Brevet FR2581677A1 — publié le 19861114

La présente invention a trait aux ouvrages de défense portuaire et plus spécialement à un dispositif d'absorption d'énergie destiné à la protection d'ouvrages d'accostage contre les effets d'abordages d'énergie anormalement élevée. Depuis les origines, l'accostage des batiments a été un des principaux problemes de génie portuaire, car il n'est pas possible à un bateau d' arriver sur l'ouvrage d'accostage avec une vitesse nulle. D'où la necessité de prévoir des ouvrages ou dispositifs d'amortissement, appelés "défenses", permettant d'absorber l'énergie de l'impact lors de l'accostage. Avec l'augmentation de la taille des navires et de leur vitesse, il a eté nécessaire de prévoir des defenses portuaires de plus en plus importantes. Un certain nombre de solutions techniques ont été proposées pour absorber l'énergie de l'impact créé par l'accostage. Un type ancien et classique d'ouvrage de défense est le "duc d'Albe", pieu ou ensemble de pieux verticaux enfoncés en avant du quai dont la flexibilite sous l'impact d'un bateau permet d'absorber l'énergie de l'accostage. La plupart des defenses modernes utilisent des systèmes d'amortisseurs comprenant des modules en matériaux élastomères de forme appropriée, l'énergie étant absorbée par déformation de ces modules. Les systemes existants, utilisant des modules elastiques, souvent très onéreux, sont dimensionnés pour les accostages normaux, c'est-àdire ceux où la vitesse du navire lors de l'impact n'excède pas 0,10 à 0,25 m/s, suivant l'importance du navire et les conditions du site. Pour un accostage trop brutal (fausse manoeuvre par exemple), il y a donc un danger d'endommagement et même de destruction pour les ouvrages tels les ducs d'Albe, gabions ou appontements. I1 est évidemment possible de prevoir des défenses utilisant des modules elastiques dimensionnés pour absorber l'énergie lors d'accostages trop rapides, mais cela présente les inconvenients suivants - I1 est difficile de fixer la limite supérieure pour l'énergie maximum que peuvent accepter les defenses. - I1 faut multiplier lesdites défenses. - L'accès au quai est gêné par des ouvrages trop importants qui éloignent le bateau de l'appontement et portent prejudice aux manoeuvres de chargement et déchargement. - Le cout {investissement et frais d'entretien) devient vite prohibitif. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif à deux actions associant des defenses connues, telles que des modules elastiques déformables, à un dispositif d'absorption de l'énergie des impacts d'accostage trop rapide n'entrant en action que lors des manoeuvres anormales. Le but de la présente invention est de réaliser des défenses portuaires susceptibles d'absorber les énergies d'accostage anormalement élevées, comprenant une caisse rigide composée d'une paroi frontale portant des dispositifs élastiques d'absorption de l'énergie des impacts d'accostage normaux, de parois latérales sensiblement perpendiculaires à la paroi frontale, d'un fond en forme de surface cylindrique de génératrice horizontale et de directrice suivant une ligne de rupture naturelle du terrain sur lequel est posée la caisse, ladite caisse, lestee d'un matériau lourd, reposant par son fond sur un massif de matériau pulvérulent et ayant son centre de gravite audessus du niveau prévu pour la transmission de I'effort d'impact. D'autres caracteristiques et avantages apparaftront au cours de la description qui va suivre et en regard des dessins annexes, sur lesquels - La Fig. 1 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, d'un premier mode de realisation du dispositif d'absorption d'énergie pour ouvrage d'accostage selon l'invention. - La Fig. 2 est une vue en coupe suivant un plan vertical médian d'un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention. - La Fig. 3 est une vue de dessus, avec arrachement partiel, du dispositif d'absorption d'énergie implante sur un duc d'Albe ou un gabion. - La Fig. 4 est une vue de côte schématique du dispositif selon l'invention qui montre les positions du point d'impact et du centre de gravité de la caisse avant le choc. - La Fig. 5 est un schema montrant la position de la caisse et le déplacement du terrain après l'impact. La Fig. 1 représente un premier mode de realisation d'un dispositif d'absorption d'energie pour les chocs d'accostage selon l'invention, ce dispositif etant place en situation le long d'un quai. Le dispositif se compose d'une caisse rigide, par exemple en béton armé, composée d'une paroi frontale verticale 1 d'épaisseur notablement plus forte que les autres parties de la caisse, de deux parois laterales 2 sensiblement perpendiculaires à la paroi frontale 1 et d'un fond 3 qui est une surface cylindrique à génératrice horizontale et dont la directrice AA' est la ligne L de rupture naturelle d'un matériau granuleux 10 constituant le massif sur lequel repose la caisse C. Des cloisons intérieures 4 disposées en croix rigidifient la caisse C et maintiennent en place le chargement de matériau lourd 11 servant à lester la caisse. Dans la Fig. 1, un des compartiments délimites par les cloisons interieures 4 a ete representé vide.La paroi frontale 1 de la caisse C porte des dispositifs de type connu d'absorption de l'énergie des impacts d'accostage normaux, qui sont ici des butoirs élastiques 5 de forme cylindrique. Les butoirs 5 sont situes dans un niveau horizontal en-dessous du centre de gravité de la caisse lestée. La caisse representee ici sans sa couverture repose sur le massif de materiau pulvérulent 10 dans un logement ménagé dans le quai comprenant lui-même un parement 20 et un niveau de circulation 12. La courbe théorique L de rupture naturelle du terrain (voir Fig. 2 et 4) est une spirale logarithmique assimilable, en première approximation, à une portion de cercle de centre convenablement placé et raccordé au parement 20 sous un angle 2 tel que et à la surface du quai 12 sous un angle y tel que &gamma; # #/4 - #/2 où f est l'angle de frottement interne du matériau pulvérulent 10. Comme represente à la Fig. 2 où les mêmes repères designent les mêmes éléments qu'à la Fig. 1, la caisse C est revêtue d'une couverture 6 qui permet la circulation sur le dessus de celle-ci. La principale difference avec la figure précédente reside dans la forme du fond 3 de la caisse. La courbe directrice L.est approchée pour des raisons de commodité de fabrication par une série de segments de droite, par exemple au nombre de trois, AoAl, A1A2 et A2A3, donnant une autre approximation de la courbe théorique qui est limitée en L' et L" par le parement 20 et le niveau de circulation 12 du quai. Ces segments donnent une approximation suffisante de la courbe théorique L'L" de rupture naturelle du matériau pulvérulent 10, en conciliant la facilité d'exécution et le bon fonctionnement du dispositif. La Fig. 3 est une vue en plan d'une réalisation d'un système d'absorption d'énergie pour les chocs d'accostage selon l'invention, plus spécialement adapté à son installation sur un gabion 30 de palplanches 21. La paroi frontale de la caisse a ici la forme d'une portion de cylindre à axe vertical la qui a sensiblement la même courbure que le parement extérieur du gabion constitué par les palplanches. Le fonctionnement du système de défense selon l'invention est décrit ci-après en faisant référence aux figures 4 et 5. La Fig. 4 schematise la position initiale de la caisse C avant l'impact qui sera appliqué suivant la flèche F sur la face frontale 1, le point d'application étant choisi de preference en-dessous du centre de gravité G de la caisse. Le schema de la composition des forces fait intervenir l'inclinaison moyenne m du fond de la caisse définie ciaprès. L'angle cl qui permet de placer la composante de la force due aux frottements de la caisse sur le matériau pulverulent 10 est l'angle de frottement interne dudit matériau pulverulent. La force resultante est la composition de la force horizontale de l'impact F et de la force due à la pesanteur M.g. La Fig. 5 montre la position de la caisse après l'impact. Le centre de gravité est passe à la position G' et s'est déplacé de la quantité M selon la verticale. L'extrémité Ao de la caisse du côté de la paroi frontale 1 est passée à la position A'o et le deplacement selon la ligne de rupture naturelle du terrain (qui coïncide sensiblement avec le fond de la caisse) estes. V est le volume de materiau pulverulent 10 déplacé par le mouvement de la caisse. Nous considerons ici l'énergie E due à un accostage trop rapide et excédant celle que les defenses classiques permettent d'absorber. Cette énergie provenant de l'énergie cinétique du bâtiment est absorbée par le dispositif de defense, selon l'invention, suivant les deux modalités suivantes 1) le travail de la force de frottement entre le sol et le fond de la caisse le long de la surface de rupture El = M.g. AS. tg ( #+&alpha;m) (1) 2) le travail des forces'due pesanteur pour la caisse de masse M E2 = M.g. AH (2) L'énergie de l'impact E est égale à E = El + E2 (3) Le système selon l'invention permet d'absorber l'énergie d'un accostage trop brutal par deux mécanismes distincts. L'énergie E2 du travail des forces de pesanteur est, dans les cas pratiques, nettement inférieure à l'énergie El du travail des forces de frottement. Suivant un exemple de réalisation, un dispositif de défense selon l'invention présente une masse de 400 t posé sur un massif de sable compacte d'angle de frottement interne f = 38 . On calcule qu'un impact d'un bâtiment de 20 000 t accostant ladite défense à- 0,50 mts provoque un deplacement de la caisse de l'ordre de bS = 0,35 m et un relèvement du centre de gravite de l'ordre de AH = 0,03 m. On deduit El = 2,5 MN.m, soit 250 t.m E2 = 0,12 MN.m, soit 12 t.m Après un impact ayant amené un deplacement de la caisse C, il faut remettre celle-ci en place en utilisant des moyens classiques extérieurs.L'effort necessaire H' sera par construction nettement plus faible que celui qui a créé le déplacement puisque son expression est H' = M.g.tg (# - &alpha;m) (4) et l'énergie à mettre en jeu pour reprendre la position initiale E' = H'. dS - M.g.H (5) Le dispositif de défense portuaire selon l'invention presente donc les avantages suivants - une bonne connaissance de la force d'impact maximale qui permet un dimensionnement optimal des structures, - une énergie d'impact absorbable très élevée due à l'addition du travail des forces de frottement entre le terrain et la caisse et du travail des forces de pesanteur, - un couplage avec des moyens de défense classique montés en serie permettant l'absorption des energies d'impacts normaux et ne faisant travailler le dispositif décrit que pour les abordages à vitesse excessive, - une remise en état facile apres déplacement ne nécessitant que des efforts réduits pour replacer la caisse et retablir le terrain pour lequel le volume déplace par le mouvement est faible, par exemple en utilisant des vérins ancrés sur le niveau de circulation ou en faisant passer des charges roulantes ou en plaçant des charges fixes sur l'extrémité soulevée de la caisse. La structure de la caisse peut être réatisée soit en béton armé précontraint ou non, soit en béton cyclopéen, soit en métal par exemple en tôles d'acier mécanosoudées, ces procédés n'etant donnés ici qu'à titre d'exemple. REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'absorption d'énergie, destine plus spécialement à la protection d'ouvrages d'accostage caractérisé en ce qu'il comprend une caisse (C) rigide lestée composée d'une paroi frontale (1), portant des moyens élastiques (5) d'absorption de l'énergie des impacts d'accostage normaux, de parois laterales (2) sensiblement perpendiculaires à la paroi frontale, d'un fond (3) en forme de surface cylindrique de génératrice horizontale et de directrice suivant une ligne de rupture naturelle du terrain sur lequel est posee la caisse, ladite caisse reposant par son fond sur un massif de materiau pulvérulent (10) et ayant son centre de gravité au-dessus du niveau prévu pour la transmission de l'effort d'impact. 2.- Dispositif d'absorption d'énergie pour ouvrage d'accostage selon la revendication 1 caractérisé en ce que la directrice de la surface cylindrique du fond de la caisse (C) est une spirale logarithmique. 3.- Dispositif d'absorption d'énergie selon la revendication 1, caractérisé en ce que la directrice de la surface cylindrique du fond de la caisse (C) est une portion de cercle. 4.- Dispositif d'absorption d'énergie suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la directrice de la surface cylindrique du fond de la caisse (C) est approchée materiellement par une série de segments de droite. 5.- Dispositif d'absorption d'énergie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est placé sur un gabion (30), la surface frontale (la) de la caisse étant une portion de cylindre d'axe vertical. 6.- Dispositif d'absorption d'energie pour ouvrage d'accostage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la caisse reposant sur le matériau pulvérulent est realisée en béton. 7.- Dispositif d'absorption d'énergie pour ouvrage d'accostage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la caisse est réalisée en métal.