Brevet FR3012513A1 — publié le 20150501

Dispositif et système d'amortissement de la convergence d'un terrain, procédés de fabrication de tels dispositif et système Domaine technique de l'invention L'invention concerne l'amortissement de la convergence d'un terrain, et s'applique particulièrement aux tunnels souterrains. État de la technique Dans le domaine des tunnels, une cavité est, en général, creusée sous terre, puis un tunnel est formé dans cette cavité en utilisant des voussoirs. Les 15 voussoirs correspondent à des éléments constitutifs d'une voûte une fois assemblés entre eux. Lorsqu'on creuse la cavité dans le terrain, on modifie l'équilibre du terrain et celui-ci exerce des poussées plus ou moins intenses qui tendent à fermer la cavité ainsi créée, on appelle ce phénomène « la convergence du terrain ». 20 On peut dimensionner les voussoirs du tunnel de façon à empêcher l'affaissement du tunnel sous la poussée du terrain, mais lorsqu'on réalise le tunnel à une grande profondeur, l'épaisseur des voussoirs augmente considérablement. On peut également renforcer les voussoirs à l'aide d'étais 25 reposant sur le fond du tunnel, mais ces systèmes sont difficiles à mettre en place et peuvent encombrer l'intérieur du tunnel. On peut encore recouvrir la paroi externe du tunnel par l'injection d'un produit tel du béton, ou à l'aide d'anneaux métalliques. Mais ces produits sont rigides et ne permettent pas d'absorber efficacement la convergence du terrain. 10 30 On peut citer la demande de brevet français FR1200989, qui divulgue un système d'amortissement de la convergence d'un terrain comprenant un revêtement recouvrant une paroi externe d'un tunnel et qui comprend des dispositifs munis chacun d'un trou débouchant. Mais certains éléments du terrain, telles que des pierres, peuvent s'insérer à l'intérieur des trous débouchant, ce qui augmente la résistance à la rupture des dispositifs et diminue l'amortissement de la convergence du terrain. Par ailleurs, les dispositifs situés à la base du tunnel peuvent se briser sous le poids du tunnel, et provoquer un affaissement de celui-ci. Ces dispositifs ne permettent pas de renforcer la base du tunnel. En outre, pour réaliser le revêtement, on doit injecter les dispositifs dans un espace délimité entre la paroi externe du tunnel et la paroi interne du terrain, en déplaçant les dispositifs par aspiration venturi. Cependant, lors de la construction du tunnel, des éléments du terrain peuvent s'agglutiner dans l'espace délimité et faire obstacle à l'injection des dispositifs, ce qui peut empêcher de disposer les dispositifs de façon homogène autour de la paroi externe du tunnel. En outre, les dispositifs peuvent aussi s'agglutiner entre eux et boucher l'espace entre la paroi externe du tunnel et un obstacle dans l'espace délimité, en formant un amas qui empêche de former le revêtement sur une partie de la paroi externe du tunnel située au-delà de l'amas. Objet de l'invention Un objet de l'invention consiste à fournir un moyen pour amortir la convergence d'un terrain exercée sur un tunnel qui permette de palier les inconvénients cités ci-avant, et en particulier de fournir un moyen pour améliorer l'amortissement de la convergence du terrain. Selon un aspect, il est proposé un dispositif d'amortissement de la convergence d'un terrain, destiné à être intégré dans un revêtement d'un tunnel. Le dispositif comporte un corps en céramique délimitant au moins une cavité fermée. Ainsi, on fournit un dispositif qui améliore l'amortissement de la convergence d'un terrain car la cavité fermée empêche une augmentation de la résistance à la rupture du dispositif. En effet, la cavité fermée empêche des éléments solides de s'introduire à l'intérieur du dispositif. En outre, ces éléments solides peuvent avoir une résistance à la rupture variable, ce qui peut entraîner une répartition hétérogène de l'amortissement autour de la paroi externe du tunnel. Le corps peut s'étendre selon un axe longitudinal du dispositif et comporte deux extrémités fermées. Les extrémités fermées peuvent avoir chacune une forme linéaire. Le corps peut avoir une forme cylindrique. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un système d'amortissement de la convergence d'un terrain, le système comprenant un revêtement recouvrant au moins en partie une paroi externe d'un tunnel formé par des voussoirs et situé à l'intérieur d'une cavité creusée dans le terrain. Le revêtement comporte une pluralité de dispositifs définis ci-avant. Ainsi, on fournit un revêtement ayant des dispositifs en céramique délimitant une cavité fermée, de façon à garantir un espace libre au sein du revêtement, noté volume résiduel, qui participe, notamment, à l'amortissement de la convergence du terrain. En particulier, la poussée du terrain a tendance à exercer une pression sur les dispositifs qui ont la capacité de se briser pour amortir la poussée. Grâce à de tels dispositifs, on offre un système qui permet de maintenir le tunnel en position par rapport à un axe longitudinal sensiblement centré du tunnel. Le revêtement peut comprendre une pâte comportant un liquide dans lequel sont noyés les dispositifs. Grâce à une pâte, on peut injecter les dispositifs sous pression, pour notamment, contourner les obstacles dans l'espace délimité, empêcher un agglutinement des dispositifs, et ainsi améliorer le recouvrement de la paroi externe. En outre, le revêtement ainsi utilisé conserve des espaces libres, obtenus par les cavités fermées, pour garantir l'amortissement de la convergence du terrain. Le liquide peut être durcissable. Grâce à un liquide durcissable, on peut fournir un renfort à la base du tunnel pour empêcher sont affaissement. En particulier, le liquide peut durcir jusqu'à devenir solide pour améliorer le renfort. Dans ce cas certains dispositifs peuvent se briser lors du durcissement, et d'autres dispositifs conservent leur cavité fermée pour amortir la convergence du terrain. Selon encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de fabrication d'un dispositif d'amortissement de la convergence d'un terrain, comprenant une étape d'élaboration d'un cylindre creux en céramique malléable. Le procédé comporte une étape de fermeture des extrémités du cylindre creux de manière à obtenir un corps du dispositif délimitant au moins une cavité fermée, et une étape de cuisson du dispositif. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de fabrication d'un revêtement d'amortissement de la convergence d'un terrain, comprenant les étapes suivantes : former une cavité dans le terrain ; et former un tunnel dans la cavité à l'aide de voussoirs de façon à conserver un espace délimité entre une paroi externe du tunnel et une paroi interne de la cavité. Le procédé comprend en outre : une étape d'élaboration d'une pâte à partir d'un mélange d'un liquide avec plusieurs dispositifs comportant, chacun, un corps en céramique délimitant au moins une cavité fermée ; et une étape d'injection de la pâte dans l'espace délimité. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation et de mise en oeuvre de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1, illustre schématiquement une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un dispositif d'amortissement selon l'invention ; la figure 2, illustre schématiquement une vue en coupe du dispositif de la figure 1 ; la figure 3, illustre schématiquement une vue antérieure gauche du dispositif de la figure 1 ; la figure 4, illustre schématiquement une vue en perspective d'un autre mode de réalisation d'un dispositif d'amortissement selon l'invention ; la figure 5, illustre schématiquement une vue en coupe du dispositif de la figure 4 ; la figure 6, illustre schématiquement une vue postérieure droite du dispositif de la figure 4 ; la figure 7, illustre schématiquement une vue en coupe d'un mode de réalisation d'un système d'amortissement selon l'invention ; la figure 8, illustre schématiquement un état initial du système d'amortissement ; la figure 9, illustre schématiquement un état d'équilibre du système d'amortissement lorsque le terrain converge en direction du tunnel ; la figure 10, illustre de façon schématique une vue en coupe d'un tunnelier réalisant un tunnel souterrain ; la figure 11, illustre schématiquement un agrandissement local de la figure 10 au niveau des moyens d'injection des dispositifs d'amortissement ; la figure 12, illustre schématiquement un autre procédé d'injection des dispositifs d'amortissement ; la figure 13, illustre schématiquement un agrandissement local de la figure 12 au niveau des moyens d'injection des dispositifs d'amortissement ; et la figure 14, illustre schématiquement les principales étapes d'un procédé de fabrication d'un dispositif d'amortissement. Description détaillée De manière générale, bien que la présente invention procure des avantages particuliers dans le domaine des tunnels, elle est aussi applicable à tout élément qui est réalisé dans une cavité souterraine et qui est configuré pour résister à la convergence du terrain, par exemple des réceptacles ou cuves partiellement ou totalement enterrés. Les figures 1 à 3 illustrent un premier mode de réalisation d'un dispositif 1 d'amortissement de la convergence d'un terrain. Un tel dispositif 1 est particulièrement adapté pour être intégré au sein d'un revêtement 3 d'un tunnel 4, décrit ultérieurement aux figures 7 à 13. Le dispositif 1 a un corps 5 en céramique délimitant au moins une cavité fermée 6. La céramique est adaptée pour réaliser ces dispositifs, car elle est malléable avant une étape de cuisson de manière à pouvoir former une cavité fermée au sein du dispositif, et car elle devient solide après la cuisson. On entend par cavité fermée 6, un espace libre enfermé à l'intérieur du dispositif. Cet espace libre est en particulier étanche aux liquides. Par exemple, le corps 5 du dispositif 1 s'étend selon un axe longitudinal A du dispositif 1 et comporte deux extrémités fermées 7, 8. Les extrémités fermées 7, 8 peuvent avoir, chacune, une forme linéaire. Dans ce premier mode de réalisation, les extrémités 7, 8 sont parallèles entre elles. Par exemple, le corps 5 du dispositif 1 a une forme cylindrique. On entend ici par cylindre, un solide limité par une surface cylindrique engendrée par une droite, notée génératrice, parcourant une courbe plane fermée, notée directrice, et deux plans parallèles coupant les génératrices. En particulier, le corps 5 peut avoir une forme d'un tube. Le dispositif 1 peut également comprendre plusieurs cavités, communicant entre elles ou non. Avantageusement, les cavités fermées 6 des dispositifs 1 les empêchent de s'imbriquer les uns dans les autres, quelle que soit leur taille et leur forme. Sur les figures 4 à 6, on a représenté un deuxième mode de réalisation d'un dispositif 1 d'amortissement de la convergence d'un terrain. Dans ce deuxième mode de réalisation, les extrémités 7, 8 sont perpendiculaires entre elles. Sur la figure 7, on a représenté un système d'amortissement 10 de la convergence d'un terrain 2. Le système d'amortissement 10 comprend un revêtement 3 recouvrant au moins en partie, ou entièrement, une paroi externe 11 d'un tunnel 4 formé par des voussoirs 12 et situé à l'intérieur d'une cavité 13 creusée dans le terrain 2. Le tunnel 4 peut être ouvert et avoir une forme de U renversé, il peut également être fermé et avoir une forme ovoïde, ou tout autre forme. Préférentiellement, le tunnel 4 a une forme tubulaire. Le revêtement 3 comporte une pluralité de dispositifs 1, tels que définis ci-avant, et comporte une épaisseur référencée E. Une limite externe 14 du revêtement 3 est représentée par un trait en pointillés. Le revêtement 3 peut couvrir en partie la paroi externe 11 du tunnel 4, et préférentiellement le revêtement 3 recouvre entièrement le tunnel 4 de manière à obtenir une convergence isotrope du terrain 2 vers la paroi externe 11 du tunnel 4. On a également représenté un axe longitudinal centré L du tunnel 4. En outre, le revêtement 3 peut comprendre une pâte 15 comportant un liquide 16 dans lequel sont noyés les dispositifs 1. On entend par pâte, un mélange d'un liquide avec des éléments solides, qui peut prendre la forme du récipient qui le contient. Le liquide 16 peut être durcissable, c'est-à-dire qu'il est apte à se solidifier. Par exemple le liquide durcissable peut être un mortier, ou un béton, qui durcit par réactions chimiques des composants du mortier ou du béton. De manière générale, le mortier comprend du ciment, du sable et de l'eau. Le béton comprend, quant à lui, du ciment, du sable, du gravier et de l'eau. Lorsque la pâte 15 est réalisée à partir du mélange entre un liquide durcissable 16 et plusieurs dispositifs d'amortissement 1, elle devient une pâte durcissable 15. Une telle pâte 15 est particulièrement adaptée pour être injectée à la base du tunnel 4, lorsqu'on souhaite renforcer ce dernier et empêcher son affaissement. En variante, le liquide 16 peut être non durcissable, par exemple le liquide 16 peut être de la bentonite, c'est-à-dire un argile à fort pouvoir absorbant. En outre, la bentonite a une forte capacité de rétention d'eau. Lorsque la pâte 15 est réalisée à partir du mélange entre un liquide non durcissable 16 et plusieurs dispositifs d'amortissement 1, elle devient une pâte non durcissable 15. Une telle pâte est particulièrement adaptée lorsqu'on souhaite répartir de façon homogène les dispositifs d'amortissement 1 autour du tunnel 4. Par ailleurs, une pâte 15, dans laquelle sont noyés les dispositifs d'amortissement 1, permet d'injecter ces derniers sous haute pression, par rapport à une injection directe des dispositifs seuls comme indiquée dans l'art antérieur. Une telle injection sous pression permet, notamment de disposer les dispositifs d'amortissement 1 en évitant des agglutinements de dispositifs 1 en amas intempestifs. On répartis ainsi mieux le revêtement autour de la paroi externe 11 du tunnel 4. Sur la figure 8, on a représenté schématiquement un état initial du système d'amortissement 10. Lorsqu'on réalise le tunnel 4 au sein de la cavité 13 souterraine, on dispose les voussoirs 12 de manière à former la voûte du tunnel 4. Par ailleurs, on injecte entre la paroi externe 11 du tunnel 4 et le terrain 2, une pluralité de dispositifs d'amortissement 1 tels que définis ci-avant, de manière à former le revêtement 3. On peut injecter les dispositifs d'amortissement 1 seuls, ou injecter la pâte 15 dans laquelle les dispositifs 1 sont noyés. Le revêtement 3 est alors disposé entre le terrain 2 et la paroi externe 11 du tunnel 4. Dans l'état initial, le revêtement 3 a une épaisseur générale E, qui est préférentiellement sensiblement constante le long de la paroi externe 11, et le terrain 2 présente une paroi interne 14, correspondant à la paroi interne de la cavité 13, qui repose en appui sur le revêtement 3, et qui est confondue avec la limite externe 14 du revêtement 3. De manière générale, les dispositifs d'amortissement 1 sont disposés au sein du revêtement 3 de manière aléatoire. Par « disposés de manière aléatoire», on entend que la disposition des dispositifs 1 n'est pas ordonnée, autrement dit les dispositifs 1 peuvent être désalignés, non coaxiaux, etc. Les dispositifs 1 occupent un volume, noté volume d'occupation, au sein du revêtement 3, et garantissent un volume inoccupé, noté volume résiduel, correspondant à la somme des volumes des cavités fermées 6. De manière générale, le volume résiduel va permettre, notamment, d'amortir la convergence du terrain 2. En effet, dans l'état initial, le terrain 2 exerce une pression de convergence initiale sur le revêtement 3 et en direction de la paroi externe 11 du tunnel 4. Par pression de convergence du terrain 2, on entend les forces mises en oeuvre dans les mouvements d'un terrain au cours du temps. Du fait des mouvements du terrain 2, celui-ci va avoir tendance à converger vers la paroi externe 11 du tunnel 4. Ainsi, le revêtement 3 va permettre un rapprochement progressif de la paroi interne 14 du terrain 2 vers la paroi externe 11 du tunnel 4, jusqu'à ce que le terrain 2 occupe un état d'équilibre. Dans l'état d'équilibre, la pression de convergence est inférieure à la pression initiale. Le système d'amortissement 10 permet donc d'amortir la convergence du terrain jusqu'à un état d'équilibre pour lequel la pression de convergence est supportée par les voussoirs 12. En d'autres termes, en l'absence d'un système d'amortissement 10, il faut conformer les voussoirs 6 pour résister à la pression de convergence initiale du terrain. Le système d'amortissement 10 permet, notamment, de diminuer l'épaisseur des voussoirs 12 pour la réalisation des tunnels souterrains 4, et évite un endommagement des voussoirs 12. Selon le degré d'amortissement que l'on souhaite, on adapte l'épaisseur des parois des dispositifs d'amortissement 1 en fonction de la pression de convergence du terrain 2. Plus particulièrement, l'épaisseur des parois est choisie pour que la pression de convergence du terrain soit supérieure à la résistance de rupture des dispositifs 1 et pour que les dispositifs 1 puissent se briser sous la pression de convergence, libérant un espace pour le terrain 2. Lorsque le terrain 2 flue vers le revêtement, le terrain 2 a tendance à briser les dispositifs 1, jusqu'à atteindre un état d'équilibre dans lequel le terrain 2 est à une distance F inférieure à l'épaisseur du revêtement E initiale. La résistance à la rupture des dispositifs 1 est inférieure à la pression de convergence du terrain de façon à permettre l'écrasement des dispositifs. On a représenté par la référence 19 des dispositifs brisé. Autrement dit, les 301 2 5 1 3 11 dispositifs 1 peuvent comprendre, tous ou certains d'entre eux, un état dans lequel ils sont brisés. Ceci permet d'absorber les déplacements du terrain sans endommager le tunnel 4. 5 Un tel système d'amortissement 1 peut être réalisé en utilisant un tunnelier 20. Le tunnelier 20 permet de forer la roche sous terre pour former la cavité 13, pour installer les voussoirs 12, puis disposer les dispositifs d'amortissement 1, comme décrits ci-avant, entre les voussoirs 12 et la paroi interne 14 du terrain 2. Les dispositifs 1 peuvent être injectés entre la paroi 10 externe 11 formée par les voussoirs 12 et la paroi interne 14, par une injection sous pression à l'aide d'une pompe. Les figures 10 et 11 illustrent schématiquement un tunnelier 20 en train de creuser une cavité 13 dans un terrain 2 selon la direction F1. L'avant du 15 tunnelier 20 est équipé de moyens 21 assurant l'abattage de la roche du terrain 2. Ces moyens d'abattage 21 situés sur une extrémité du tunnelier 20, à la gauche des figures 10 et 11, peuvent comporter des têtes de forage. Bien que cela ne soit pas représenté, l'avant du tunnelier 20, équipé des moyens d'abattage 21, coopère avec des moyens d'extraction de la roche 20 par exemple comme le marinage ou des convoyeurs (bande transporteuse). Une partie du tunnelier 20 assure la mise en place des voussoirs 12 au fur et à mesure de l'avancement du tunnelier 20 selon la direction F1. En outre, le tunnelier 20 comporte des moyens d'injection 22 pour injecter les dispositifs d'amortissement 1, pour combler un espace d'épaisseur E délimité entre les 25 voussoirs 12 et la paroi interne 14 de la cavité 13 formée par l'avancement du tunnelier 20. Dans le mode de mise en oeuvre illustré aux figures 10 et 11, les moyens d'injection 22 sont intégrés au tunnelier 20, c'est-à-dire que le tunnelier 20 30 comporte une partie arrière (aussi appelée bouclier du tunnelier) située entre les voussoirs 12 et la paroi interne 14 du terrain 2. Cette partie arrière comporte un tube 23 d'injection des dispositifs 1. Le tube 23 étant solidaire du tunnelier 20, il avance au fur et à mesure du déplacement de façon à combler l'espace délimité entre les voussoirs 12 et la paroi interne 14 du terrain 2 au cours de la formation de la cavité 13. La flèche F2 de la figure 11 indique le chemin emprunté par les dispositifs 1 lors de leur injection. Dans un autre mode de réalisation, illustré aux figures 12 et 13, les moyens d'injection 22 sont formés par des ouvertures pratiquées dans les voussoirs 12 de façon à coopérer avec un système d'injection des dispositifs d'amortissement 1. Une fois que l'espace délimité est comblé par les dispositifs 1 jusqu'à une ouverture des voussoirs 12, ladite ouverture est colmatée, et le système de convoyage est déplacé au niveau d'une autre ouverture située en direction des moyens d'abattage 21 du tunnelier 20. De manière générale, un procédé de fabrication d'un revêtement d'amortissement de la convergence d'un terrain 2 comprend les étapes suivantes : former une cavité 13 dans le terrain 2, par exemple à l'aide d'un tunnelier 20 ; former un tunnel 4 dans la cavité 13 à l'aide de voussoirs 6, par exemple au fur et à mesure de l'avancement du tunnelier 20, de façon à conserver un espace délimité entre une paroi externe 11 du tunnel 4 et une paroi interne 14 de la cavité 13 ; élaborer une pâte à partir d'un mélange d'un liquide avec plusieurs dispositifs d'amortissement 1 comportant, chacun, un corps en céramique délimitant au moins une cavité fermée ; et injecter la pâte dans l'espace délimité. L'injection des dispositifs permet, notamment, de maintenir le tunnel fixe selon l'axe longitudinal initial. Le maintien du tunnel peut être avantageusement amélioré du fait que l'espace à combler entoure le tunnel. Le fait d'entourer le tunnel de dispositifs permet d'une part de faire reposer le tunnel sur un lit de dispositifs et d'autre par d'obtenir une convergence isotrope du terrain dans lequel est disposé le tunnel. Sur la figure 14, on a représenté les principales étapes d'un procédé de fabrication d'un dispositif d'amortissement 1. Le procédé de fabrication du dispositif d'amortissement comporte les étapes successives suivantes : élaborer S1 un cylindre creux en céramique malléable; fermer S2 des extrémités du cylindres creux de manière à obtenir un corps d'un dispositif délimitant au moins une cavité fermée ; et cuire le dispositif S3. Le cylindre creux malléable peut avoir une forme tubulaire. Lors de l'étape de fermeture des extrémités, on peut utiliser une pince 30 pour pincer chaque extrémité du corps 5 afin de créer la cavité fermée 6. L'étape de cuisson S3 peut être mise en oeuvre en utilisant un four, par exemple en chauffant le dispositif à une température supérieure à 900°C, en particulier à 1050°C, pendant une période de vingt à trente-six heures, afin de solidifier le dispositif. REVENDICATIONS1. Dispositif d'amortissement de la convergence d'un terrain, destiné à être intégré dans un revêtement (3) d'un tunnel (4), caractérisé en ce qu'il comporte un corps (5) en céramique délimitant au moins une cavité fermée (6). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le corps (5) s'étend selon un axe longitudinal (A) du dispositif et comporte deux extrémités fermées (7, 8). 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les extrémités fermées (7, 8) ont chacune une forme linéaire. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le corps (5) a une forme cylindrique. 5. Système d'amortissement de la convergence d'un terrain (2), le système comprenant un revêtement (3) recouvrant au moins en partie une paroi externe (11) d'un tunnel (4) formé par des voussoirs (12) et situé à l'intérieur d'une cavité (13) creusée dans le terrain (2), caractérisé en ce que le revêtement (3) comporte une pluralité de dispositifs selon l'une des revendications 1 à 4. 6. Système selon la revendication 5, dans lequel le revêtement (3) comprend une pâte (15) comportant un liquide (16) dans lequel sont noyés les dispositifs. 7. Système selon la revendication 6, dans lequel le liquide (16) est durcissable. 8. Procédé de fabrication d'un dispositif d'amortissement de la convergence d'un terrain, comprenant une étape d'élaboration (S1) d'un cylindre creux en céramique malléable, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de fermeture (S2) des extrémités du cylindre creux de manière à obtenir un corps du dispositif délimitant au moins une cavité fermée, et une étape de cuisson du dispositif. 9. Procédé de fabrication d'un revêtement d'amortissement de la convergence d'un terrain (2), comprenant les étapes suivantes : former une cavité (13) dans le terrain (2) ; et former un tunnel (4) dans la cavité (13) à l'aide de voussoirs (12) de façon à conserver un espace délimité entre une paroi externe (11) du tunnel (4) et une paroi interne (14) de la cavité (13) ; caractérisé en ce qu'il comprend : une étape d'élaboration d'une pâte (15) à partir d'un mélange d'un liquide (16) avec plusieurs dispositifs comportant, chacun, un corps (5) en céramique délimitant au moins une cavité fermée (6) ; et une étape d'injection de la pâte (15) dans l'espace délimité. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le liquide (16) est durcissable.