Brevet FR2741643A1 — publié le 19970530

L'invention concerne le domaine technique des travaux publics au sens général et elle vise, plus particulièrement, le domaine du renforcement ou de la consolidation de remblais, de sols, de fondations ou, d'une manière générale, d'ouvrages. I1 est connu, dans le domaine ci-dessus, de renforcer, au moyen de pieux, des terrains ne présentant pas une résistance suffisante pour les charges qu'ils doivent supporter. Ces pieux peuvent être, soit préfabriqués en divers matériaux, tels qu'en bois, métal ou béton armé, pour être enfoncés verticalement dans le sol, soit être réalisés en béton moulé in situ. Généralement, de tels pieux sont implantés de façon à venir en appui sur un sol dur situé en profondeur. I1 existe aussi des pieux, dits flottants, dont la pointe ne s'appuie pas sur un sol dur et dont l'équilibre vertical est uniquement assuré par frottement latéral avec le sol. Un tel procédé de renforcement donne, généralement, satisfaction pour la consolidation des sols ou des terrains pouvant être qualifiés de naturels. ll apparaît, toutefois, qu'une telle technique s'avère inadaptée au renforcement d'ouvrages pouvant être qualifiés d'artificiels, tels que des remblais, des levées de terres ou analogues. En effet, dans ce type d'applications, les pieux ne sont pas à même d'assurer une fonction efficace de renforcement des ouvrages. De plus, les pieux peuvent être implantés uniquement selon une direction verticale et leur technique d'implantation est susceptible de détériorer l'ouvrage artificiel à consolider. I1 est connu, par ailleurs, dans le domaine du terrassement, de constituer des remblais armés en utilisant des poutres dites "Peller". Ces poutres, de forme parallélépipédique et réalisées en béton armé, sont pourvues, à leurs extrémités, d'encoches permettant de les imbriquer les unes dans les autres pour former une structure auto-stable. Cette structure, édifiée à proximité d'une face de parement du remblai à consolider, est ensuite remplie d'un matériau granuleux et assure ainsi la stabilité dudit remblai. Ce procédé de renforcement donne pleine satisfaction pour ce type d'application. Toutefois, il convient uniquement pour le renfort latéral des remblais et ne permet pas d'améliorer notablement les caractéristiques géomécaniques du centre du remblai. De plus, les poutres employées par ce procédé ne sont utilisables qu'en association avec d'autres poutres du même type. En effet, la structure de ces poutres est telle que chacune, prise individuellement, ne présente pas de propriété convenant à la consolidation de massifs de matériaux granuleux. I1 apparaît donc que le procédé ci-dessus présente un champ d'application limité au terrassement et des propriétés de renforcement s'avérant inadaptées à la consolidation d'ouvrages de différents types. L'analyse de l'art antérieur conduit donc à constater qu'il apparaît le besoin de disposer d'une technique permettant de renforcer différents types d'ouvrages, au sens général, artificiels ou naturels, tels que des remblais, des sols, des chaussées, des fondations ou analogues, et offrant une capacité de consolidation ou de renforcement optimisée quel que soit le type d'application ou d'ouvrage. Un but de l'invention est de proposer un nouveau procédé de renforcement d'ouvrages de divers types qui obvient les inconvénients susmentionnés et qui offre de réelles possibilités d'amélioration des caractéristiques structurelles des ouvrages renforcés. Afin d'atteindre ces objectifs, un objet de l'invention est un procédé de renforcement consistant à placeur, dans un ouvrage ou analogue, des éléments allongés préfabriqués de renfort inclus, au moins partiellement, dans un matériau de remplissage constitutif, en partie au moins, de l'ouvrage. Selon l'invention, ce procédé de renforcement consiste - à utiliser, en tant qu'éléments allongés préfabriqués de renfort, des éléments de renfort comportant chacun une surface longitudinale présentant au moins une conformation locale définissant une aire de butée, - à placer des éléments de renfort dans l'ouvrage à renforcer, - et à recouvrir par le matériau de remplissage, au moins les conformations locales des éléments, sur lesquelles se développent des efforts de butée lors de l'application de sollicitations entre, relativement, un élément et le matériau de remplissage, selon une direction sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de l'élément de renfort. Un autre but de l'invention est de proposer un nouvel élément long de renfort structurel contribuant à l'efficacité du procédé de renforcement selon l'invention. Pour atteindre ce but, un autre objet de l'invention est un élément allongé de renfort préfabriqué comportant une surface longitudinale présentant au moins une conformation locale définissant au moins une aire de butée dont la normale n'est pas perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'élément. L'objet de l'invention est donc de proposer des éléments de renfort présentant des conformations locales destinées à être recouvertes par un matériau de remplissage et sur lesquelles se développent des efforts de butée. Un autre objet de l'invention est d'offrir un moyen simple et peu onéreux de réaliser de tels éléments de renfort. A cet égard, le déposant a eu le mérite de constater que, dans le domaine des travaux publics, et plus particulièrement dans le domaine de la Voirie et des Réseaux Divers, il se pose un problème d'élimination des supports en béton, du type poteaux de support de lignes électriques aériennes, déposés à la suite de la rénovation ou de l'enfouissement des réseaux de distribution de l'électricité. En effet, il est connu de concasser ces poteaux, le plus souvent réalisés en béton armé, pour produire un granulat de béton et récupérer l'acier constituant l'armature des poteaux. Toutefois, ce mode de recyclage, particulièrement onéreux tant en main d'oeuvre qu'en énergie, présente une charge financière importante pour les professionnels assurant la dépose des poteaux rebutés. Un autre but de l'invention est de proposer un nouveau mode de recyclage des supports en béton, du type poteau de supports de lignes électriques, conduisant à éviter la destruction de ces derniers et permettant de réduire la dépense entraînée par leur élimination. Afin d'atteindre cet objectif, un autre objet de l'invention est d'utiliser, en tant qu'élément de renfort, des supports en béton du type poteau de support de ligne électrique aérienne. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue en perspective d'une forme de réalisation préférée d'un élément de renfort selon l'invention. La fig. 2 est une coupe, prise par analogie au plan II-II de la fig. 1, de l'élément de renfort inclus dans un massif de matériau de remplissage. La fig. 3 est une coupe, analogue à la fig. 2, prise selon le plan m-m de la fig. 1. Les fig. 4 à 7 montrent différents exemples d'application du procédé de renforcement selon l'invention. Les fig. 8 à 11 présentent, en perspective, différentes formes de réalisation de l'élément de renfort. Le procédé de renforcement selon l'invention permet de consolider différents types de structures en y incluant un ou, de préférence, plusieurs éléments allongés préfabriqués de renfort. La fig. 1 montre une forme préférée de réalisation d'un élément allongé de renfort préfabriqué 1, destiné à être mis en oeuvre conformément au procédé objet de l'invention. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, un tel élément long ou allongé préfabriqué de renfort 1 comporte une surface longitudinale 2 présentant au moins une conformation locale 3 définissant une aire de butée dont la fonction sera mieux comprise dans la suite de la description. Selon l'exemple de la fig. 1, l'élément de renfort 1 présente, de manière préférée mais non nécessaire, une forme tronc-pyramidale à base rectangulaire. Les dimensions de la section droite transversale de l'élément de renfort 1 diminuent, pour cet exemple, le long de l'axe x-x' et d'une extrémité à l'autre de l'élément 1, d'environ 2 %. La surface longitudinale 2 de l'élément 1 est définie par quatre faces de forme trapézoïdale, à savoir deux petites faces 4 et deux grandes faces 5 symétriques deux à deux. Les deux petites faces 4 sont sans aspérités, tandis que les deux grandes faces 5, symétriques et opposées, possèdent chacune une série de conformations locales 3 définissant chacune une alvéole de forme sensiblement parallélépipédique. Les alvéoles 3 sont orientées parallèlement à l'axe x-x' de l'élément 1, de sorte que chacune d'entre elles possède deux facettes latérales 6 sensiblement perpendiculaires à l'axe x-x' et deux facettes longitudinales 7 sensiblement parallèles à l'axe x-x'. Enfin, l'élément de renfort 1 est réalisé, de préférence, en béton armé et possède une armature constituée par des barres d'acier 8 disposées longitudinalement, comme l'illustre, en section droite transversale, la fig. 2. L'élément 1 est obtenu par moulage, de sorte que les facettes 6 et 7 des alvéoles 3 présentent un angle de dépouille. Afin de tirer le meilleur parti possible des caractéristiques structurelles de l'élément 1, le procédé de renfort conforme à l'invention prévoit de mettre en place cet élément 1 dans un ouvrage O à consolider, de façon à l'inclure, au moins partiellement, dans un massif formé par un matériau de remplissage 9, tel que l'illustrent de manière schématique les fig. 2 et 3. Le matériau de remplissage 9 est de nature non cohérente et, de préférence, constitué par un matériau granuleux ou pulvérulent, du type gravier, sable, grave, ciment ou analogue. Ce matériau 9, recouvrant l'élément 1, vient remplir le volume définit par les conformations locales 3 qui offrent alors une surface de frottement optimisée, entre l'élément de renfort 1 et le matériau 9. Dans cette configuration, lorsque l'élément de renfort 1 et/ou le matériau 9 sont soumis à des sollicitations parallèles à l'axe x-x', il se développe, sur des aires de butée définies par les conformations 3 et matérialisées dans cet exemple par les facettes latérales 6, des efforts de butée évitant des déplacements relatifs importants. Cet effet de blocage contribue, de façon importante, à la stabilité relative du massif de matériau de remplissage 9 et à celle de l'élément de renfort dans le massif.Dans cet exemple, il est à noter que la normale de l'aire de butée 6 est sensiblement parallèle à l'axe x-x' de l'élément 1. Toutefois, il doit être considéré que l'effet de blocage intervient dès lors que l'aire de butée 6 possède une normale qui n'est pas perpendiculaire à l'axe longitudinal x-x' de l'élément 1. Dans l'exemple illustré aux fig. 1 à 3, le même effet de blocage apparaît pour des sollicitations orthogonales à l'axe x-x', en raison de la forme alvéolaire des conformations locales 3. En effet, ces alvéoles 3 présentent des facettes longitudinales 7 formant des aires de butée pour de telles sollicitations parallèles à un axe x-x' et aux grandes faces 5. Enfin, les alvéoles 3 permettent un enserrement du matériau de remplissage 9 accentuant les frottements entre l'élément de renfort 1 et ledit matériau 9. I1 apparaît que l'élément de renfort 1 selon l'invention présente une structure permettant d'augmenter avantageusement les forces de frottement résultant d'efforts axiaux par rapport à un élément, possédant une section nominale équivalente et une surface longitudinale sans aspérités, utilisé dans les mêmes conditions. Les caractéristiques générales de l'élément de renfort 1 le rendent particulièrement adapté pour le renforcement de tout ouvrage constitué, en partie au moins, de matériaux non cohérents. La fig. 4 montre, en perspective partiellement arrachée, un premier exemple de mise en oeuvre du procédé de renforcement, pour la consolidation et la stabilisation d'un ouvrage O constitutif d'un remblai ou massif d'enrochement. L'élévation du remblai, conformément au procédé de renforcement, consiste tout d'abord à placer dans le remblai O, à proximité d'une face de parement 15 de ce dernier, un lit 16 continu d'élément de renfort 1 juxtaposés sans être liés les uns aux autres. Le lit 16 est constitué d'éléments de renfort 1 disposés en plan, à distance les uns des autres ou de manière jointive. De plus, le lit 16 intéresse tout ou partie de la largeur du remblai en mettant en oeuvre une ou plusieurs rangées de lits d'éléments 1. Ce lit 16 est ensuite recouvert d'une couche 17 d'un matériau de remplissage 9, de type gravier, grave de concassage ou analogue. Ces deux opérations sont répétées sur toute la hauteur du remblai pour lui conférer, au voisinage de sa face de parement 15, une structure formée d'une alternance de couches 17 de matériau de remplissage 9 et de lits 16 d'éléments de renfort 1.La couche supérieure du remblai est alors constituée du matériau de remplissage 9. La mise en oeuvre des éléments de renfort 1 permet, par l'effet de blocage relatif développé par les aires de butée 6 sur le matériau 9, d'éviter, avantageusement, tout effondrement latéral à partir de la face de parement 15 et d'augmenter la résistance aux efforts verticaux du remblai O ainsi armé. Pour améliorer les qualités géomécaniques d'un tel remblai, il est possible de procéder à un compactage de chaque couche 17 du matériau de remplissage 9, avant la formation du lit 16 supérieur. La fig. 5 illustre, en coupe, un deuxième exemple d'application du procédé, au renforcement d'un ouvrage O, tel qu'une levée de terre verticalisée formant un merlon de protection contre des nuisances du type bruit ou chute de blocs de pierre 18. Les éléments de renfort 1 sont inclus dans la structure du merlon en effectuant des opérations analogues à celles décrites précédemment. Selon cet exemple, les éléments de renfort 1 sont implantés perpendiculairement à une face de parement amont 19 orientée vers la source de nuisance. Dans le cas d'un merlon antichute de pierres, la face de parement amont 19 est disposée de façon à être perpendiculaire à la trajectoire d'impact F1 des blocs de pierre 18.Ainsi, les efforts d'impact sont appliqués selon l'axe x-x' sur les éléments de renfort 1 qui, compte tenu de leur structure, amortissent fortement les impacts. En effet, les séries de conformations locales 3 définissant les aires de butée 6, sont à l'origine d'un effet de blocage important des éléments 1 dans le matériau de remplissage 9 lors de sollicitations axiales desdits éléments 1. I1 apparaît que cette disposition constructive permet d'améliorer les qualités d'amortissement mécanique des chutes de pierres et de préservation ou protection de l'intégralité d'un merlon O ainsi élevé, par rapport à celle d'un merlon édifié selon les techniques traditionnelles. La fig. 6 montre un troisième exemple d'ouvrage O édifié conformément au procédé de renforcement objet de l'invention. Selon cet exemple, le procédé de renforcement est appliqué à l'édification des fondations d'une chaussée O et, plus particulièrement, à l'élargissement d'une chaussée dans un massif montagneux au moyen d'une structure de type console. L'édification des fondations commence, tout d'abord, par l'implantation verticale d'éléments de renfort 1, associés de préférence par paires 20, formant ainsi des appuis espacés pour une poutre 21 de soutien aval de la chaussée. Cette poutre 21 est réalisée en béton armé coulé in situ sur les extrémités supérieures des paires 20 et vient affleurer un déblai 22 ménagé dans le massif. Un premier lit 16 d'éléments de renfort jointifs est mis en place en orientant chacun des éléments transversalement par rapport à la chaussée O et en les faisant reposer en amont sur le sol au pied du déblai et en aval sur la poutre de soutien 21. Un second lit 162, d'éléments de renfort 1, est disposé sur le premier lit 16. Les éléments 1, constitutifs de ce second lit 162, possèdent la même orientation que ceux du premier lit 16, tout en étant légèrement décalés vers l'aval, de façon à augmenter la largeur utile de la dalle ainsi formée. Les éléments 1 des deux lits 16 et 162 sont solidarisés les uns avec les autres au niveau de leur appui amont, par un massif d'ancrage 23 réalisé en béton armé. Ce massif 23 est coulé au niveau des extrémités des éléments de renfort 1.Les deux lits 16 et 162 sont immobilisés sur la poutre de soutien 21 au moyen d'une contre-plaque 24 et de tirants coopérant avec une cornière de butée 25 solidaire de ladite poutre 21. Enfin, un muret 26 en béton est coulé sur les extrémités aval des éléments 1 du second lit 162. Ce muret 26 assure, en association avec les conformations locales des éléments de renfort 1, le maintien et la retenue d'un matériau de remplissage 9 recouvrant les deux lits 16, 162 et servant de base à des matériaux formant la chaussée. Le muret 26 permet, de plus, le montage d'accessoires de sécurité, du type rail ou barrière 27, et assure une finition esthétique de la partie aval du lit supérieur 162. I1 apparaît que le procédé de renforcement selon l'invention permet, avantageusement, de réaliser un élargissement de chaussée en réduisant notablement les travaux de terrassement par rapport aux techniques traditionnelles qui font appel à des parements verticaux du type murs de soutènement. En outre, cette réduction des travaux de terrassement permet de limiter l'impact de l'élargissement de la chaussée sur l'environnement. La fig. 7 montre un autre exemple d'application du procédé conforme à l'invention, pour la consolidation d'un ouvrage O formé d'un terrain instable en pente. Selon cet exemple, les éléments de renfort 1 sont implantés verticalement, de façon à éviter un glissement d'une couche superficielle de terrain instable. En l'absence des éléments de renfort 1, la couche superficielle glisserait, tel que cela est illustré en pointillés. Selon une variante préférée du procédé, les éléments de renfort, tels qu'illustrés aux fig. 1 à 7, sont constitués par des supports alvéolés en béton, du type poteau de support de lignes électriques aériennes. Cette variante du procédé permet de recycler ce type de support en réduisant le coût d'élimination des supports déposés. La forme des éléments de renfort 1 adaptés au procédé de renforcement décrit ci-dessus n'est cependant limitée ni à l'exemple de la fig. 1, ni aux poteaux alvéolés en béton. Ainsi, la fig. 8 illustre une variante de réalisation d'un élément de renfort 1 pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Selon cette variante, l'élément de renfort est réalisé sous la forme d'un prisme à base triangulaire présentant une série d'alvéoles 3 prismatiques ménagées sur chacune des faces longitudinales de l'élément 1. Chacune des alvéoles 3 définit une aire de butée 6 formée par une facette perpendiculaire à l'axe x-x' de l'élément 1. La fig. 9 présente une variante de l'élément de renfort 1 qui diffère de la précédente en ce que le prisme possède une base carrée. De plus, l'élément de renfort 1 est réalisé, dans cet exemple, sous la forme d'une poutre creuse en béton précontraint. Ce mode de réalisation permet d'obtenir un gain de poids important par rapport à une poutre aux mêmes dimensions fabriquée en béton armé ordinaire. La fig. 10 montre un exemple de réalisation dans laquelle l'élément de renfort 1 présente une section droite transversale de forme carrée. Selon cet exemple, les conformations locales 3 de la surface longitudinale 2 sont constituées par des évidements périphériques intéressant tout ou partie du pourtour de l'élément 1. La fig. 11 montre une variante de l'élément 1 qui diffère de la précédente en ce que l'élément présente une section droite transversale circulaire, les conformations locales 3 possédant chacune la forme d'un évidement sensiblement annulaire. Dans la description qui précède, l'élément de renfort 1 est réalisé, de manière préférée, en béton armé, mais il est clair que cet élément pourrait être fabriqué en tout autre matériau approprié comme, par exemple, des matériaux synthétiques. De même, l'élément 1 présente des séries de conformations locales 3, de formes sensiblement identiques et réalisées en creux. Toutefois, l'élément 1 pourrait comporter une ou plusieurs séries de conformations locales 3 de formes différentes. Enfin, au lieu d'être réalisées en creux, les conformations locales 3 pourraient être formées par des saillies définissant des aires de butée dont la normale n'est pas perpendiculaire à l'axe x-x' de l'élément de renfort 1. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Procédé de renforcement d'un ouvrage ou analogue, constitué, en partie au moins, d'un matériau de remplissage non cohérent, consistant à placer dans l'ouvrage des éléments allongés préfabriqués de renfort inclus, au moins partiellement, dans le matériau de remplissage, caractérisé en ce qu'il consiste - à utiliser, en tant qu'éléments allongés préfabriqués de renfort, des éléments de renfort (1) comportant chacun une surface longitudinale (2) présentant au moins une conformation locale (3) définissant une aire de butée (6), - à placer des éléments de renfort dans l'ouvrage à renforcer (O), - et à recouvrir par le matériau de remplissage (9), au moins les conformations locales (3) des éléments (1), sur lesquelles se développent des efforts de butée lors de l'application de sollicitations entre, relativement, un élément (1) et le matériau de remplissage (9), selon une direction sensiblement parallèle à l'axe longitudinal (x-x') de l'élément de renfort. 2 - Procédé de renforcement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à solidariser, au moins deux à deux, les éléments de renfort (1). 3 - Procédé de renforcement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste, après avoir inclus les éléments de renfort (1), à soumettre le matériau de remplissage (9) à un compactage. 4 - Procédé de renforcement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à placer, dans l'ouvrage, plusieurs éléments de renfort disposés de manière juxtaposée, en vue de former un lit (16, 163. 5 - Procédé de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à placer des éléments de renfort (1) selon une direction perpendiculaire à une face de parement (19) de l'ouvrage (O). 6 - Procédé de renforcement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, pour le renforcement d'un ouvrage du type chaussée - à placer au moins un lit (16) d'éléments de renfort (1) reposant, à l'une de leurs extrémités, sur le sol et, à l'autre extrémité, sur une poutre de soutien (21) supportée par des éléments de renfort implantés verticalement dans le sol, - et à recouvrir le lit d'éléments de renfort d'un matériau de remplissage (9) servant de base pour la chaussée. 7 - Procédé de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser, en tant qu'élément de renfort (1), des supports en béton du type poteau de support de ligne électrique aérienne. 8 - Elément allongé de renfort préfabriqué pour la mise en oeuvre du procédé de renforcement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une surface longitudinale (2) présentant au moins une conformation locale (3) définissant au moins une aire de butée (6) dont la normale n'est pas perpendiculaire à l'axe longitudinal (x-x') de l'élément. 9 - Elément de renfort selon la revendication 8, caractérisé en ce que la surface longitudinale (2) présente au moins une série de conformations locales (3) réparties le long de l'élément. 10 - Elément de renfort selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la conformation locale (3) est réalisée sous la forme d'une alvéole. Il - Elément de renfort selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il présente une section droite transversale de forme sensiblement rectangulaire. 12 - Elément de renfort selon la revendication 11, caractérisé en ce que la surface longitudinale (2) comporte deux grandes faces symétriques (5) et opposées présentant chacune une série d'alvéoles (3) sensiblement parallélépipédiques réparties le long de l'élément. 13 - Elément de renfort selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce qu'il présente une forme générale sensiblement tronc-pyramidale. 14 - Elément de renfort selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'il est réalisé en béton armé.