Brevet FR2714681A1 — publié le 19950707

Elément d'écran de protection acoustique en béton de fibres métalliques et utilisation de tels éléments le long d'un pont de chemin de fer. La présente invention concerne un élément d'écran de protection acoustique destiné notamment à être utilisé le long d'une voie de circulation pour véhicules, par exemple le long des bords de routes, autoroutes ou chemins de fer. Afin de réduire les nuisances sonores provoquées par la circulation des véhicules, il est nécessaire dans certains endroits de prévoir des écrans de protection acoustique (appelés également écrans phoniques) le long d'une voie de circulation. Tel est le cas par exemple lorsque la voie de circulation passe à proximité des habitations. Les écrans phoniques actuellement utilisés sont réalisés en béton armé, c'est-à-dire du béton renforcé par des armatures internes en barres métalliques assemblées. Les écrans phoniques utilisés le long des voies ferrées ou chemins de fer sont généralement du type réfléchissant et présentent une épaisseur minimum variant de 12 à 15 cm pour répondre aux exigences techniques concernant l'enrobage des armatures métalliques de renforcement par du béton. Or, la demanderesse a constaté que du point de vue de protection acoustique une épaisseur de 3 cm de béton était suffisante pour de tels écrans phoniques. I1 en résulte que les écrans actuels en béton armé sont surdimensionnés en épaisseur. Ce surdimensionnement implique des problèmes de poids et de l'encombrement de l'installation et aussi des coûts élevés de fabrication et de mise en place des écrans phoniques. Dans le cas d'utilisation des écrans phoniques sur les ponts de chemins de fer par exemple, le surdimensionnement des écrans phoniques actuels constitue une charge supplémentaire importante que le pont doit supporter, et crée, du fait de leur positionnement sur les encorbellements du pont, un moment fléchissant important en bout de console du pont. La présente invention a pour objet un élément d'écran de protection acoustique du type précité avec une structure économique, simple à mettre en oeuvre et de dimensionnement et de poids réduits tout en présentant des caractéristiques de résistance mécanique comparables aux écrans phoniques existants. Les écrans phoniques de l'invention sont destinés notamment à être utilisés le long d'une voie de circulation de véhicules, que ce soit le long d'une route pour automobiles ou d'un chemin de fer pour trains. Selon l'invention, chaque élément d'écrans de protection acoustique est réalisé en une seule pièce de béton renforcé de fibres métalliques comportant une plaque rectangulaire inclinée d'épaisseur entre 3 et 10 cm, un ou plusieurs raidisseurs sensiblement verticaux pour supporter l'une des faces de la plaque rectangulaire, et un raidisseur horizontal supportant l'extrémité inférieure des raidisseurs verticaux et servant d'embase pour la mise en place de l'élément en utilisation. De préférence, le dosage des fibres métalliques dans le béton représente entre 30 et 35 kg/m3. Ces fibres métalliques peuvent avoir une forme ondulée ou en crochets de façon que leur adhérence avec le béton puisse profiter au mieux de leurs caractéristiques mécaniques. En effet, le renforcement du béton par des fibres métalliques améliore sensiblement notamment la résistance à la traction par flexion du béton, les fibres métalliques permettant de compenser par leur résistance mécanique les microfissures du béton ayant subi des contraintes de traction. Ce qui augmente non seulement la résistance à la rupture mais également la ductibilité, c'est-à-dire la capacité de déformation plastique, de l'élément phonique. De préférence les fibres métalliques présentent une résistance à la traction et un module élastique élevés, un allongement à la rupture suffisamment grand, une adhérence maximale avec la matrice de béton ainsi qu'une compatibilité chimique avec le béton. Les fils d'acier galvanisés semblent satisfaire à ces conditions. La granulométrie du béton doit être étroitement liée au type de fibres métalliques employé. De préférence, les granulats du béton présentent des dimensions telles que les fibres métalliques de renforcement puissent les encadrer. On peut par exemple choisir des fibres métalliques de renforcement de longueur inférieure ou égale à 60 mm avec un béton dont la granulométrie est inférieure ou égale à 20 mm de diamètre. Les fibres métalliques peuvent présenter une section circulaire, rectangulaire ou carrée avec un diamètre inférieur ou égal à 20 mm. Le dosage des fibres métalliques dans le béton doit non seulement tenir compte des caractéristiques mécaniques de l'élément d'écran phonique mais également de la faisabilité lors de la réalisation des écrans - la composition du béton, - le dosage en eau, - la compacité et la maniabilité de la matrice de béton, et - la dispersion uniforme des fibres dans le béton. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'une console de pont de chemin de fer équipée d'un écran de protection acoustique, les figure 2a et 2b représentent une vue en coupe selon II-II d'un élément d'écran phonique selon l'invention représenté sur la figure 3, et la figure 3 est une vue en perspective d'un élément d'écran phonique selon l'invention. Sur la figure 1 est représenté schématiquement la moitié de la section droite d'un pont de chemin de fer équipé d'un écran de protection acoustique 1. Le tablier ou console 2 du pont support deux voies ferrées (dont l'une est représentée sur la figure 1) posées sur le ballast 3. La voie ferrée représentée est schématisée par des traverses 4 et deux rails parallèles 5 sur lesquels circulent des trains non représentés. Sur les bords longitudinaux de la console 2 du pont sont fixés les écrans 1 de protection acoustique s'étendant vers le haut de façon légèrement inclinée vers les voies ferrées en vue de confiner dans un espace réduit juste au-dessus de la console du tablier 2, par réflexion essentiellement, les bruits provoqués par le passage des trains. Les écrans phoniques 1 doivent présenter des caractéristiques mécaniques suffisantes et durables dans le temps, car ils sont sollicités par les effets du vent et du souffle provoqué lors du passage des trains. Les écrans phoniques doivent être stables afin de satisfaire aux conditions de sécurité du personnel pour l'entretien des installations ferroviaires, doivent résister aux chocs provoqués par des projections du ballast le long de la voie ferrée lors du passage des trains, surtout des trains à grande vitesse, doivent présenter une bonne tenue au vieillissement et enfin doivent être résistants au gel et à la corrosion. L'emplacement des écrans phoniques 1 sur les encorbellements du pont provoque par son propre poids un moment réfléchissant en bout de console 2. L'allègement de ces écrans phoniques réduit ce moment fléchissant et renforce la tenue mécanique du pont, ce qui se traduit par une sécurité améliorée. Les figures 2 et 3 montrent un élément d'écran phonique 10 selon l'invention, réalisé en une seule pièce à partir d'un béton renforcé de fibres métalliques 15. Chaque élément d'écran phonique présente une plaque rectangulaire 11 inclinée par rapport à la verticale avec une épaisseur comprise entre 3 à 10 cm, deux raidisseurs 12 sensiblement verticaux pour supporter l'une des faces de la plaque rectangulaire 11 inclinée, et un raidisseur horizontal 13 supportant l'extrémité inférieure des raidisseurs verticaux 12 et servant d'embase pour la mise en place de l'élément phonique 10 chaque raidisseur peut comporter une cage métallique intérieure formée de quatre bancs longitudinales et des cadres intermédiaires. La mise en place de l'élément 10 notamment sur la console 2 du pont (figure 1) peut être réalisée par des boulons non représentés traversant des perforations 14 du raidisseur horizontal 13. La mise en place de l'élément 10 peut également être effectuée par collage de l'embase 13 sur un support au moyen d'un ciment de composition spéciale. L'inclinaison de la plaque rectangulaire 1 1 dépend des conditions d'utilisation de l'élément phonique 10. Généralement, cette inclinaison par rapport à la verticale est comprise entre 5 à 10 . L'élément phonique 10 peut présenter un revêtement absorbant sur l'une des faces de la plaque rectangulaire 1 1 afin d'obtenir un amortissement sonore supplémentaire par rapport à la réflexion. Dans le cas d'utilisation des éléments 10 pour réaliser un écran phonique le long des voies ferrées, on pourrait estimer que les effets du vent et du souffle lors du passage des trains représentent une charge réparties sur la plaque rectangulaire 1 1 égale à 200 kg/m2. La masse volumique de l'élément est de préférence de l'ordre de 2400 kg/m3. On peut réaliser un élément phonique 10 présentant des caractéristiques mécaniques suffisantes à l'aide de la composition suivante: - ciment (CPA 55): 300 kg - sable et agrégats (15% fines et diamètre intérieur à 2,5 mm): 700 kg - gravillons (de diamètre compris entre 3 et 7 mm) : 325 kg - graviers (de diamètre compris entre 7 et 15 mm): 820 kg - rapport en poids eau/ciment: supérieur à 0,5 - adjuvant: fluidifiant 3 kg/m3 - dosage en fibres métalliques: 30 à 35 kg/m3 - longueur des fibres métalliques: 60 mm - diamètre des fibres métalliques : 0,8 mm On obtient à l'aide de la composition précédente une contrainte admissible à la rupture en traction par flexion de l'élément phonique égale à 5 MPa, ce qui est largement suffisant pour l'utilisation des éléments phoniques en bordure des chemins de fer. D'une manière générale, les éléments phoniques 10 sont préfabriqués avec une hauteur comprise entre 2 et 4 mètres et une largeur d'environ 2 mètres afin de faciliter leur transport et installation. Une étude réalisée par la demanderesse a montré que par rapport à la solution classique d'écran phonique en béton armé, l'invention permet de réaliser des éléments phoniques présentant, pour des caractéristiques mécaniques comparables, une économie de 40 à 50% en poids et une économie de 50 à 60% sur le prix de fabrication. Le faible poids et le faible encombrement de chaque élément phonique facilitent sa mise en place et impliquent un gain de temps pour l'installation de ces éléments. REVENDICATIONS 1. Elément d'écran de protection acoustique destiné notamment à être utilisé le long d'une voie de circulation de véhicules, caractérisé en ce qu'il est réalisé en une seule pièce de béton renforcé de fibres métalliques (15) et présente une plaque rectangulaire inclinée (11) d'épaisseur comprise entre 3 à 10 cm, un ou plusieurs raidisseurs (12) sensiblement verticaux pour supporter l'une des faces de la plaque rectangulaire, et un raidisseur horizontal (13) supportant l'extrémité inférieure des raidisseurs verticaux et servant d'embase pour la mise en place de l'élément (10). 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dosage en fibres métalliques (15) dans le béton est compris entre 30 et 35 kg/m3. 3. Elément selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les fibres métalliques (15) présentent une longueur inférieure ou égale à 60 mm et un diamètre de section droite inférieur ou égal à 20 mm, et sont réalisées sous forme de crochets ou sous forme ondulée. 4. Elément selon la revendication 3, caractérisé en ce que les fibres métalliques sont des fils d'acier galvanisés. 5. Elément selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison de la plaque rectangulaire (11) par rapport à la verticale est comprise entre 5 et 100. 6. Elément selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un revêtement de matériau absorbant à l'une des faces de la plaque rectangulaire (11). 7. Elément selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque raidisseur (12; 13) comporte une cage métallique intérieure formée de quatre barres longitudinales et des cadres intermédiaires. 8. Utilisation des éléments selon l'une des revendications précédentes pour la réalisation d'un écran de protection acoustique (1) le long des voies ferrées. 9. Utilisation des éléments selon l'une des revendications 1 à 7 pour la réalisation d'un écran de protection acoustique sur les côtés longitudinaux d'un pont.