Brevet FR3013062A1 — publié le 20150515

Structure support en béton armé pour voie ferrée et procédé d'obtention. La présente invention est relative aux structures 5 support en béton armé pour voies ferrées, et relative aux procédés d'obtention de telles structures support. Plus particulièrement, l'invention concerne une voie ferrée réalisée en environnement urbain, notamment pour des moyens de transports de type tramway. 10 Dans un tel environnement urbain, il est préférable de limiter l'impact visuel de la voie ferrée et par conséquent il est de plus en plus fréquent d'engazonner la voie ferrée, pour améliorer l'intégration de la voie ferrée dans le paysage urbain et pour contribuer à augmenter les 15 surfaces d'espaces verts en ville. Par ailleurs, de telles voies ferrées construites en environnement urbain sont en général réalisées sur une base de dalle de béton, sur laquelle sont fixés les rails. Pour obtenir un affleurement des rails à la surface de la 20 chaussée sur laquelle peuvent rouler d'autres véhicules routiers, il est prévu un matériau de remplissage, destiné à recouvrir la dalle de béton jusqu'au niveau superficiel. Ce matériau de remplissage peut être du béton, du gravier, un enrobé bitumineux, mais dans le cas qui nous occupe il 25 s'agira d'un substrat engazonné. Pour faciliter l'entretien du gazon et du substrat engazonné qui le porte, il est préférable que l'épaisseur de ce substrat soit suffisante, et il a été proposé ainsi de construire la dalle en béton armé de manière discontinue 30 dans l'espace intérieur délimité par les rails. Un tel exemple de réalisation est connu du document EP-A-2351884, lequel propose de construire la dalle support en béton par l'adjonction de modules préfabriqués, chaque module comportant un orifice central dépourvu de béton. 35 Toutefois, selon ce document EP-A-2351884, il faut assembler un grand nombre de modules les uns à la suite des autres, ce qui est fastidieux. De plus le poids de chaque module est important ce qui peut présenter des risques concernant la sécurité lors de la manutention. En outre, lorsque la voie ferrée n'est pas strictement rectiligne mais présente une courbe, alors un jeu en biais entre les modules est inévitable ce qui complique l'opération de coulée ultérieure. Pour finir, la taille de l'évidement intérieur est relativement limitée, ce qui est défavorable pour un engazonnement continu de la bande de surface située entre les deux rails. Par conséquent, il est apparu un besoin d'améliorer les procédés d'obtention de voie ferrée sur support de béton armé avec surface gazonnée, pour en réduire le coût de revient et pour proposer des évidements entre les rails de taille plus importante. A cet effet, l'invention propose notamment un procédé pour construire un ensemble support en béton armé faisant partie d'une voie ferrée, les deux rails de ladite voie ferrée étant destinés à être fixés sur ledit ensemble support, le procédé comprenant : a- former des modules de coffrages à parois destinées à être perdues, avec une section transversale en forme de U b- y insérer un treillis d'armatures métalliques, c- déplacer les modules de coffrages ainsi équipés sur le chantier de pose de voie, d- positionner et rabouter les modules de coffrages pour former deux coffrages de longrines destinés chacun à supporter un des deux rails, f- installer des coffrages transverses destinés à former des portions transverses reliant les deux longrines à 30 former g- positionner les rails sur des selles de fixation avec des tirefonds dépassant à l'intérieur des coffrages de longrines, et ajuster la position des rails et des selles grâce à des gabarits, 35 h- couler du béton sensiblement jusqu'à la bordure supérieure des coffrages, moyennant quoi après durcissement du béton, la structure de la voie ferrée est obtenue de façon définitive avec un positionnement des rails précis et une durée de mise en oeuvre sur le chantier particulièrement courte. Grâce à ces dispositions, on réalise une voie ferrée sur un ensemble support en béton armé avec un temps d'occupation du site du chantier très limité, et avec des coûts de matière et de main-d'oeuvre optimisés. Dans des modes de réalisation du procédé selon 10 l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes. Le procédé peut comprendre en outre avant l'étape f- : e- effectuer une coulée préliminaire jusqu'à un premier niveau prédéterminé ; de sorte que le positionnement des 15 rails au moyen des gabarits peut être effectué par rapport à cette première coulée durcie, ce qui permet de s'affranchir des irrégularités du soubassement sur lequel on forme les longrines. Ceci permet aussi d'asseoir les coffrages de longrines qui sont maintenus en place par leur 20 propre poids. On peut utiliser comme paroi de coffrages perdus un matériau plastique formé comme un profilé à section en forme de U. Ce qui est une solution particulièrement économique. 25 On réalise à l'étape f- des découpes latérales dans les coffrages de longrines pour former les coffrages transverses, en communication avec l'intérieur de coffrages de longrines, de sorte que l'on puisse relier entre elles les différentes armatures métalliques et que le béton de 30 coulée liquide puisse se répandre de manière continue dans tous les coffrages. On peut former les coffrages transverses in situ, avec des parois métalliques réutilisables. Moyennant quoi, on préfabrique un seul type de module de coffrage (ceux des 35 longrines), le reste étant préparé sur place. On peut utiliser des raidisseurs de renfort en partie supérieure des coffrages de longrines, que l'on retire après la première coulée préliminaire. On évite ainsi que le coffrage en forme de U ne s'ouvre sous la pression de la coulée. L'invention vise également un ensemble support en béton armé pour supporter une voie ferrée, obtenue par le procédé selon l'une des revendications précédentes, et comprenant : - des première et seconde longrines longitudinales 10 s'étendant continument le long de l'axe de voie, formant support pour respectivement les premier et second rails de la voie ferrée, - des portions transverses reliant continument les première et seconde longrines de manière transversale, 15 - les première et seconde longrines longitudinales et les portions transverses étant renforcées par des armatures métalliques reliées entre elles. De plus, les portions transverses sont avantageusement séparées le long de l'axe de voie par des zones dépourvues 20 de béton, d'une longueur axiale au moins égale à 1 mètre. Ce qui est très favorable pour le substrat du gazon et ce qui facilite son entretien. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description 25 suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins : - la figure 1 est une vue générale en perspective tronquée de la structure d'une voie ferrée de type tramway 30 en environnement urbain, obtenue selon l'invention, - la figure 2 montre une vue en perspective d'un module de coffrage équipé d'armatures et préparée à l'avance hors site de pose, - la figure 3 montre une vue de dessus de la 35 structure de voie ferrée de la figure 1, - la figure 4 montre une coupe agrandie de la structure de voie ferrée de la figure 1, après une coulée préliminaire et avant la coulée principale, selon la ligne de coupe IV-IV de la figure 3. Sur les différentes figures, les mêmes références 5 désignent des éléments identiques ou similaires. La figure 1 représente une structure de voie ferrée tronquée, dans sa configuration avant pose du remblai des matériaux qui sont rajoutés ensuite pour arriver à une chaussée de surface relativement plane. Le matériau de 10 comblement, le substrat du gazon et la couche engazonnée (notamment entre les rails) ne sont pas représentés sur la figure 1. La structure représentée comprend un ensemble support 10 en béton armé pour supporter les rails 11,12 de 15 la voie ferrée. Ladite voie ferrée s'étend selon un axe longitudinal repéré X ; la direction repérée Y désigne la direction horizontale perpendiculaire à la direction longitudinale ; de plus la direction verticale est repérée Z. 20 L'ensemble support en béton 10 comprend une première longrine 1 qui se présente sous la forme d'une poutre massive en béton coulé, de section généralement rectangle. Une pluralité d'armatures 6 en treillis est intégrée à l'intérieur de la matière de la poutre, comme il 25 est connu pour former des structures en béton armé. Sur la surface supérieure de la première longrine 1 sont fixés des selles 7 et le premier rail 11 de la voie comme cela sera vu en détail plus loin. Du côté opposé de la structure, l'ensemble support 30 comprend une deuxième longrine 2 similaire à la première, elle aussi en béton armé. Sur la surface supérieure de la deuxième longrine 2 sont également fixés des selles 7 et le deuxième rail 12 de la voie. De plus, l'ensemble support en béton 10 comprend 35 des portions transverses 3, aussi appelés poutres transversales, elles aussi réalisées en béton coulé et intégrant des armatures métalliques 6. Les armatures des portions transverses sont liées fixes armatures des longrines au moyen de ligatures 66 (seule une de chaque est représenté à la figure 1). Entre les différentes portions transverses 3 sont ménagées des évidements 30 dépourvus de béton ; la dimension longitudinale de ces évidements, repérée D, est typiquement supérieure à 1 m, préférentiellement supérieure à 2 m, et de manière encore plus avantageuse supérieure à 2,5 m. La dimension transversale Wl des évidements 30, délimités latéralement par les bords des longrines, et typiquement comprise entre 60cm et 90cm, dans le cas illustré d'une voie dite 'normale' où les rails sont espacés de 1,435 m (W0). Il faut noter que dans la voie ferrée illustrée, il n'y a plus les traverses traditionnelles constituées d'un fer cornière épais et de deux blochets. L'évidement 30, de taille conséquente, est dépourvu de traverses ce qui facilite l'entretien naturel du substrat de gazon, tant pour les capacités de réserve d'humidité que pour les capacités de drainage que l'évidement confère. Il faut aussi remarquer que les parois 4 ayant servi aux coffrages des longrines restent présentes dans l'ouvrage terminé ; donc on parle de la technique de 'coffrage perdu'. Le procédé utilisé pour fabriquer un tel ensemble support pour voie ferrée va maintenant être décrit. Tout d'abord, on prépare, de préférence à l'avance par rapport à la date d'installation sur site de la voie ferrée, des modules de coffrage 5 tels que représentés à la figure 2. On utilise pour cela un profilé en matière plastique ayant une section générale en forme de U ; on pourra par exemple utiliser les produits PecafillM en polyéthylène ou PVC ou autre matériau bon marché. La paroi formant le profiler en U est peu épaisse, par exemple d'épaisseur comprise entre 3 mm et 10 mm. Dans l'espace intérieur formé par le profilé, on installe une pluralité d'armatures métalliques reliées entre elles par des ligatures comme il est connu dans l'art du béton armé (étape b- du procédé). Dans l'exemple illustré la longueur d'un module L est de 6 m, la largeur W2 de la section comprise entre 30cm et 50cm, et la hauteur Hl comprise entre 40cm et 80cm. On obtient ainsi de modules de coffrage équipés prédestinés à former les longrines 1,2 après coulage du 10 béton. Les modules de coffrage sont stockés et prêts pour être transportés sur le site d'installation de la voie ferrée ; ce déplacement vers le site formera l'étape c- du procédé. 15 Sur le site du chantier de la voie ferrée à construire, on prépare tout d'abord le soubassement 90 qui va recevoir la structure de voie ferrée. Ce soubassement n'est pas nécessairement bien plat, il peut être brut ou formé par un radier ou autre. Le soubassement est à la cote 20 horizontale repérée ZO (Fig.4). Lorsque le soubassement est prêt et que le chantier est disponible, on amène les modules de coffrage 5 préparés à l'avance, puis on les installe les uns à la suite des autres dans le sens longitudinal, pour former un premier 25 coffrage de longrine 51 correspondant au premier rail 11 (gauche dans l'exemple). On fait de même pour la partie opposée qui supportera le rail droite, et on forme ainsi un second coffrage de longrine 52. Le raboutage longitudinal de deux modules de coffrage se fait au niveau d'une 30 jonction 42, à l'endroit duquel on utilise un adhésif épais pour réaliser la jointure entre les parois 4 de deux modules adjacents. L'étape nommée d- du procédé est ainsi accomplie. Dans une étape optionnelle nommée e-, on procède à 35 une coulée préliminaire de béton dans les coffrages de longrine, jusqu'à un premier niveau prédéterminé (cote repérée Z1), dont le résultat est illustré à la figure 4. Selon un aspect optionnel on peut prévoir des raidisseurs de renfort 15 (Fig. 2), qui évitent l'ouverture du profilé de coffrage en U sous la pression de liquide qui y est déversé, ces raidisseurs étant retirés après la pris de cette coulée préliminaire. Dans une étape suivante nommée f-, on installe des coffrages transverses 60 destinés à former des portions transverses 3 mentionnées plus haut, à intervalles réguliers selon la direction axiale X, par exemple avec un espacement constant D déjà mentionné. Pour ce faire, on pratique tout d'abord de découpes 45 dans les flancs latéraux se faisant face des coffrages de longrine ; de préférence cette découpe est rectangulaire, depuis la bordure supérieure de la paroi latérale jusqu'à un niveau intermédiaire qui correspondra au niveau inférieur de la poutre transverse, comme illustrée à la figure 2. Le niveau intermédiaire et plus ou que la cote Z1 de la coulée préliminaire susmentionnée. Ensuite, selon une première possibilité on installe un autre module de coffrage préparé à l'avance, plus court que les modules mentionnés précédemment ; en effet sa longueur doit coïncider sensiblement à l'espace disponible transversalement entre les coffrages de longrine; Selon une seconde possibilité, on forme un coffrage classiquement sur place avec une paroi inférieure et des parois latérales ; de préférence ces parois sont des plaques métalliques que l'on peut réutiliser après décoffrage. Sur la figure 4 sont visibles la paroi inférieure 61 et une paroi latérale 62 de ce coffrages de poutre transverse. Toujours selon le procédé, à l'étape dénommée g-, on installe le premier rail 11 sur des selles de fixation 7 au-dessus du premier coffrage de longrine 51. On procède de façon similaire pour le second rail 12 au-dessus du deuxième coffrage de longrine 52. On installe aussi des tirefonds 14 destinés à exercer une pression verticale dirigée vers le bas sur des lames de maintien des rails comme connu dans l'art. De préférence, les tirefonds 14 sont insérés dans des gaines plastiques qui épousent la forme du filet hélicoïdal, ce qui permettra de dévisser les tirefonds 14 si besoin après la coulée et la prise du béton. Pour assurer un positionnement précis des rails qui conditionne la bonne géométrie finale de la voie ferrée, on utilise des gabarits de maintien 8, fixés sur les rails. Ces gabarits de maintien 8 permettent de garantir l'entraxe entre les voies, et également le positionnement vertical de chaque rail pour se conformer au cahier des charges en termes de hauteur et de dévers de la voie à construire. Pour le calage des gabarits selon l'axe transversal Y, on peut faire appel à des dispositifs auxiliaires de réglage 70 (représenté en ligne mixte sur la figure 4) qui s'appuient par exemple sur les parois internes basses des coffrages de longrine (déjà coulés partiellement). Ce type de dispositif auxiliaire est muni à son sommet d'un mécanisme de tire-pousse qui permet d'ajuster selon Y la position transversale des gabarits 8. Pour ce qui est du réglage vertical, on utilise deux vis de réglage 9 engagées dans le gabarit 8, une vis 9 s'appuyant sur la coulée intermédiaire durcie du côté de la première longrine 1, et une autre disposée symétriquement s'appuyant sur coulée intermédiaire durcie du côté de la seconde longrine 2. Après les ajustements de position des rails, on procède à la dernière étape du procédé, à savoir couler du béton sensiblement jusqu'à la bordure supérieure des coffrages, c'est-à-dire jusqu'au niveau repéré Z2 sur la figure 4. Il faut noter que le béton utilisé pour la coulée 35 est soit un béton ordinaire, soit un béton coulé à la pompe, soit un béton « auto plaçant ». Le béton auto- plaçant est très fluide, spécialement adapté pour aller remplir tous les interstices de la cavité du coffrage, et évite la formation de bulles d'air. On peut ainsi dispenser le béton liquide depuis le milieu de la traverse par une bouche de distribution 18 ; cela suffit pour une répartition optimale du béton sur la totalité de la section de l'ensemble support. Il faut remarquer ici que la partie filetée des tirefonds 14 est positionnée en dessous du niveau Z2 de la coulée finale ; par conséquent la prise du béton va figer la position des tirefonds, des selles de fixation, et aussi par voie de conséquence la position des rails. Après la prise du béton, on peut enlever les gabarits de maintien 8 et les dispositifs auxiliaires 70 de 15 sorte que l'on obtient la structure représentée à la figure 1. Selon un aspect avantageux, on réalise l'infrastructure de voie par tronçons, chaque tronçon représentant une longueur d'une centaine de mètres. 20 Lorsque l'infrastructure de voie est terminée, on procède au remplissage de l'espace inter-longrines en amenant des matériaux de comblement. Pour ce qui concerne la portion entre la cote Z2 et la cote Z3 qui représente la surface terminale de la voie ferrée terminée, on dispose un 25 substrat engazonné 32 sur la bande de surface interposée entre les deux rails. Il faut remarquer que le procédé proposé permet de fabriquer une voie non rectiligne : en effet, le procédé est compatible avec des courbures peu prononcées de la voie 30 ferrée, les modules de coffrages présentant une certaine flexibilité transversale du fait que les parois de coffrage sont en plastique et que le treillis d'armatures n'est pas complètement rigide. REVENDICATIONS1. Procédé pour construire un ensemble support (10) en béton armé faisant partie d'une voie ferrée, les deux rails (11,12) de ladite voie ferrée étant destinés à être fixés sur ledit ensemble support, le procédé comprenant : a- former des modules de coffrages (5) à parois (4) destinées à être perdues, avec une section transversale en forme de U, b- y insérer un treillis d'armatures métalliques, c- déplacer les modules de coffrages ainsi équipés sur le chantier de pose de voie, d- positionner et rabouter les modules de coffrages pour former deux coffrages (51,52) de longrines destinés chacun 15 à supporter un des deux rails, f- installer des coffrages transverses (60) destinés à former des portions transverses reliant les deux longrines à former, g- positionner les rails sur des selles de fixation (7) 20 avec des tirefonds (14) dépassant à l'intérieur des coffrages (50à de longrines, et ajuster la position des rails et des selles grâce à des gabarits, h- couler du béton sensiblement jusqu'à la bordure supérieure (Z2) des coffrages, 25 moyennant quoi après durcissement du béton, la structure de la voie ferrée est obtenue de façon définitive avec un positionnement des rails précis et une durée de mise en oeuvre sur le chantier particulièrement courte. 30 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre avant l'étape f- : e- effectuer une coulée préliminaire jusqu'à un premier niveau prédéterminé (Z1), de sorte que le positionnement des rails au moyen des gabarits peut être effectué par 35 rapport à cette première coulée durcie. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel on utilise comme paroi de coffrages perdus un matériau plastique formé comme des profilés à section en forme de U. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel on réalise à l'étape f- des découpes latérales (45) dans les coffrages (50) de longrines pour former les coffrages transverses (60), en communication avec l'intérieur de coffrages de longrines. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel on forme les coffrages transverses in situ, avec des parois métalliques (61,62) réutilisables. 6. Procédé selon la revendication 2, dans lequel on utilise des raidisseurs de renfort (15) en partie supérieure des 15 coffrages de longrines, que l'on retire après la première coulée préliminaire. 7. Ensemble support en béton armé pour supporter une voie ferrée, obtenue par le procédé selon l'une des 20 revendications précédentes, et comprenant : - des première et seconde longrines (1,2) longitudinales s'étendant continument le long support pour respectivement les la voie ferrée, 25 - des portions transverses première et seconde longrines de l'axe de voie, formant premier et second rails de (3) reliant continument les de manière transversale, - les première et seconde longrines longitudinales et les portions transverses étant renforcées par des armatures métalliques reliées entre elles. 8. Ensemble support selon la revendication 7, dans lequel les portions transverses sont séparées le long de l'axe de voie par des zones dépourvues de béton (30), d'une longueur axiale au moins égale à 1 mètre. 30