII-XII de la figure 11; la figure 13 est une vue en perspective de dessus et une extrémité d'une sixième réalisation de la structure de poutre en arc de la présente invention; la figure 14 est une coupe transversale prise généralement selon la ligne XIV-XIV de la figure 13; et la figure 15 est une coupe transversale prise généralement selon la ligne XV-XV de la figure 14. On se reporte maintenant aux figures 1 à 3 du dessin, sur lequel on voit la structure de poutre en arc de la présente invention repérée dans son ensemble en 1, cette structure étant prévue pour être utilisée avec un ponceau conventionnel du type comportant un conduit 2 Dans la première réalisa- tion de l'invention, le conduit 2 est elliptique, comportant une partie supérieure 3, des côtés 4 et un fond 5 Le conduit 2 est en métal ondulé. Dans la réalisation de la structure représentée sur les figures 1 à 3, la portion de la poutre en arc est définie par deux ailes 6 et 7, qui s'étendent de l'extérieur depuis les côtés 4 du conduit pour transférer la charge du matériau de remblai et les autres charges imposées, telles qu Til peut en exister dans la zone de la jonction entre la partie supérieure 3 et les côtés 4 du conduit, et qui proviennent principalement du cintrage de la voûte ou partie supérieure 3. Les ailes 6 et 7 sont également formées en métal ondulé Le bord intérieur 8 de chaque aile 6 et 7 est coudé pour se conformer au contour du conduit 2 Ce bord intérieur de chaque aile 6 et 7 est fixé au conduit par une multiplicité de boulons 9 et 10 (figure 3). Dans une deuxième réalisation de l'invention (figures 4 et ), le conduit est défini par une gouttière en forme géné- rale de U, qui forme le fond 12 et les côtés 13 du conduit, et par un panneau supérieur 14 Le panneau supérieur 14 est convexe vers le haut et est raccordé aux côtés 13 du con- duit par des bandes de liaison 15 (figure 5) dont la section transversale a la forme d'un L Chaquebande 15 est raccordée à une paroi latérale 13 et à la paroi supérieure 14 par des boulons 17 et des écrous 18 Une aile 20 s'étend vers l'exté- rieur depuis chaque côté du conduit au niveau de la jonction entre la paroi latérale 13 et le panneau supérieur 14 Les ailes 20 sont raccordées aux bandes 15 par des boulons 21 et des écrous 22 Les ailes 20 sont en fait des prolongements du panneau supérieur 14 et ont la même courbure que ce pan- neau 14 Qn notera que les ailes 20 réalisent la même fonc- tion que les ailes horizontales 6 et 7 de la structure des figures 1 à 3. La structure des figures 6 et 7 est quelque peu similaire à celle des figures 4 et 5, sauf que le conduit est un corps de forme générale elliptique comportant une paroi intérieure et des parois monoblocs, latérales 26 et supérieure 27 respectivement Un panneau séparé 28 recouvre la paroi supérieure 27 et les ailes 29 s'étendent vers l'extérieur depuis chaque côté du panneau 28 Comme on le voit sur la figure 7, le panneau 28 et les ailes 29 sont raccordées à la paroi supérieure 27 par des boulons 31 et des écrous 32 de sorte que les crêtes 33 du métal ondulé formant le con- duit sont en face des creux 34 du panneau 28 et des ailes 29. En se reportant aux figures 8 et 9, on voit une quatrième réalisation de l'invention dans laquelle on utilise un con- duit cylindrique 36 Une multiplicité de panneaux incurvés 37 s'étendent en travers de la partie supérieure 38 au ni- veau de la jonction entre cette partie supérieure 38 et les côtés 39 du conduit 36 Les panneaux 37 sont espacés le long de la longueur du conduit 36 Deux ailes 40, qui sont d'une seule pièce avec chaque panneau 37, s'étendent horizontalement vers l'extérieur depuis le conduit 36 Bien que les ailes 40 puissent être utilisées seules, on peut prévoir une bande longitudinale 41 de métal ondulé La bande 41 s'étend horizontalement entre des ailes adjacentes 40 pour mieux répartir les réactions dues aux terres de rem- blai et aux autres charges appliquées dans la zone de ces ailes en augmentant la résistance par frottement o c'est nécessaire La bande 41 est raccordée aux ailes 40 par des boulons 42 et des écrous 43 (figure 9). La cinquième réalisation de l'invention représentée sur les figures 10 à 12 comporte un conduit elliptique 45 et deux ailes en béton armé 46 Les extrémités des tôles de métal ondulé définissant le conduit 45 sont dans cet exem- ple reliées entre elles par des boulons 47 et des écrous 48. Les boulons 47 s'étendent vers l'extérieur depuis le con- duit 45 dans les ailes 46 pour raccorder les ailes au con- duit Si nécessaire, certains des boulons 47 sont coudés de façon que tous les boulons soient complètement noyés dans les ailes 46 Les ailes 46 peuvent s'effiler vers l'ex- térieur, avec des surfaces supérieures inclinées 48 et des surfaces inférieures horizontales 49, ou leurs surfaces, supérieure et inférieure, peuvent être planes, ou les deux surfaces peuvent être inclinées Les ailes 46 sont renfor- cées par une multiplicité de barres d'acier 50. Les figures 13 à 15 montrent une sixième réalisation de l'invention, fondamentalement similaire à celle de la figure 6, et prévue pour être utilisée avec un conduit de forme générale elliptique 60 Le conduit 60 est défini par des parois monoblocs inférieure 61, latérales 62 et supérieure 63 Un panneau incurvé séparé 65 recouvre la paroi supérieu- re 63, avec des ailes 66 s'étendant vers l'extérieur depuis chacun de ses côtés. Une deuxième aile, repérée dans son ensemble en 68, est pré- vue au-delà de l'extrémité libre extérieure 69 de chaque aile 66 Les ailes 68 sont généralement perpenci ulaires aux extrémités extérieures des ailes 66 Chaque aile 68 est définie par deux panneaux rectangulaires de métal ondulé , qui sont reliés entre eux le long de leur longueur par des boulons et des écrous 72 Les panneaux 70 sont raccordés ensemble de manière que (figure 15) les crêtes d'un panneau soient en vis-à-vis des creux de l'autre panneau. Les ailes 68 sont raccordées aux ailes 66 par des contre- fiches 73 et de petits panneaux rectangulaires en métal ondulé 74 Les contre-fiches 73, qui sont des éléments tubulaires rectangulaires, sont soudées aux panneaux 74 et les panneaux 74 sont reliés aux ailes 66 par des boulons 76 et des écrous 77 Une traverse creuse de section rectan- gulaire 79 est prévue sur l'extrémité extérieure de chaque- contre-fiche 73 pour relier celle-ci à l'aile 68 Les tra- verses 79 sont reliées aux ailes 68 par des boulons 80 et des écrous 81. On notera que, bien qu'une telle structure ne soit pas aussi pratique que le dispositif décrit ci-dessus, la deu- xième aile 68 pourrait être raccordée directement à l'extré- mité libre extérieure de l'aile 66 sans écartement entre elles. En service, la structure des figures 13 à 15 est mise en place et du remblai est disposé àutour des ailes 68. L'espace prévu entre les extrémités extérieures des ailes 66 et les ailes 68 facilite ce remblai Une partie des charges réactives de la voûte, c'est-à-dire les charges sur le panneau 65, est transférée aux ailes 68 Etant verticale- ment contraintes par le remblai t les ailes 68 servent à limiter le mouvement vertical des contre-fiches 73 et, par conséquent, maintiennent des conditions de charges pratique- ment axiales dans les ailes et les contre-fiches Le terme "charge axiale" signifie ici charge dans la direction des axes longitudinaux des contre-fiches 73 Les ailes 68 ser- vent également à répartir les charges de résistance des contre-fiches régulièrement sur la partie supérieure de la structure de poutre en arc, réduisant ainsi la possibilité de flexion de la voûte Cette réalisation de l'invention est utile dans les cas dans lesquels la zone disponible pour mettre en place une structure permanente est limitée, dans lesquels les charges de voûte et les forces de poussée correspondantes sur les ailes sont exceptionnellement impor- tantes et doivent être transférées au remblai sur une courte distance de la structure, dans lesquels les charges doivent être transférées à une zone spécifique du rembla ou lorsque la quantité de remblai doit être maintenue minimale. En général, il est préférable d'assembler la structure de poutre en arc sur place, c'est-à-dire à l'emplacement o la structure doit être utilisée Le conduit est installé et du remblai est placé autour ducconduit jusqu'au niveau des ailes Les ailes sont alors reliées au conduit sur le remblai, qui peut être laissé non tassé jusqu'à une faible profondeur en dessous du niveau des ailes de façon que celles- ci puissent S ' enfoncer dans le remblai Le matériau sous les ailes est alors vibré ou tassé pour faci- liter le positionnement des ailes dans le matériau de remblai granulaire Finalement, du matériau de rem- blai est déposé sur la structure du ponceau de la manière classique. Les structures de poutres en arc décrites ici peuvent être utilisées dans la réalisation de nouveaux ponceaux ou pour renforcer des structures existantes. Revendications. 1 Structure de poutre en arc utilisée dans un ponceau du type comportant un conduit allongé ayant des surfaces supé- rieure ( 3), inférieure ( 5) et latérales ( 4), caractérisée en ce qu'elle comporte des ailes 16, 7) s'étendant vers l'extérieur sur une distance notable depuis chaque côté ( 4) du conduit au niveau de la jonction entre la surface supé- rieure et une surface latérale pour répartir les forces dirigées vers le bas agissant sur le ponceau en service, et des moyens de fixation pour relier ces ailes aux surfaces latérales du conduit. 2 Structure de poutre en a Zc selon la revendication 1, caractérisée en ce que le conduit est elliptique en section transversale et que chaque aile comporte une bande de métal ondulé reliée au conduit et s'étendant horizontalement vers l'extérieur depuis celui-ci en service. 3 Structure de poutre en arc selon la revendication 1, caractérisé een ce qu'elle comporte un élément en forme générale d'U définissant la paroi inférieure ( 12) et les parois latérales ( 13) de ce conduit, et un panneau convexe vers le haut ( 14) définissant la partie supérieure de ce conduit, chaque aile ( 20) étant reliée à un côté et à la partie supérieure de ce conduit. 4 Structure de poutre en arc selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte une bande de liaison allongée ( 15) en forme générale de L pour relier entre eux la partie supérieure et le côté du conduit et les ailes. Structure de poutre en arc selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un panneau incurvé ( 28) s'étend en travers de la surface supérieure ( 27) du conduit, les ailes ( 29) s'étendant vers l'extérieur depuis un bord latéral de ce panneau. il 6 Structure de poutre en arc selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte une multiplicité de panneaux incurvés espacés ( 37) s'étendant en travers de la surface supérieure du conduit, chaque aile ( 40) étant reliée à un bord latéral de ce panneau. 7 Structure de poutre en arc selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'une bande de renforcement allongée ( 41) s'étend entre les ailes de cette multiplicité dlailes et les relie entre elles à une certaine distance du conduit. 8 Structure de poutre en arc selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque aile est définie par une bande allongée de béton armé ( 46) s'étendant pratiquement horizon- talement vers l'extérieur au-delà du côté du conduit. 9 Structure de poutre en arc utilisée dans un-ponceau du type comportant un conduit allongé ayant des surfaces supérieure,inférieure et latérales, caractérisée en ce qu'elle comporte des premiers moyens d'ailes s'étendant vers l'extérieur sur une distance notable depuis chaque côté du conduit au niveau de la jonction entre la surface supérieure et une surface latérale pour répartir les forces dirigées vers le bas et agissant sur le ponceau en service, des moyens de fixation reliant cette aile à la surface latérale du conduit, des deuxièmes moyens d'ailes raccordés à l'extrémité libre extérieure des premiers moyens d'ailes, ces deuxièmes moyens d'ailes étant pratiquement perpendi- culaires aux premiers moyens d'ailes pour s'opposer aux forces agissant sur la partie supérieure du ponceau en service. Structure de poutre en arc selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de contre- fiches ( 73) reliant les deuxièmes moyens d'ailes ( 68) aux premiers moyens d'ailes ( 66), d'o il résulte que les deuxiè- mes moyens d'ailes sont espacés des premiers moyens d'ailes pour faciliter le remblai autour du ponceau.