Brevet FR2656350A1 — publié le 19910628

i "Viaduc pour voie de chemin de fer" L'invention se rapporte à un viaduc pour voie de chemin de fer permettant la circulation en aérien de véhicules roulant sur deux rails; elle concerne plus particulièrement une nouvelle architecture d'un tel viaduc, s'insérant particulièrement bien en site urbain. Jusqu'à présent, les transports sur rails se sont essentiellement développés avec des trains de véhicules lourds Pour ce qui concerne les trajets urbains, les transports de ce genre se sont surtout développés au sol (tramways) et en souterrain (métropolitain) Les tronçons de métro aérien construits jusqu'ici comportent une infrastructure très massive qui ne s'intègre généralement pas de façon heureuse dans le paysage urbain L'exploitation de ces lignes aériennes est souvent bruyante et mal supportée par les riverains. Depuis quelques années, sont apparus des sytèmes de transport sur rails utilisant des véhicules de plus petite capacité, d'utilisation plus souple et peu bruyants Ces systèmes très performants peuvent contribuer à changer la physionomie des transports publics dans les villes mais il apparaît que, pour des raisons économiques, leur développement est directement lié à une exploitation sur une infrastructure aérienne Or, jusqu'à présent, les réalisations de ce type font appel à un viaduc de conception classique et par conséquent d'aspect général massif s'intégrant difficilement dans le paysage urbain En outre, le prix de revient d'un tel viaduc est élevé, et peut représenter plus de la moitié du coût total d'une nouvelle ligne de transport Plus précisément, dans un tel viaduc de conception classique, les rails reposent sur un tablier comprenant un assemblage de traverses et de poutres et le tablier est lui- même porté par des piliers Le tablier doit être conçu pour supporter le poids de la voie ferrée et des véhicules. L'invention propose principalement une nouvelle structure de tablier permettant d'alléger considérablement la masse de l'ensemble du viaduc. Plus précisément, l'invention concerne donc un viaduc pour voie de chemin de fer, pour véhicule roulant sur deux rails, comportant un tablier maintenu au-dessus du sol par des piliers ou structures analogues, caractérisé en ce que lesdits rails font partie intégrante dudit tablier. On peut ainsi envisager un viaduc dont le tablier est essentiellement réalisé par assemblage d'éléments métalliques directement liés aux rails Ainsi, les rails ne sont plus seulement destinés à supporter localement le poids des trains et à les guider, mais ils constituent aussi des éléments importants du tablier lui-même, connectés au reste de l'infrastructure pour absorber certaines contraintes et notamment des efforts de compression longitudinale engendrés par le passage d'un véhicule ou train de véhicules En effet, dans une structure de tablier métallique, les éléments qui travaillent en compression (et qui risquent donc d'être détériorés par flambage) doivent avoir des sections beaucoup plus importantes que ceux qui travaillent essentiellement en traction Or, la section normale d'un rail peut être suffisante pour résister convenablement aux efforts de compression longitudinale qui prennent naissance au passage d'un train Autrement dit, une caractéristique remarquable de l'invention consiste à agencer le tablier pour que les efforts de compression longitudinale définis ci-dessus soient essentiellement supportés par les rails eux-mêmes De cette façon, le reste de l'infrastructure peut être constitué d'éléments de relativement faible section et particulièrement ceux qui ne travaillent qu'en traction Ces derniers peuvent alors être de simples tirants ou cables de quelques centimètres de diamètre De ce fait, l'ensemble du tablier se trouve considérablement allégé puisque essentiellement constitué de l'assemblage des rails, de traverses et de tirants ou câbles Il acquiert donc une sorte de "transparence" qui facilite beaucoup son insertion dans un paysage urbain pour un coût beaucoup plus faible que celui d'une solution classique. On distingue essentiellement deux sortes de viaducs répondant à la définition de l'invention énoncée ci-dessus: les viaducs "sous-tendus" dans lesquels les rails sont montés à la partie supérieure d'une poutre en treillis et o les éléments inférieurs de cette poutre sont constitués principalement par des tirants agencés pour travailler en traction et les viaducs "suspendus" o les rails sont portés par des traverses, ces dernières étant elles-mêmes rattachées par des câbles ou tirants à des points d'ancrage supérieurs, appartenant par exemple aux piliers. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de plusieurs modes de réalisation de viaducs conformes à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique en élévation d'une partie de viaduc conforme à l'invention; la figure 2 est une vue en perspective d'un tronçon autoporteur du tablier de ce viaduc; les figures 3 à 6 sont des vues de détails de l'assemblage de différents éléments du tronçon de tablier de la figure 2; la figure 7 est une vue schématique en élévation d'une partie d'un autre type de viaduc conforme à l'invention; et la figure 8 est une vue de dessus du viaduc de la figure 7. En se reportant plus particulièrement aux figures 1 et 2, on a représenté un viaduc 11 portant deux voies de chemin de fer 12, 13 à deux rails chacune De ce fait, le viaduc comprend quatre rails 14, parallèles Il est constitué de tronçons métalliques 16 définissant une structure ajourée en treillis, portés entre des piliers 18 ou supports analogues. Dans l'exemple, chaque tronçon forme une sorte de poutre individualisée qui peut être préfabriquée et dont les extrémités reposent sur des piliers On peut envisager de souder les rails bout-à-bout une fois les tronçons posés en laissant subsister à des emplacements convenables les espaces de dilatation nécessaire, spécialement lorsque les tronçons sont disposés en ligne droite On peut aussi envisager une construction sur place des différents tronçons, auquel cas les rails peuvent être plus longs que la distance entre les piliers L'ensemble des tronçons métalliques 16 forme le tablier du viaduc et, conformément au principe de l'invention, les rails 14 font partie intégrante de ce tablier Chaque tronçon métallique 16 forme ici une sorte de poutre métallique en treillis, autoportante, et les rails occupent la partie supérieure de cette poutre Ils sont donc naturellement placés pour supporter l'essentiel des efforts de compression longitudinale engendrés dans la poutre au passage des véhicules Ces rails ainsi intégrés au tablier sont sous-tendus par des tirants 20 constituant, en association avec des éléments formant traverse 22, ici triangulaires et des traverses 26 (aux extrémités de chaque tronçon) un réseau triangulé, entièrement métallique, par lequel les rails sont sous-tendus Plus précisément, chaque élément triangulaire formant traverse 22 est monté verticalement sous les rails Il comporte un segment horizontal supérieur 22 a, constituant la traverse proprement dite et s'étendant perpendiculairement aux rails et deux segments latéraux inclinés 22 b, formant un V Les rails sont fixés au segment horizontal supérieur 22 a Au passage d'un véhicule, le segment 22 a subit essentiellement des contraintes de flexion tandis que les segments 22 b subissent des contraintes de compression Ils sont donc dimensionnés pour résister à ces types d'efforts, c'est-à-dire notamment pour éviter le flambage Les traverses 26, aux extrémités de chaque tronçon 16 sont sensiblement identiques aux segments 22 a et sont fixées aux rails de la même façon Les éléments 22 et les traverses 26 sont régulièrement espacés les uns des autres Les tirants 20 sont, quant à eux, de section notablement plus faible car ils sont montés pour neêtre pratiquement soumis qu'à des efforts de traction Selon l'exemple non limitatif représenté, la triangulation est réalisée en montant un tel tirant entre l'extrémité inférieure 25 de chaque élément 22 et les extrémités des traverses 26 et/ou des éléments 22, voisins De cette façon, ladite poutre est uniquement constituée de mailles triangulaires rigides et indéformables Comme mentionné ci- dessus, certains au moins des tirants peuvent être remplacés par des câbles. Les figures 3 à 6 montrent plusieurs montages possibles pour assembler des éléments 22 et les différents tirants 20 qui y sont rattachés Sur les figures 3 à 5, l'assemblage convient pour l'extrémité inférieure 25 a d'un élément 22 situé entre deux autres éléments 22 Un tel montage peut comporter, par exemple, des plaques 28 fixées au voisinage de ladite extrémité inférieure 25 a et les extrémités des tirants 20 correspondants sont fixées, de préférence soudées, auxdites plaques Dans les exemples des figures 3 et 5, les segments 22 b de l'élément 22 ont une section carrée et les plaques 28 sont avantageusement soudées sur les faces extérieures de ces segments, près de l'extrémité 25 a Pour l'assemblage d'un tirant et de la plaque, on peut pratiquer une fente longitudinale à l'extrémité du tirant, engager cette extrémité fendue sur la plaque et souder On peut au contraire pratiquer la fente dans la plaque, y placer l'extrémité du tirant et souder On peut aussi monter une sorte de pièce de raccordement 32, ici en forme de chape, à l'extrémité du tirant (voir figure 5) engager celle-ci sur la plaque et la fixer dans cette position, soit par boulonnage, soit par soudure L'extrémité du tirant 20 peut avantageusement être munie d'une partie filetée 33 tandis que la pièce de raccordement 32 comporte un trou taraudé La pièce de raccordement 32 forme ainsi une sorte d'écrou et ce montage permet d'ajuster sur place la longueur utile du tirant. S'agissant du montage des tirants reliés à l'extrémité inférieure 25 a d'un élément 22 situé entre deux autres éléments 22, il existe deux tirants horizontaux inférieurs (repérés 20 a, 20 b sur les dessins) qui relient les extrémités inférieures de ces trois éléments 22 Comme le montrent les figures 3 à 5, ces tirants horizontaux alignés peuvent être d'un seul tenant, la barre métallique cylindrique définissant l'ensemble desdits tirants étant fixée, par exemple soudée aux extrémités inférieures des éléments 22 Bien entendu, le même montage peut s'appliquer pour un nombre quelconque de tirants horizontaux inférieurs reliant plus de trois éléments 22 successifs. Sur la figure 4, le montage des tirants 20 inclinés ne fait plus appel à une plaque 28 Ainsi, les deux tirants 20 inclinés reliant respectivement une même extrémité inférieure d'un élément formant traverse à une extrémité supérieure (au niveau de la voie) d'un élément 22 voisin ou à une extrémité d'une traverse 26 voisine, sont d'un seul tenant formant un coude 34 au voisinage de ladite extrémité inférieure Une fixation, comme de préférence une soudure, est réalisée entre ces deux tirants 20 et l'élément 22, au niveau dudit coude. Pour ce faire, une pièce d'appui 35 est fixée, de préférence soudée, à la paroi latérale externe de chaque segment 22 b. Cette pièce comporte avantageusement un bord courbe correspondant à la courbure de la barre métallique constituant les tirants Cette dernière est coudée au niveau de la pièce d'appui et soudée contre ledit bord courbe Le même montage est bien entendu possible pour ce qui concerne l'extrémité inférieure d'un élément 22 situé entre un élément 22 semblable et une traverse d'extrémité 26. De même, il est clair que le mnme montage peut être appliqué pour les tirants rejoignant une même extrémité supérieure d'un élément 22 Autrement dit, deux tirants inclinés reliant respectivement une même extrémité supérieure d'un élément 22 à une extrémité inférieure d'un élément 22 voisin peuvent être d'un seul tenant formant un coude au voisinage de ladite extrémité supérieure, c'est-à-dire au niveau de la voie La fixation est de préférence réalisée par soudure au niveau du coude de la barre métallique, avantageusement contre le bord courbe d'une pièce d'appui analogue à la pièce 35 En utilisant le même montage successivement aux extrémités inférieures et supérieures des éléments formant traverses, on peut réaliser l'ensemble des tirants inclinés d'un même tronçon formant poutre à partir de seulement quatre barres métalliques de longueur convenable, quel que soit le nombre d'éléments 22 entrant dans la constitution de la poutre. La figure 6 représente encore un autre type de raccordement des tirants inclinés à une extrémité supérieure (située au niveau de la voie) d'un élément 22 Cette fixation fait appel à des plaques 38 jouant le même rôle que les plaques 28, c'est-à-dire assurant la fixation soudée de l'extrémité d'un tirant incliné correspondant Chaque plaque 38 est fixée, de préférence soudée, à un segment 22 b sur une face de celui-ci perpendiculaire à la voie de chemin de fer. La plaque 38 est aussi de préférence soudée sous le rail 14 extérieur voisin La position exacte de la plaque par rapport au segment 22 b peut varier transversalement de quelques centimètres, d'un élément 22 à l'autre, pour permettre le croisement sans contrainte et de préférence sans contact des tirants inclinés 20. Pour la réalisation de tronçons métalliques 16 courbes, il suffit de prévoir des rails 14 cintrés, avec la courbure choisie et des tirants 20 de longueurs différentes et adaptées de part et d'autre dudit tronçon. Les figures 7 et 8 montrent une variante de l'application du principe de l'invention à une structure de viaduc o les rails 14 sont suspendus Dans ce mode de réalisation, le tablier est essentiellement constitué par les rails 14 eux-ménies et des traverses 40 régulièrement espacées le long de la voie et fixées auxdits rails Les traverses sont elles-mêmes raccordées, par leurs extrémités, à des tirants 42, cables ou analogues, reliés à des points d'ancrage 43 supérieurs au tablier Dans l'exemple représenté, ces points d'ancrage 43 sont constitués par les sommets des piliers 45 ou structures analogues Chaque pilier est ici constitué par deux paires de montants inclinés s'étendant de part et d'autre de la voie et se rejoignant pour définir les points d'ancrage supérieurs Comme dans le mode de réalisation précédent, les rails 14 intégrés à la structure du tablier, sont montés pour absorber les efforts de compression longitudinale dûs au passage des véhicules tandis que les tirants 42 travaillent en traction. Bien entendu, de nombreuses variantes et adaptations sont possibles Pour les poutres en treillis décrites ci- dessus, l'agencement des profilés peut être tel que ceux-ci ne travaillent pas exclusivement en traction On peut aussi combiner des sections "sous-tendues" et des sections "suspendues" alternant le long de la ligne On peut encore envisager que des tronçons sous-tendus soient intégrés à une structure suspendue, ce qui est intéressant pour de longues portées entre piliers avec un nombre réduit de tirants ou câbles montés selon la configuration de la figure 7 Enfin, le tablier peut avantageusement comporter une passerelle longitudinale pour l'entretien et éventuellement l'évacuation des passagers Pour un tablier portant deux voies de circulation, cette passerelle pourra avantageusement être au centre, entre les deux voies. REVENDICATIONS 1 Viaduc pour voie de chemin de fer, pour véhicule roulant sur deux rails, comportant un tablier maintenu au- dessus du sol par des piliers ( 18, 451 ou structures analogues, caractérisé en ce que lesdits rails ( 14) précités eux-mêmes. 3 Viaduc selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins une partie dudit tablier est constituée de tronçons de structure métallique ajourée. 4 Viaduc selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un tel tronçon forme une poutre dont lesdits rails tirants ( 20) et/ou câbles d'un réseau triangulé. Viaduc selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit tronçon comporte au moins un élément formant traverse ( 22), de préférence triangulaire, fixé verticalement sous les rails, en ce que l'extrémité inférieure de cet élément est reliée aux extrémités de traverses ( 26) et/ou éléments formant traverse ( 22), voisins, par des tirants ( 20) ou câbles travaillant essentiellement en traction. 6 Viaduc selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un tel élément formant traverse est muni d'au moins une plaque ( 28, 38) fixée au voisinage de l'une de ses extrémités et en ce qu'au moins une extrémité d'un tel tirant ( 201 est fixée à ladite plaque. 7 Viaduc selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que deux tirants inclinés reliant respectivement une même extrémité inférieure d'un élément formant traverse au voisinage de ladite extrémité inférieure, une fixation, de préférence une soudure, étant réalisée entre ces tirants et l'élément, au niveau dudit coude. 8 Viaduc selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'au moins deux tirants inclinés reliant respectivement une même extrémité supérieure d'un élément formant traverse à une extrémité inférieure d'un élément formant traverse voisin sont d'un seul tenant formant un coude au voisinage de ladite extrémité supérieure, une fixation, de préférence une soudure, étant réalisée entre ces tirants et ledit élément formant traverse, au niveau dudit coude. 9 Viaduc selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que des tirants horizontaux inférieurs ( 20 a, 20 b) reliant les extrémités d'au moins trois éléments formant traverse ( 22) voisins sont d'un seul tenant. Viaduc selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que certains des tirants au moins ont une extrémité filetée ( 33) sur laquelle est vissée une pièce de raccordement ( 32) formant écrou, elle-même fixée à l'élément formant traverse ou à la traverse correspondante. 11 Viaduc selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie dudit tablier est simplement constituée par les rails ( 14) et des traverses ( 40) fixées auxdits rails et en ce que lesdites traverses sont elles-mêmes raccordées par leurs extrémités à des tirants ( 42), câbles ou analogues reliés à des points d'ancrage ( 43) supérieurs audit tablier, sur lesdits piliers ou structures analogues. 12 Viaduc selon l'une des revendications 3 à 11 caractérisé en ce qu'au moins une partie dudit tablier est constituée de tronçons d'une structure métallique ajourée précités raccordés à des tirants, câbles ou analogues reliés à des points d'ancrage supérieurs audit tablier.