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Procédé pour la construction d'ouvrages en eau souterraine ou en eau découverte.
La présente invention se rapporte à un procédé pour la construction d'ouvrages en eau souterraine ou en eau découver- te, ce procédé étant appelé surtout à simplifier la fouille du terrain et à diminuer la charge destinée à neutraliser la pous- sée verticale, et à permettre de réduire la masse de béton armé nécessaire à la construction de la semelle.
En ce qui concerne la construction d'ouvrages, comme par exemple des siphons, aqueducs, conduites, murs de rives et fon- dations d'ouvrage en général, il est connu de faire les parois en piles de palplanches et de les relier par une semelle en béton ou béton armé constituée sous l'eau. La poussée verticale de cette semelle pourra être neutralisée soit par une masse de béton, soit par une charge spéciale. Pour empêcher ces charges de gêner le travail dans la fouille, on disposait les dites charges au-dessous de la semelle ou lit proprement dit de l'ou-
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vrage, ou bien l'on chargeait le lit de béton armé latéralement, de manière que la fouille dépendait en quelque sorte des dimen- sions des éléments de construction et des charges que l'on devait disposer des deux cotés.
Il en résultait une subdivision de la fouille, vu que les charges latérales étaient revêtues à leur tour de cloisons spéciales, et c' était dansl'espace compris entre ces dernières qu'on pouvait construire l'ouvrage propre - ment dit. Une telle disposition exigeait de ce fait une plus grande largeur de lit, c'est-à-dire supérieure à celle que né- cessitait l'ouvrage comme tel ; en conséquence, la masse de terre à excaver était également plus grande, de même que celle de béton armé. En outre, par exemple pour la construction de tunnels, il existe un procédé d'après lequel on dispose, tout en abaissant la nappe d'eau souterraine, le plafond ou faite du tunnel sur ou entre les parois de la fouille.
Par la suite, en commençant de- puis l'une des extrémités du tunnel ou en avançant depuis les deux extrémités à la fois, on enlève à sec la terre comprise entre le plafond du tunnel, les deux parois de la fouille et le sol de cette dernière ; cette opération terminée, on passe à la construction des autres parties du tumel, c'est-à-dire la se- melle et les deux parois latérales. L'inconvénient essai fiel de ce système - ainsi que de plusieurs autres - réside dans la nécessité d'exhaure de l'eau souterraine, ce qui ne présente pas seulement des difficultés d'ordre technique, mais encore des inconvénients économiques.
Pendant presque toute la durée de la construction du tumel, l'eau doit être maintenue à un niveau abaissé, et la réussite de l'ouvrage dépend donc entièrement du bon fonctionnement de l'installât ion d'exhaure de l'eau souter- raine. Si pour une raison quelconque (par exemple rupture d'une pièce de machine, interruption de courant électrique, gel, etc. ) l'épuisement doit être interrompu pendant un certain tempe à l'endroit où se poursuivent les 'travaux, il y aura des dégâts considérables et il peut arriver que, dans ces circonstances,
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tout le travail déjà effectué jusqu'au moment de la panne est complètement anéanti.
En 'outre, l'abaissement présente encore un autre inconvénient assez grave, en ce sens que cet abaissement de l'eau souterraine provoque le retrait et le tassement des couches de terre environnantes se trouvant dans la zone en ques- tion. Ces déformations de terrain ont déjà souvent causé des dégâts considérables aux bâtiments établis à proximité, et .tout particulièrement aux autres ouvrages d'art ; de plus, de telles déformations de sol peuvent aussi menacer la fouille elle-même.
La présente invention part du principe que, pour réaliser une sensible économie au point de vue des matériaux à employer et de la main-d'oeuvre, il est indispensable que les dimensions de la fouille proprement dite et celles de la semelle en béton armé doivent correspondre aux dimensions de l'ouvrage lui-même et qu'il est irrationnel de disposer, des deux c8tés des éléments de construction proprement dite, des chambres spécialement réser- vées à recevoir le lest. En outre, suivant la présente invention, l'eau souterraine est maintenue au même niveau pendant toute la durée des travaux, le lest nécessaire étant disposé directement sur toute la surface de la semelle dont les dimensions correspon- dent exactement à celles de l'ouvrage proprement dit ; le rem - plissage atteint une hauteur telle que le poids du lest compense la poussée verticale.
Cette opération terminée, et après avoir asséché suffisamment la terre de charge remplissant la fouille, on divise cette dernière au moyen d'une cloison de séparation ; cela fait, on vide l'un des compartiments de la fouille, ce com- partiment étant formé par la paroi latérale et la cloison de séparation, après quoi on pourra commencer à construire à sec la première moitié de l'ouvrage. Dès que cette première partie est achevée, on enlève du compartiment contigu le lest y contenu qui sert maintenant à remplir le côté achevé ; pendantcette opéra - tion, on place les organes d'étayement nécessaires. Le dit sable qui constitue le lest, y est laissé à titre définitif. Le premier
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côté terminé, on pourra procéder à l'achèvement de l'autre côté de l'ouvrage et le remplir également.
Enfin, on retire la cloi- son de séparation et, si cela est nécessaire, aussi les cloisons de revêtement latérales, ainsi que le tuyaux d'épuisement et de filtration.
Le nouveau procédé ne présente pas seulement l'avantage qu'on pourra réduire les dimensions de la fouille, dont la lar- geur correspond maintenant aux dimensionsde l'ouvrage proprement dit qu'elle doit recevoir, mais le système suivant la présente invention a encore l'avantage que la plaque de fond est consti- tuée de préférence de façon à former console, et est en quelque sorte encastrée d'un coté pendant qu'on achève une partie de l'ouvrage. Par la suite, on dispose à la partie inférieure de la plaque, les armatures nécessaires, de sorte qu'on pourra pour - suivre le bétomage sans être gêné par les armatures qui, par ce procédé, seront parfaitement recouvertes de béton, alors que dans le cas d'armatures disposées dans la partie supérieu- re, le coulage sous l'eau s'avère assez difficile et ne peut être effectué que par petites sections.
Dans le cas de lest disposé latéralement, il serai t dans certains cas également n é- cessaire d'ériger les parois intérieures en travaillant sous l'eau ; ce serait donc là une méthode de travail particulière - ment coûteuse. Grâce au nouveau procédé, ce travail sous l'eau n'est plus nécessaire. Enfin, les tuyaux d'épuisement et de filtration descendant jusqu'au fond de la fouille pourront aisé- ment évacuer de façon permanente l'eau qui pourrait éventuelle- ment y pénétrer par des voies d'eau aux joints des cloisons.
Le dessin annexé représente plusieurs formes de réalisation de la présente invention, à titre d'exemple seulement. Le pre- mier exemple se rapporte à la construction, d'un siphon sans abaissement de la nappe d'eau souterraine.
La fig.l est une coupe longitudinale de ce siphon, tandis que les figures 2 à 8 sont des coupes transversales de la partie
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médiane du dit ouvrage et montrent les différentes phases de travail.
Un autre exemple de réalisation est représenté par les fig. 9 à 15 montrant, en coupe transversale, les différentes pha- ses de construction d'un tunnel sous un cours d'eau.
Un troisième exemple représente également la construction d'un tunnel sous un cours d'eau (voir fig.16 à 20), tandis que les fig.21 et 23 montrent, en coupe longitudinale, la, construc- tion d'un pilier de pont dans un fleuve ; la fig. 22 est une cou- pe suivent ligie I-I de la fig.21.
Suivait les fig.l à 8, le sol est désigné par 1, la semelle en béton armé par 2, un tuyau de siphon par 3, le sable de rem- plissage de la fouille par 4, et la couche de pierres dans le lit du canal et sur le sable de remplissage est désignée par 5.
On fonce tout d'abord la fouille (voir fig.2) suivant le diamètre du tuyau et, dans le cas de plusieurs conduites, suivant la distance de celles-ci, avec, aux deux côtés, un espace de 50 cm. nécessaire pour les ouvriers, la fouille recevant ensuite les parois métalliques 6 et 7. La première phase de travail con- siste danss le battage depuis la plate-forme 8 qui devra être établie. Après la confection des parois latérales, on procède à l'enlèvement de la terre au moyen d'une benne preneuse ; on n' installe pas encore lesappareils pour l'épuisement de l'eau.
Par la suite, on pose les armatures, en fers ronds 9, de préférence treillissées, destinées à la semelle en béton armé 2 ; on veille à ce que les dimensions soient le plus exactes possi- ble. On détermine, par mesurage, la position exacte de la semel- le, Les armatures pourront être suspendues au bord supérieur des parois latérales, au moyen de fers de suspensicn provisoires.
En ce qui concerne les parties extrêmes de la semelle en béton armé, désignées par 2', 2" etc. et dont la montée accuse un rap- port d'environ 1 : 4 , il faut y prévoir des interruptions ; pour ce faire, on y dispose des tôles 10, 10' etc. renforcées au
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moyen de fers profilés.
Après la mise en place de toute l'armature, en procède au bétonnage de la plaque de fond 2, 2', et ce sans modifier la nappe d'eau souterraine. L'armature n'entrave aucunement cette opération. Par la suite, on dispose près des parois latérales, des tuyaux d'épuisement à filtre 11 et 12 (voir fig.3), puis on verse dans la fouille le gravier 15 et le lest 13 (voir fig.4) jusqu' à la hauteur nécessaire, après quoi on épuise la fouille au moyen des filtres précités. La nappe d'eau souterraine à l'extérieur des parois latérales n'en est aucunement influencée.
Aprèsl'assèchement complet de tout le lest constitué par du sable et du gravier, on enfonce une cloison de séparation 14 dont l'extrémité supérieure dépasse le lest, pour que l'en puisse par la suite désemplir l'un des compartiments ainsi constitués, jusqu'à ce qu'on arrive à la couche de gravier 15 assurant la po- si tien verticale de la cloison de séparation 14. Au fur et à me- sure de ce désemplissage, on dispose les organes d'étayement 16 et 17, de telle sorte qu'on pourra maintenant procéder à la po- se, à sec et dans les meilleures conditions, des tuyaux de si- phon.
Dès que cette première partie est complètement achevée, on enlève du compartiment contigu le lest y contenu pour le verser dans le compartiment terminé (voir fig.7), où on le laisse à titre de remblai définitif. Dès lors on pourra placer dans le compartiment ainsi vidé lesétrésillons 18, 19 et 20, pu i s poser les tuyaux et remblayer pour, ensuite, retirer les parois latéra- les 21 et 21' (voir fig.8) après avoir enlevé les tuyaux d'épui- semant et après avoir recouvert le sable de remplissage d'une couche de pierres 5. L'ouvrage est maintenant complètement achevé.
Les fig.9 à 15 représentent la construction d'un tunnel sous un cours d'eau.
Fig.9 : Ici, 22 désigne les parois latérales de la fouille, ces parois comportant des goussets 23 et, le cas échéant, aussi
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des organes d'assemblage 24, de forme appropriée. Après les avoir enfoncées à la profondeuf suffisnte dans le sous-sol, on enlève la terre se trouvant entre lesparois latérales 22 jusqu'au sol 26 de la fouille ; on confectionne ensuite, d'après un procédé connu, la semelle 27 en béton armé du tunnel passant au-dessous du fleuve. On pourra maintenant placer les tuyauteriesd'aspira- tion 28.
Fig.lO : L'épaisseur g de la semelle de béton armé 27 doit être telle que celle-ci puisse résister aux forces dont en doit normalement tenir compte dans un tunnel et résultant du poids propre de la construction, charge due à la circulation, poussée des terres et pression de l'eau. Mais dans la plupart des cas, le poids de cette semelle répondant à ces conditions précitées ne sera pas suffisant pour opposer une résistance efficace à la poussée verticale qui, dès que la fouille est épuisée, agit de bas en haut sur la semelle 27. Dans ces cas, d'après le nouveau pro- cédé, la semelle 27 recevra une couche de lest 29, par exemple du sable ou toute autre matière appropriée.
Par la suite, au moyen de pompesauxquelles sont reliéslestuyaux d'aspiration 28, on procède à l'assèchement de la fouille pour pouvoir cons - truire le plafond du tunnel. L'épaisseur 1 de la couche de sable 29 doit être telle que le poids total de la semelle 27 en béton armé et de la couche de sable 29 avec l'eau qu'elle renferme et, le cas échéant, le frottement se produisant aux parois latérales, soit supérieur ou pour le moins égal à la poussée verticale qui, de bas en haut, agit sur la semelle 27.
Fig.11:On confectionne le plafond 30, en béton armé, direc- tement sur la couche de sable 29, plafcnd dont les extrémités reposent sur les goussets 23 des parois latérales. Ensuite, on fixe à ces dernières, au-dessus du plafond 30 en béton armé, des organes horizontaux 31 assurant l'étanchéité sur lesquels on con- fectionne une couche d'argile 32 ou de toute autre matière ap - propriée ; pour protéger cette dernière, on y dispose encore une couche de pierraille 33. Dès que cette dernière couche est éta -
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bli: , on coupe les parois 22 juste à la hauteur du lit du cours d'eau 25, de sorte que le trafic fluvial n'est plus entravé par les travaux du tunnel.
La fig.12 montre à plus grande échelle le point A de la fig. 11.
Fig.13 : En commençant par l'une des extrémités du tunnel, ou bien des deux cotés à la fois, on établit et étançonne une galerie 34 pour le coulage et le bétonnage des parois latérales 35. Avant de procéder à cette opération, il y a lieu d'examiner si la poussée verticale permet ou non d'établir simultanément la seconde galerie 34 de l'autre côté de la section (voir fig.14).
Il est naturellement aussi possible d'ériger les cloisons de soutènement 36 déjà lors d'une phase antérieure, comme par exem- ple avant ou après l'établissement de la couche de sable 29.
Après le durcissement complet des parois latérales 35, on pourra enlever les cloisons de soutènement 36 et le sable 29' se trou- vant entre ces dernières. Le corps du tunnel est donc achevé.
Il serait tout aussi bien possible d'extraire, par le pro- cédé des mineurs, la masse de sable 29, c'est-à-dire après l'a- chèvement du plafond et après l'assèchement, tel que le montre, en coupe transversale, la fig.15; on pourrait pousser la gale- rie depuis une extrémité du tunnel ou en commençant aux deux ex- trémités à la fois. Il est à reconmander de placer, entre sol et plafond, au fur et à mesure qu'on avance dans la galerie, des élançons 37 qui y restent jusqu'à l'achèvement complet des parois latérales.
Si l'espace compris entre le sol et le plafond le permet, l'eau pourra être utilisée comme lest ; dans ce cas, on pourrait placer sur le sol en béton armé un support à coffrage approprié pour la confection du plafond. Après que l'on aura coupé, juste à la hauteur du lit du fleuve, les cloisons latérales du tunnel et après l'évacuation de l'eau faisant office de lest, on construit les parois latérales du tunnel et enlève par la suite le support à coffrage.
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Les fig.16 à 20 montrent une variante constructive d'un tunnel sous-fluvial, tandis que les fig.21 à 23 se rapportant à la construction d'un pilier-',de pont.
Dans toutes ces figures, le lit est désigné par 40, les cloisons latérales par 41 et la semelle en béton par 42.
Après avoir enfoncé les organes nécessaires à la confec- tion des cloisons latérales de la fouille, on procède à l'exca- vation de celle-ci et l'on coule de la façon connue, sous l'eau, la semelle de béton ou de béton armé. Puis on pose les tuyaux 43 et verse dansla fouille le lest nécessaire, comme par exem- ple du sable, gravier etc., pour parer à la poussée verticale agissant sur la semelle ; ensuite, on procède à l'assèchement.
On peut maintenant établir une galerie permettant d'effectuer les différentes opérations, cette galerie pouvant être établie de telle façon qu'elle correspond à la section intérieure défini- tive du tunnel ; pour ce faire, on enfonce dansla terre de rem- plissage, des cloisons, puis on construit le plafond comportant une couche de protection, après quoi on coupe, à la hauteur du lit du fleuve, les cloisons latérales de la fouille., de sorte que le trafic fluvial puisse de nouveau se faire normalement.
Finalement, on vide l'espace ainsi constitué. Les cloisons de séparation sont prises dans le plafond et après fixation conve- nable avec la semelle, la construction est achevée. Toutefois, lorsque les circonstances le permettent, on pourra aussi procé- der comme le montrent les fig.16 à 20.
Suivant la fig.16, on enfonce d'abord les cloisons latéra- les 41, puis on procède au coulage sousl'eau de la semelle 42.
Pour l'épuisement ultérieur de la fouille, on installe les tuyaux d'aspiration 43. Par la suite, suivant la fig.17, on ver- se sur la semelle 42 le lest 44 ; cela fait, on assèche la fouil- le ; ensuite, on établit, au moyen de cloisons de séparation 45, les galeries 46 et 47 qui permettent de couler les parois laté- rales à gauche et à droite. Ces opérations terminées, on retire
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les cloisons de séparation et construit à sec le plafond en béton armé sur lequel est disposée une couche de protection, lors de quoi on pourra de nouveau remplir d'eau le noyau de lest qui sub- siste encore, de même que l'espace libre pourrait être rempli d'eau et ce presque jusqu'à la surface inférieure du plafond, en vue d'accroître le lest.
Finalement, on coupe ou retire les cloi- sons extérieures, et l'on procède à l'évacuation de l'eau et du noyau de terre.
Vu qu'on établit simultanément les deux galeries 46 et 47, les travaux s'effectuent sensiblement plus vite et on réalise ainsi une charge absolument symétrique du terrain au-dessous de la semelle en béton armé, et ce pendait toutes les phases de travail. En outre, on ne touche pas du tout au lest compris entre les cloisons, ce qui constitue, par rapport au procédé suivant les fig.l à 8, des avantages considérables.
Les figures 21 à 23 montrent un exemple de réalisation pour la fondation d'un pilier de pont. D'abord, la fouille est divi- sée en compartiments, au moyen de cloisons, et après avoir ex- trait la terre, on procède au coulage sous l'eau de la semelle en béton armé ; ensuite on dispose les tuyaux devant servir à l'épuisement. Transversalement au sens longitudinal des piliers, on érige sous l'eau des cloisons de séparation 48 constituées dans le cas présent par des poutres en béton armé. Le guidage latéral de ces poutres est assuré par les dépressions des ondula- tions des cloisons extérieures, cette façon d'assemblage ajoutant encore à la rigidité de l'ensemble.
Dès que les cloisons de sépa- ration ont atteint une hauteur suffisante, on remplit de lest, par exemple de béton maigre, l'espace comprisentre lescloisons de séparation et les cloisons latérales de la fouille. Si l'on désire que l'une des deux chambreextrêmes reste remplie provi- soirement, on utilisera de préférence du sable. Après avoir suf- fisamment asséché la fouille, on peut procéder au bétonnage des deux piliers latéraux. quelquefois, il suffit aussi d'assécher
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simplement les chambres extrêmes, auquel cas les cloisons de séparation devront être de forme appropriée.
A l'encontre ,des méthodes généralement appliquées jusqu'à, présent, le nouveau procédé permet de construire à sec, en béton particulièrement résistant, les parties qui se trouvent juste au-dessous des appuis du pont, ces parties devant résister à des efforts particulièrement grands. En outre, les matières de rem - plissage, de même que les cloisons de séparation, pourront rester définitivement dans le pilier. En comparant le procédé suivant la présente invention aux anciennes méthodes de fondation utili- sant le caisson, on conçoit aisément les avantages du premier.
Il va de soi qu' il n'est pas toujours nécessaire d'effec- tuer la division en galeries sur toute la hauteur. Il peut de même être avantageux de disposer les cloisons de séparation pour les chambres à lest à la fois dans le sens longitudinal et trans- versalement, c'est-à-dire dans les deux axes principaux de l'ou- vrage. De plus, pour ce faire, il serait utile de prévoir, par exemple dans les cloisons de séparation transversales, des gorges ou rainures destinées à recevoir les cloisons de séparation longi- tudinales.
En outre, il n'est pas nécessaire que les matériaux de remplissage constituent un volume tel qu'ils compensent à eux seuls la poussée verticale (bien entendu, en collaboration avec les autres facteurs, comme le poids propre de la semelle etc. ), mais on pourrait remplacer une partie du sable constituant le lest par de l'eau, ce qui dépend évidemment de la nature de la construction et des circonstances en général. Lorsque les parois ou piliers, en béton, s'appuyant sur la plaque de fond, sont faits par coulage sous l'eau, il serait également possible de charger le lest au moment même du coulage.
Le principe du nouveau procédé pourra tout aussi bien être appliqué aux travaux de tran sformat ion .