Brevet FR2660353A1 — publié le 19911004

Procédés et boucliers parasismiques. DESCRIPTION La présente invention a pour objet des procédés et des boucliers parasismiques destinés à protéger des ouvrages de génie-civil tels que des habitations, des installations industrielles, des ponts, des barrages etc contre les effets destructeurs des tremblements de terre. Il est connu que le comportement d'une onde sismique dépend beaucoup de la nature des sites dans lesquels elle se propage notamment des propriétés mécaniques de ceux-ci. On sait que les détériorations des ouvrages de génie-civil sont provoquées généralement par les cisaillements horizontaux dûs à l'onde de surface connue sous le nom d'onde de Rayleigh, dont les effets peuvent se traduire par des tassements ou des liquéfactions du sol. Les études qui ont pu être faites sur les effets de nombreux séismes, confirment que les propriétés mécaniques de la couche superficielle du sol, c'est-à-dire de la couche qui s'étend jusqu'à environ 30 m de profondeur, peuvent entraîner des modifications importantes des effets liés à la propagation en surface de l'onde sismique, bien que l'origine de celle-ci prenne naissance souvent à grande profondeur. L'objectif de la présente invention est de procurer des moyens disposés autour des ouvrages de génie-civil, pour modifier localement l'effet de site et atténuer l'onde de surface afin de protéger ces ouvrages des effets destructeurs des tremblements de terre. L'objectif de l'invention est atteint au moyen d'un procédé suivant lequel on implante dans le sol, autour d'un ouvrage à protéger des tremblements de terre, des îlots ponctuels ayant des propriétés mécaniques différentes de celles du sol afin d'atténuer les ondes sismiques de surface. Les îlots peuvent avoir une raideur supérieure ou inférieure à celle du sol. Avantageusement, on implante dans le sol autour de l'ouvrage à protéger à la fois des massifs ayant une raideur supérieure à celle du sol et des îlots ayant une cohésion inférieure à celle du sol. Selon un mode de réalisation préférentiel, chaque îlot ponctuel comporte un massif de sol, comprimé entre un ancrage qui est enfoncé dans le sol à une profondeur comprise entre 5 m et 30 m et une semelle qui est posée sur le sol et qui est reliée audit ancrage par un moyen de liaison mis en tension. Selon une variante, un bouclier parasismique selon l'invention comporte des forages ou des puits verticaux ayant une hauteur comprise entre 5 m et 30 m et un diamètre compris entre 30 cm et 1 m, qui contiennent un tubage en un matériau élastomère ou viscoélastique rempli d'un matériau granuleux ou pulvérulent. Selon une autre variante, un bouclier parasismique selon l'invention comporte des forages ou des puits verticaux qui sont remplis de pneumatiques empilés eux-mêmes remplis d'un matériau granuleux ou pulvérulent. L'invention a pour résultat des boucliers antisismiques qui permettent d'atténuer les ondes de surface produites par un tremblement de terre. Les discontinuités des propriétés mécaniques du sol dues aux massifs comprimés ou aux îlots remplis de matériaux granuleux ou pulvérulents qui sont disséminés autour de l'ouvrage à protéger ont pour effet de modifier et altérer la propagation des ondes de surface qui peuvent être suffisamment atténuées pour que les ouvrages puissent résister au séisme. La structure discontinue des boucliers selon l'invention qui sont composés de massifs ou d'îlots ponctuels permet d'obtenir une protection efficace d'un ouvrage pour une dépense relativement faible. Des massifs de sol comprimé obtenus en comprimant une colonne de sol entre un ancrage enfoncé dans le sol et une dalle posée sur le sol et reliée à l'ancrage par un câble ou par une tige mise en tension, ont été décrits dans une demande de brevet antérieur FR A 2 622 909 qui décrivait leur utilisation pour constituer les fondations d'un ouvrage. Les procédés selon la présente demande constituent une application nouvelle de ces massifs de sol comprimé qui ne découle pas avec évidence des enseignements de la demande antérieure. Ces massifs de sol comprimé sont relativement peu onéreux à construire dans des terrains meublés ou relativement consolidés, dans lesquels le moyen d'ancrage est enfoncé par battage. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent sans aucun caractère limitatif des exemples de réalisation de boucliers antisismiques selon l'invention. La figure 1 est une vue générale en plan d'un mode de réalisation d'un bouclier parasismique protégeant un ouvrage de génie- civil. La figure 2 est une coupe verticale d'un massif de sol comprimé. La figure 3 est une coupe verticale d'un îlot comportant un massif comprimé placé entre deux parois moulées. La figure 4 est une coupe verticale d'une portion de bouclier comportant un bloc de béton placé entre deux massifs comprimés. La figure 5 est une coupe verticale d'une portion de bouclier comportant un massif comprimé et un puits verticale rempli de roches ou de blocs empilés. La figure 6 est une coupe verticale partielle d'un mode de réalisation d'un bouclier selon l'invention. La figure 7 est une coupe verticale partielle d'un autre mode de réalisation d'un bouclier selon l'invention. La figure 8 est une coupe verticale partielle d'un autre mode de réalisation d'un bouclier selon l'invention. La figure 1 représente un périmètre 1 entourant les fondations d'un ouvrage de génie-civil qui peut être par exemple un immeuble ou un groupe d'immeubles, une installation industrielle sensible par exemple une usine électronucléaire, un pont etc La plus grande largeur de l'ouvrage est égale à B. L'ouvrage est posé sur des fondations ancrées dans le sol pour résister aux charges de l'ouvrage. Le sol peut être de n'importe quelle nature. Un dispositif parasismique selon l'invention est constitué par un bouclier disposé autour des fondations de l'ouvrage, lequel bouclier est constitué d'îlots ou de massifs 2 qui forment un nuage de points répartis autour de l'ouvrage Chacun des points 2 comporte des moyens qui seront décrits ci-après et qui modifient localement les propriétés mécaniques du sol et qui créent des îlots ou des massifs ponctuels ayant des propriétés mécaniques différentes de celles du sol dans lequel ils sont incorporés. Les îlots ou massifs ponctuels 2 peuvent comporter des moyens qui créent une zone localisée ayant une raideur supérieure à celle du sol Ils peuvent également comporter des moyens qui créent une zone localisée ayant une cohésion inférieure à celle du sol. Selon un mode de réalisation préférentiel, on dispose autour de l'ouvrage 1 à protéger à la fois des massifs ou îlots ayant une raideur supérieure à celle du sol et des massifs ou îlots ayant une cohésion inférieure à celle du sol. Les massifs ou îlots 2 peuvent être placés autour de l'ouvrage 1 suivant une disposition géométrique, par exemple sur des cercles concentriques ou en étoile ou aux sommets de polygones réguliers, en peigne, en quinconce etc Ils peuvent également être disposés aléatoirement. La profondeur de chaque îlot ou massif, varie aléatoirement entre 5 m et 30 m, c'est-à-dire que les hauteurs des îlots ou massifs composant un même bouclier s'échelonnent entre 5 m et 30 m. L'espacement entre deux massifs ou îlots voisins est compris entre 3 fois et 5 fois la plus grande largeur de chaque îlot ou massif. Les îlots ou massifs 2 modifient les propriétés mécaniques de la couche superficielle dans laquelle se propagent les ondes de surface consécutives à un tremblement de terre et cette modification entraîne une modification de l'effet de site, c'est-à-dire du comportement mécanique du site sur lequel un ouvrage de génie-civil est bâti A la condition que le nombre d'îlots soit suffisant et qu'ils soient répartis judicieusement autour de l'ouvrage, ils forment un bouclier qui atténue les amplitudes et les accélérations dues aux ondes de surface et qui réduit ou supprime les effets destructeurs de celles- ci. Les îlots ou massifs 2 sont discontinus, c'est-à-dire que chacun occupe une petite surface et est séparé des îlots voisins ce qui les différencie d'obstacles linéaires comme par exemple des murs. La figure 2 est une coupe verticale schématique d'un premier mode de réalisation d'un massif précontraint ayant une raideur supérieure à celle du sol. Ce massif est construit selon le procédé décrit dans la publication FR A 2 622 909 (Technologies Spéciales Ingénierie T S I) et nous ne le décrirons pas en détail Nous rappellerons seulement qu'un tel massif comporte un moyen d'ancrage 3 qui est enfoncé dans le sol, une semelle 4 qui est posée sur le sol et un moyen de liaison 5. par exemple un câble ou une tige d'acier, qui relie le moyen d'ancrage à la semelle et qui est précontraint en tension de sorte que la tranche de sol comprise entre la semelle 4 et le moyen d'ancrage 3 se trouve comprimée et présente donc une raideur supérieure à celle du sol environnant. Les lignes en tirets 6 représentées sur les figures 2 à 5 représentent schématiquement le contour des zones comprimées. Si L est la plus grande dimension de la semelle, la zone comprimée déborde sensiblement d'une largeur égale à L/2 tout autour de la semelle. La figure 3 est une coupe verticale schématique d'une variante de réalisation d'un massif précontraint Les éléments homologues sont représentés sur les figures 2 et 3 par les mêmes repères. Le mode de réalisation selon la figure 3 comporte, en outre, deux parois moulées 7 disposées de part et d'autre de l'ancrage Par exemple les parois 7 sont des parois en béton qui est coulé dans des tranchées creusées dans le sol. On peut également construire des massifs localisés ayant une raideur supérieure à celle du sol environnant en compactant le sol entre deux parois moulées. La figure 4 représente un autre mode de réalisation de massifs localisés ayant une raideur supérieure à celle du sol environnant. Selon ce mode de réalisation on dispose dans le sol entre deux massifs précontraints 5, 6, 7 un bloc de béton 8 qui est coulé dans le sol. La figure 5 représente un autre mode de réalisation d'un îlot ayant des propriétés mécaniques différentes de celles du sol Cet îlot comporte un massif précontraint 3, 4 5 analogue à celui de la figure 2 Il comporte en outre un bloc de roches empilées 9 qui est placé au- delà de la zone comprimée Le bloc 9 est réalisé en creusant dans le sol une tranchée ou des puits que l'on remplit ensuite de blocs de rocher que l'on tasse afin d'augmenter leur cohésion. Les modes de réalisation représentés sur les figures 2 à 5 permettent de créer dans le sol des îlots localisés ayant une raideur supérieure à celle du sol environnant. Les moyens d'ancrage 3 sont placés à une profondeur qui varie aléatoirement entre 5 m et 30 m. L'écartement entre les massifs composant un même bouclier est de l'ordre de 3 à 5 fois la plus grande largeur L de la semelle 4. Les parois moulées 7, associées à un massif précontraint ont une hauteur égale ou inférieure à la hauteur de ce massif. La figure 6 représente un autre mode de réalisation d'îlots ayant des propriétés mécaniques différentes de celles du sol. On retrouve sur cette figure deux massifs précontraints 3, 4, 5 identiques au massif représenté sur la figure 2. La figure 6 représente en outre un îlot 10 qui comporte un forage vertical ayant un diamètre compris entre 30 cm et lm et une profondeur comprise entre 5 m et 30 m. Ce forage comporte un tubage 11 en un matériau élastomère ou viscoélastique qui est rempli d'un matériau 12 granulaire ou pulvérulent ou fragmentaire ayant des propriétés mécaniques très différentes de celles du sol Par exemple, dans des terrains consolidés ou argileux, le matériau 12 est du sable ou du gravillon ou des microbilles de verre On obtient ainsi un îlot 10 à fort indice de vide qui est composé de grains sans cohésion entre eux. La figure 7 représente un autre mode de réalisation d'îlots ayant des propriétés mécaniques différentes de celles du sol. La figure 7 représente deux massifs précontraints 3, 4, 5 identiques aux massifs de la figure 2. Elle représente en outre un îlot 13 qui est constitué par un puits creusé verticalement dans le sol Ce puits est d'un diamètre supérieur au diamètre d'un pneumatique Il est rempli de pneumatiques usagés 14 qui sont empilés les uns sur les autres. Ces pneumatiques délimitent un canal axial qui est rempli d'un matériau granuleux ou pulvérulent 15 par exemple de grains d'argile expansée, de microbilles de verre, de sable ou de gravillons lesquels fluent à l'intérieur des pneumatiques. La figure 8 est une coupe verticale schématique d'une partie d'un bouclier parasismique selon l'invention. Celui-ci comporte dans le plan de coupe ou à proximité de celui- ci, quatre massifs précontraints 3, 4, 5 identiques au massif représente sur la figure 2 Avantageusement, les hauteurs de ces massifs et les hauteurs H 1, H 2 des zones comprimées varient d'un massif à l'autre. La compression du sol a pour effet que les massifs ont une raideur ou rigidité supérieure à celle du sol. Le bouclier comporte en outre dans le plan de coupe un îlot 16 qui est identique à l'îlot 10 de la figure 6 ou à l'îlot 7 de la figure 7 Cet îlot comporte un forage ou puits vertical rempli d'un matériau pulvérulent ou granuleux c'est-à-dire d'un matériau divisé dont les grains ont peu de cohérence entre eux. L'îlot 16 a une raideur ou rigidité inférieure à celle du sol. Les figures 6, 7 et 8 représentent des modes de réalisation préférentiels de boucliers parasismiques selon l'invention qui comportent à la fois des massifs localisés précontraints 3, 4, 5 ou des massifs équivalents compactés ou coulés en béton qui ont une raideur supérieure à celle du sol et des îlots 10, 13, 16 qui sont des puits ou des forages verticaux remplis d'un matériau lâche à fort indice de vide composé de grains sans cohésion entre eux lesquels îlots ont une raideur inférieure à celle du sol. L'étendue d'un bouclier parasismique selon l'invention dépend essentiellement du type d'ouvrage à protéger et de la nature du sol sur lequel cet ouvrage est bâti Un rapport doit être respecté entre la plus grande largeur B de l'emprise de l'ouvrage et la profondeur maxima de l'ancrage 3 des massifs précontraints ou des puits ou forages En général les profondeurs des ancrages ou des puits ou forages sont égales à B, B/2, B/4 et B/8. Les dimensions du bouclier dépendent des dimensions de l'ouvrage. Le bouclier déborde de chaque côté de l'ouvrage d'une largeur au moins égale à la plus grande largeur B de l'ouvrage. Les ancrages et les puits peuvent être réalisés indifféremment soit autour de l'ouvrage selon une implantation dite en étoile et réparti sur des circonférences sensiblement concentriques ou être alignés suivants plusieurs rangées dans une disposition dite en peigne et en amont de l'ouvrage par rapport à la direction présumée de l'onde sismique. REVENDICATIONS 1 Procédé parasismique pour protéger un ouvrage de génie civil ( 1) des effets destructeurs des tremblements de terre, caractérisé en ce que l'on implante dans le sol autour dudit ouvrage des îlots ponctuels ( 2) ayant des propriétés mécaniques différentes de celles du sol afin d'atténuer les ondes sismiques de surface. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits îlots ( 2) ont une raideur supérieure ou inférieure à celle du sol. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on implante dans le sol, autour dudit ouvrage, à la fois des massifs ayant une raideur supérieure à celle du sol et des îlots ayant une composition lâche dont les propriétés mécaniques sont nettement inférieures à celles du sol. 4 Bouclier parasismique pour protéger un ouvrage ( 1) des effets destructeurs des tremblements de terre, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'îlots ponctuels ( 2) qui sont implantés dans le sol autour dudit ouvrage et qui ont des propriétés mécaniques différentes de celles du sol. 5 Bouclier parasismique selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque îlot ponctuel comporte un massif de sol comprimé entre un ancrage ( 3) qui est enfoncé dans le sol à une profondeur comprise entre 5 m et 30 m et une semelle ( 4) qui est posée sur le sol et qui est reliée audit ancrage par un moyen de liaison ( 5) mis en tension. 6 Bouclier selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits îlots ponctuels comportent en outre des parois moulées ( 7) enfoncées dans le sol de part et d'autre desdits massifs comprimés. 7 Bouclier selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des blocs de béton ( 8) incorporés dans le sol entre lesdits massifs comprimés. 8 Bouclier selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des blocs de roche ( 9) empilées dans des puits qui sont déposés entre ledits massifs comprimés. 9 Bouclier selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des forages ou des puits verticaux ( 10) ayant une hauteur comprise entre 5 m et 30 m et un diamètre compris entre 30 m et 1 m et qui contiennent un tubage ( 11) en matériau élastomère ou viscoélastique rempli d'un matériau granuleux ou pulvérulent. Bouclier selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des forages ou des puits verticaux ( 13) qui sont remplis de pneumatiques empilés ( 14) et d'un matériau ( 15) granuleux ou pulvérulent. 11 Bouclier selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que lesdits îlots ponctuels ( 2) composant un bouclier ont des hauteurs qui s'échelonnent entre 5 m et 30 m environ. 12 Bouclier selon la revendication 5, caractérisé en ce que les espacements entre lesdits massifs comprimés sont compris entre trois fois et cinq fois la plus grande largeur desdites semelles ( 4).