Brevet FR2910029A1 — publié le 20080620

Ouvrage de protection avec un système dissipatif Domaine technique de l'invention L'invention concerne un ouvrage de protection comportant une structure de retenue en saillie du sol et un système dissipatif comportant une pluralité d'éléments déformables. 10 État de la technique L'ouvrage est destiné à être interposé entre la zone à protéger et les sources de masses mobiles. De manière non exclusive, l'invention trouvera son application dans les zones de montagnes, ainsi que dans tous les endroits 15 escarpés où le manque de place empêche la pose de protections classiques, les routes, les voies de chemin de fer et tout autre réseau exposé, mais aussi les zones d'habitations qui sont souvent menacées par des chutes de pierres, des éboulements et des glissements de terrain provenant de falaises ou de pentes surplombantes. L'invention pourra aussi servir de protection de 20 piles de pont contre des impacts de véhicules, des poteaux de support de câbles électriques ou de remontées mécaniques. Pour assurer cette protection, on utilise actuellement différents types d'ouvrages, et notamment des murs connus sous le nom de merlons, 25 réalisés par exemple à partir de gabions ou encore de remblais compactés. Ces merlons constituent une structure de retenue en saillie du sol et sont disposés entre la falaise et la zone à protéger, en définissant un fossé dans lequel s'accumulent les pierres ayant chuté de la falaise. Dans le cas de forts impacts, la face exposée des merlons peut être déformée et endommagée. 30 2910029 2 Ces ouvrages présentent le principal inconvénient de nécessiter une forte emprise au sol (espace important entre la zone à protéger et le pied de pente) pour être édifiés. Ils nécessitent également des coûts de réalisation et de maintenance très élevés. Enfin, ils présentent un vieillissement dans le 5 temps qui n'est pas satisfaisant (tassement, affaissement). D'autres ouvrages de type galerie de protection destinés à protéger des routes soumises aux chutes de blocs comportent une dalle horizontale très rigide reposant sur une structure par des appuis composés de tubes fusibles io métalliques de nature déformable. La longueur des tubes de reprise d'efforts détermine l'épaisseur de l'intervalle entre la dalle et la structure de retenu. Les tubes sont dimensionnés pour avoir un flambement contrôlé en fonction de l'énergie d'impact des masses mobiles interceptées par la dalle. De telles dalles sont très onéreuses car elles réclament un ferraillage complexe pour 15 assurer leur rigidité. De plus, la structure de retenue peut être endommagée si elle n'est pas dimensionnée de manière adaptée. Enfin, un tel ouvrage est difficilement utilisable dans une position verticale. Objet de l'invention L'invention a pour but de pallier à tous ces inconvénients en proposant un ouvrage de protection de conception simple, peu onéreux dans lequel la dissipation de l'énergie cinétique des masses mobiles interceptées est améliorée. 25 Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que le système dissipatif est disposé contre une face amont de la structure de retenue et comporte une dalle de répartition des efforts délimitant, avec le sol et la face amont de la structure de retenue, un volume partiellement rempli de grave, les éléments 30 déformables étant creux, disposés dans ledit volume et délimitant, dans ledit volume, des espaces vides et des espaces remplis de grave. 20 2910029 3 Le système dissipatif associe la dalle rigide de répartition d'efforts, laquelle permet de répartir l'effort d'impact sur toute ou partie de la longueur de l'ouvrage, à un milieu hétérogène déformable dissipatif. Dans ce milieu 5 hétérogène, la grave est un matériau très déformable disposé, grâce à un agencement adéquat des éléments déformables creux, de manière à conserver des espaces vides. La grave, lors de sa déformation imposée par la déformation des éléments déformables provoquée par le déplacement de la dalle de répartition lors d'un impact, permet une large dissipation d'énergie par friction inter-granulaire. Le système dissipatif selon l'invention permet donc un effet de dissipation augmenté. Lorsque la capacité totale de dissipation d'énergie par le système dissipatif n'est pas suffisante, l'énergie cinétique restante de la -15 masse mobile interceptée est transmise à la structure de retenue. Le système dissipatif permet, dans ce cas, de diminuer l'intensité des efforts transmis à la structure de retenue par rapport aux ouvrages de l'art antérieur. Ainsi, les risques d'endommagement de la structure de retenue sont diminués. L'endommagement du système dissipatif est accepté et il peut être 20 facilement remplacé après un impact. De plus, la répartition de l'impact par la dalle de répartition d'efforts permet de répartir l'énergie d'impact et l'effort correspondant le long de l'ouvrage pour diminuer encore les risques d'endommagement de la structure de retenue. 25 Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, 30 dans lesquels : 2910029 4 les figures 1 et 2 sont des vues en coupe transversale et de dessus d'un premier exemple de réalisation d'un ouvrage conforme à l'invention, la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un deuxième exemple de réalisation d'un ouvrage conforme à l'invention, 5 la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un troisième exemple de réalisation d'un ouvrage conforme à l'invention, la figure 5 est une vue en coupe transversale d'un quatrième exemple de réalisation d'un ouvrage conforme à l'invention. 10 Description de modes particuliers de réalisation En référence à la figure 1, un ouvrage 10 conforme à l'invention comporte une structure de retenue 11 en appui sur le sol et en saillie de celui-ci, et des moyens 12 de transmission des efforts au sol. L'ouvrage 10 est disposé dans l'exemple dans une pente 13 dans le but d'interrompre la progression libre de masses mobiles. La structure de retenue 11, qui s'étend sensiblement suivant une ligne de niveau de la pente 13, est représentée en coupe transversale suivant un plan vertical perpendiculaire à ladite ligne de niveau. Ce plan de coupe est orienté d'amont vers l'aval. Les moyens 12 de transmission des efforts au sol comportent des barres 17 enfoncées dans le sol pour s'étendre de l'aval vers l'amont et de haut en bas. Les barres 17 s'étendent donc obliquement par rapport à la droite perpendiculaire (non représentée) à la surface d'appui 18 de la structure 11 sur le sol. Les barres 17 sont rectilignes et se prolongent au-dessus du sol selon la même direction, c'est-à-dire selon la direction d'implantation dans le sol. La partie des barres 17 au-dessus du sol est intégralement noyée dans la structure 11. Les barres 17 peuvent par exemple être réalisées dans un matériau métallique ou dans un matériau composite à base de fibre de verre, de carbone ou d'aramide. 2910029 5 Les barres obliques 17 sont chacune enfoncées dans le sol jusqu'à un scellement enterré, référencé 20, formant point d'ancrage. Il est possible d'utiliser des micro-pieux, mais d'autres techniques peuvent être utilisées comme dans l'exemple de la figure 1, où le scellement s'étend sur toute la 5 longueur de la partie enfoncée dans le sol des barres obliques 17. Tout matériau de scellement adapté peut être envisagé tel que ciment, résine et/ou un matériau de protection contre la corrosion. Le nombre de barres 17 peut être variable. Ce nombre dépend de la 10 résistance globale et de la capacité de dissipation d'énergie désirées pour l'ouvrage 10, ainsi que des dimensions de l'ouvrage 10. La répartition des barres 17 au sein de la structure 11 peut être quelconque. Par ailleurs, les moyens 12 de transmission des efforts au sol peuvent comporter exclusivement, ou en combinaison avec des barres 17, des barres enfoncées 15 dans le sol pour s'étendre de l'aval vers l'amont et de bas en haut. Les figures 1 à 5 illustrent différents exemples de réalisation d'ouvrages 10 conformes à l'invention qui présentent avantageusement une face amont 15 de la structure 11 qui s'étend selon un plan sensiblement perpendiculaire à la 20 direction de progression estimée des masses mobiles. Cette disposition contribue à accroître la solidité des ouvrages 10 en garantissant une meilleure distribution des efforts dans la structure 11, et une meilleure dissipation de l'énergie apportée par la masse mobile lors de l'impact contre la face amont 15. 25 La structure 11 des figures 1 et 2 comporte une pluralité de contreforts 25, réalisés par exemple en béton. Les contreforts 25 reposent sur une semelle 26 de fondation pratiquée dans le sol pour améliorer la stabilité de la structure 11 sur la surface d'appui 18. Les contreforts 25 supportent une 30 dalle 27 en béton armé ou en matériau composite. La dalle 27 peut éventuellement être liée aux contreforts 25 par des plots amortisseurs (non 2910029 6 représentés). Chaque barre oblique 17 inclinée d'aval vers l'amont et de haut en bas, s'étend dans un contrefort 25. La structure de retenue 11 comporte donc les contreforts 25, la dalle 27 et éventuellement les plots amortisseurs. La face de la dalle 27 opposée aux contreforts 25 matérialise la face amont 5 15. Chaque contrefort 25 comporte un piétement 29 et un tronçon vertical 30 d'épaisseur réduite qui s'étend depuis l'amont du piétement 29. Cette disposition du contrefort 25 favorise la mise en place, à proximité de la 10 jonction entre le piétement 29 et le tronçon 30, de barres 17 de forte inclinaison. Parallèlement, la mise en place de barres enfoncées dans le sol pour s'étendre de l'aval vers l'amont et de bas en haut au travers de la partie aval du piétement 29 est possible dans le cas où la roche superficielle serait meuble ou friable. 15 Conformément à l'invention, l'ouvrage 10 des figures 1 et 2 comporte un système dissipatif de l'énergie cinétique des masses mobiles dont la progression libre est interrompue. Le système dissipatif est disposé contre la face amont 15 de la structure de retenue 11. Le système dissipatif comporte 20 une dalle de répartition des efforts 32 de tout type adapté et parallèle à la dalle 27. La dalle de répartition des efforts 32 est maintenue à distance de la dalle 27 par des étriers de maintien 33 agencés suivant la direction amont-aval. Les étriers de maintien 33 assurent la stabilité de la dalle de répartition d'efforts 32. Les dalles 27 et 32 délimitent, avec le sol, un volume 25 partiellement rempli de grave, c'est-à-dire un mélange, naturel ou non, de cailloux, de graviers et de sable, avec parfois des particules plus fines. Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, des pneus 31 sont empilés verticalement les uns sur les autres dans le volume. La dalle 27 et la dalle de 30 répartition des efforts 32 sont tangentes aux pneus 31 en des points diamétralement opposés. Chaque empilement de pneus 31 délimite une 2910029 7 colonne centrale creuse. Une enveloppe textile 35 extensible est disposée à l'intérieur de chaque empilement de pneus 31, c'est-à-dire dans la colonne centrale creuse, et remplie de grave. Les flancs des pneus 31 creux et l'enveloppe textile 35 délimitent, dans le volume, des espaces vides 36 de 5 forme annulaire. L'enveloppe textile 35 délimite intérieurement un espace rempli de grave 37. Le reste du volume est vide et les pneus 31 délimitent extérieurement des espaces vides 38. Les pneus 31 sont ainsi partiellement remplis de grave. 10 Le système dissipatif permet de diminuer l'intensité des efforts transmis à la structure de retenue 11 et donc aux barres obliques 17. Le système dissipatif associe la dalle rigide de répartition d'efforts 32, laquelle permet de répartir l'effort d'impact sur toute ou partie de la longueur de l'ouvrage 10, à un milieu hétérogène déformable dissipatif. Dans ce milieu hétérogène, la grave est un 15 matériau très déformable disposé, grâce aux pneus 31, de manière à conserver des espaces vides 36, 38. En d'autres termes, le système dissipatif comporte une dalle de répartition des efforts 32 délimitant, avec le sol et la face amont 15 de la structure de retenue 11, un volume partiellement rempli de grave, les éléments déformables constitués par les 20 pneus 31 étant creux, disposés dans ledit volume et délimitant, dans ledit volume, des espaces vides 36, 38 et des espaces remplis de grave 37. La grave, lors de sa déformation imposée par la déformation des pneus 31 provoquée par le déplacement de la dalle de répartition 32 lors d'un impact, 25 permet une large dissipation d'énergie par friction inter-granulaire. De plus, la répartition de l'impact par la dalle 32 permet de répartir l'effort sur plusieurs barres obliques 17 réparties le long de la ligne de niveau. L'endommagement du système dissipatif est accepté et permet un effet de dissipation important. II peut être facilement remplacé après un impact. 30 2910029 8 Lorsque la capacité totale de dissipation d'énergie par le système dissipatif n'est pas suffisante, les barres obliques 17 procurent avantageusement une dissipation étagée de l'énergie cinétique restante de la masse mobile interceptée. La structure 11 soumet la face des barres obliques 17 en regard 5 de l'amont à des efforts de traction, tandis que la face en regard de l'aval est soumise à des efforts de compression (voir flèches représentatives de ces efforts sur la figure 1). Cette interaction entre la partie des barres obliques 17 noyée dans la structure 11 et cette dernière constitue une deuxième zone de dissipation apportée par le frottement le long des barres 17. Il en est de 10 même pour la partie des barres obliques 17 enfoncée dans le sol, qui constitue une troisième zone de dissipation d'énergie : en fonctionnement, le sol soumet la face des barres obliques 17 en regard de l'amont à des efforts de traction, tandis que la face en regard de l'aval est soumise à des efforts de compression (voir flèches représentatives de ces efforts sur la figure 1). 15 La figure 1 montre les 3 zones de dissipation possibles de l'énergie dans l'exemple de cette figure : une première zone A constituée par le système dissipatif, une deuxième zone B correspondant aux frottements des barres 17 dans 20 la structure 11, une troisième zone C correspondant aux frottements des barres 17 ancrées dans le sol. Si la structure 11 de la figure 1 comportait des barres obliques enfoncées dans le sol pour s'étendre de l'amont vers l'aval et de haut en bas, le 25 fonctionnement décrit ci-dessus serait identique pour ces mêmes barres. Grâce à la disposition oblique des barres 17 le support de l'effort total transmis par la masse mobile lors de son interception par la structure 11 n'est pas perpendiculaire à l'axe des barres 17 enfoncées dans le sol. 30 L'orientation des barres permet une sollicitation en traction ou en compression. De plus, dans un référentiel lié à chaque barre 17, l'effort subi 2910029 possède une composante axiale plus importante que la composante transversale. Comme les barres 17 ont une résistance à la traction ou compression supérieure à leur résistance au cisaillement, les risques de rupture des moyens de transmission des efforts au sol sont donc diminués 5 par rapport au cas envisageable où les barres seraient perpendiculaires à la surface d'appui 18. Il est possible de prévoir de remplir totalement les pneus 31 en s'affranchissant des enveloppes textiles 35. Néanmoins, la solution décrite 10 précédemment est préférée pour augmenter la capacité de dissipation par une large déformation des pneus 31 vers les espaces vides 36. L'utilisation, décrite précédemment, de pneus 31 remplis de grave en vue de constituer un système dissipatif en amont de la structure de retenue 11 est 15 très différente d'une technique connue où des pneus totalement remplis de grave sont utilisés pour le renforcement des parements amonts des merlons. Cette technique, n'utilisant pas de dalle de répartition des efforts, permet d'obtenir des inclinaisons de parements quasiment verticales afin d'arrêter efficacement les blocs rocheux et les pneus n'apportent alors aucun effet de 20 dissipation d'énergie. Un avantage supplémentaire d'un ouvrage selon l'invention est d'avoir une emprise au sol limitée, pour une résistance donnée, et de pouvoir ainsi être réalisé dans des zones étroites. 25 Comme l'illustre la figure 3, plusieurs systèmes dissipatifs peuvent être disposés en série en amont de la structure 11. Dans ce cas, un premier système dissipatif est disposé contre la dalle 27 de la structure de retenue 11 de la manière décrite précédemment. Puis une deuxième série 30 d'empilements de pneus 31 d'un deuxième système dissipatif est disposée contre la dalle de répartition des efforts 32 du premier système dissipatif. 2910029 10 Puis une dalle de répartition d'efforts 32 du deuxième système dissipatif est disposée contre la deuxième série d'empilements de pneus 31. Une telle variante permet d'augmenter la capacité totale de dissipation d'énergie par la zone de dissipation A. Les zones de dissipation B et C sont, par contre, 5 identiques. Dans l'exemple d'ouvrage 10 de la figure 4, qui est une variante de l'exemple de la figure 1, le volume entre les dalles 27 et 32 est rempli de grave dans laquelle sont noyés des tubes déformables 39 creux vides. Ceux-ci sont 10 disposés horizontalement à distance les uns des autres, c'est-à-dire non jointifs. Les tubes déformables 39 sont vides et délimitent intérieurement des espaces vides 40. Le reste du volume est rempli de grave et les tubes déformables 39 délimitent extérieurement des espaces remplis de grave 41. Lors de l'impact des masses mobiles, le déplacement de la dalle de 15 répartition d'efforts 32 provoque l'écrasement et l'éclatement des tubes déformables 39 pour laisser la grave se déformer en direction des espaces vides 40 et dissiper l'énergie cinétique par frottements inter-granulaires. Ce dispositif permet de contrôler la proportion (ou indice) des vides 40 du système dissipatif en fonction de l'énergie d'impact à absorber. 20 Dans l'exemple d'ouvrage 10 de la figure 5, qui est une variante de l'exemple de la figure 4, le volume est rempli de tubes déformables 42 creux, disposés horizontalement et empilés les uns sur les autres pour être jointifs. Les tubes déformables 42 sont remplis de grave et délimitent intérieurement des 25 espaces remplis de grave 43. Le reste du volume est vide et les tubes déformables 42 délimitent extérieurement des espaces vides 44. Lors de l'impact des masses mobiles, le déplacement de la dalle de répartition d'efforts 32 provoque l'écrasement et l'éclatement des tubes déformables 42 pour laisser la grave se déformer en direction des espaces vides 44 et 30 dissiper l'énergie cinétique par frottements inter-granulaires. 2910029 11 Dans une variante non représentée de la figure 5, les tubes déformables 42 sont subdivisés en un groupe de tubes 42 remplis de grave et en un groupe de tubes 42 vides. Les tubes 42 vides délimitent intérieurement des espaces vides et les tubes 42 remplis de grave délimitent intérieurement des espaces 5 remplis de grave 43. L'ensemble des tubes déformables 42 délimitent extérieurement des espaces vides 44. Lors de l'impact des masses mobiles, le déplacement de la dalle de répartition d'efforts 32 provoque l'écrasement des tubes déformables 42 vides et les tubes déformables 42 remplis de grave éclatent pour laisser la grave se déformer en direction des espaces 10 vides et dissiper l'énergie cinétique par frottements inter-granulaires. Dans les exemples et variantes d'ouvrage 10 comportant un système dissipatif mettant en oeuvre des tubes déformables 39, 42, les tubes déformables 39, 42 peuvent être disposés verticalement sans sortir du cadre 15 de l'invention. Dans toutes les variantes d'ouvrage 10 mettant en oeuvre un système dissipatif (figures 1 à 5) conforme à l'invention comportant une pluralité d'éléments déformables (pneus 31 et éventuellement une enveloppe textile 20 35, ou bien des tubes déformables 39, 42), le système dissipatif est disposé contre la face amont 15 de la structure de retenue 11 et comporte une dalle de répartition des efforts 32 délimitant, avec le sol et la face amont 15 de la structure de retenue 11, un volume partiellement rempli de grave. Les éléments déformables (pneus 31 et éventuellement une enveloppe textile 35, 25 ou bien des tubes déformables 39, 42) sont creux, disposés dans ledit volume et délimitent, dans ledit volume, des espaces vides 36, 38, 40, 44 et des espaces remplis de grave 37, 41, 43. Les systèmes dissipatifs des figures 1 à 5 peuvent être appliqués à toute so structure de retenue 11 comportant une face amont 15, par exemple à des structure de retenue 11 réalisées par des gabions empilés verticalement pour 2910029 12 former plusieurs couches. Chaque couche peut comporter plusieurs gabions disposés les uns à côté des autres dans la direction de la ligne de niveau de la pente 13. Le nombre de couches peut être variable. Les gabions sont des cages composées de grillage, remplies de pierres, de terre, de remblais ou 5 de tout autre matériau approprié. Les barres obliques 17 peuvent être reliées entre elles par des profilés de renfort noyés dans la structure 11. Le nombre de profilés de renfort peut être variable. Par exemple, chaque couche de gabions comporte un profilé de renfort noyé. Les profilés de renfort peuvent être réalisés en matériau métallique galvanisé ou en béton armé, 10 préfabriqués ou réalisés sur place. La structure de retenue 11 peut aussi être réalisée par des blocs en béton préfabriqués et empilés verticalement pour former plusieurs couches. Chaque couche peut comporter plusieurs blocs en béton disposés les uns à 15 côté des autres dans la direction de la ligne de niveau de la pente 13. Le nombre de couches peut être variable. Chaque bloc en béton peut comporter un évidement sur sa face supérieure débouchant sur ses faces latérales pour pouvoir réaliser sur place, au niveau de chaque couche, des systèmes de report latéral de l'effort tels que, par exemple, une longrine continue en béton 20 armé au niveau de chaque couche ou des profilés métalliques de type glissière de sécurité. Enfin, la description qui précède n'est qu'une illustration d'exemples particuliers de réalisation d'ouvrages conformes à l'invention, en aucun cas 25 limitatif quant au domaine de l'invention. L'invention pourra trouver des applications dans tous les domaines où il est nécessaire d'interrompre la progression libre de masses mobiles, par exemple pour constituer des barrières de sécurité ou d'arrêt de véhicules. Revendications 1. Ouvrage de protection (10) comportant une structure de retenue (11) en saillie du sol et un système dissipatif comportant une pluralité d'éléments déformables (31, 35, 39, 42) caractérisé en ce que le système dissipatif est disposé contre une face amont (15) de la structure de retenue (11) et comporte une dalle de répartition des efforts (32) délimitant, avec le sol et la face amont (15) de la structure de retenue (11), un volume partiellement rempli de grave, les éléments déformables (31, 35, 39, 42) étant creux, disposés dans ledit volume et délimitant, dans ledit volume, des espaces vides (36, 38, 40, 44) et des espaces remplis de grave (37, 41, 43). 2. Ouvrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments déformables (31, 35, 39, 42) comportent des pneus (31) empilés verticalement les uns sur les autres. 3. Ouvrage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une enveloppe textile (35) en forme de chaussette est disposée à l'intérieur de l'empilement de pneus (31) et remplie de grave. 4. Ouvrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments déformables (31, 35, 39, 42) sont constitués par des tubes déformables creux (39, 42). 5. Ouvrage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les tubes déformables (39, 42) creux sont disposés horizontalement. 6. Ouvrage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les tubes 30 déformables (39, 42) creux sont disposés verticalement. 13 2910029 14 7. Ouvrage selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les tubes déformables (42) sont remplis de grave, sont jointifs, et le reste dudit volume est vide. 5 8. Ouvrage selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les tubes déformables (39) sont vides et le reste dudit volume est rempli de grave. 9. Ouvrage selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les io tubes déformables (42) sont subdivisés en un groupe de tubes (42) remplis de grave et en un groupe de tubes (42) vides.