EP0463925B1

EP0463925B1 - Procédé de réalisation, à flanc de montagne, d'une structure semi-enterrée et structure ainsi réalisée

Info

Publication number: EP0463925B1
Application number: EP91401620A
Authority: EP
Inventors: Marcel Matière
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1991-06-17
Publication date: 1995-08-23
Anticipated expiration: 2011-06-17
Also published as: FR2663666B1; DE69112294D1; FR2663666A1; CA2044789A1; ES2075383T3; ATE126851T1; JP2851953B2; EP0463925A1; US5199819A; JPH04231510A; CA2044789C

Description

L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'une structure semi-enterrée formant une galerie de protection de chaussée ou de voie ferrée réalisée à flanc de montagne et couvre également les structures ainsi réalisées.
On est souvent amené, en terrain accidenté, à réaliser la plateforme d'une chaussée ou d'une voie ferrée en corniche ou au pied d'un terrain fortement incliné, parfois même, une falaise verticale, par exemple, à la sortie d'un tunnel.
Une telle structure est destinée essentiellement à protéger la chaussée contre les éboulements ou les avalanches. Elle doit donc être constituée, du côté amont, par une paroi pleine qui se raccorde à une couverture permettant de retenir les éboulements ou les avalanches ou bien de les faire passer par-dessus la chaussée. En revanche, du côté aval, la couverture s'appuie généralement sur une paroi percée d'orifices, souvent une série de pilliers, de façon à permettre un éclairage naturel de la chaussée et à ne pas allonger inutilement le tunnel.
La couverture doit pouvoir résister à des chocs très importants dus, par exemple, à la chute de gros blocs et on préfère souvent lui donner la forme d'une voûte. En outre, elle est, de préférence, recouverte d'un remblai qui permet d'amortir les chocs.
Mais une telle structure doit aussi pouvoir supporter des efforts latéraux importants dus aux éboulements et aux avalanches.
On connaît depuis longtemps de telles structures.
Le brevet US-A-3 282 056 décrit, par exemple, de telles galeries de protection mais celles-ci sont réalisées entièrement au moyen de panneaux métalliques en tôle ondulée qui doivent être maintenus par des tirants. De tels panneaux n'ont pas la même résistance qu'une paroi en béton armé mais, surtout, les risques de corrosion ne donnent pas aux ouvrages ainsi réalisés une pérennité suffisante. C'est pourquoi, on préfère, normalement utiliser le béton armé ou précontraint. Par exemple, la revue "Route et Circulation Routière" N° 6 du 2 juin 1967 montre une galerie de protection constituée d'une paroi voutée en béton, encastrée dans le sol du côté amont et reposant sur une série de piliers du côté aval.
Le brevet suisse n° 402.919 montre également une telle galerie comportant une dalle de couverture ancrée dans la paroi rocheuse du côté amont et reposant, du côté aval, sur une paroi munie de panneaux mobiles permettant d'absorber la dépression due au passage d'une avalanche.
Jusqu'à présent, de telles structures étaient réalisées par les techniques habituelles du béton armé, c'est-à-dire par moulage en place, en utilisant des coffrages et des cintres. Ces procédés sont relativement longs et coûteux.
Or, en terrain montagneux, la saison favorable aux constructions est très courte. De plus, le personnel et le matériel ne sont pas totalement protégés contre les chutes de pierres ou les éboulements qui peuvent se produire pendant la construction.
L'invention a pour objet de résoudre ces difficultés grâce à un nouveau procédé permettant de construire de telles galeries de protection très rapidement et en toute sécurité.
L'invention concerne donc, d'une façon générale, la réalisation d'une structure semi-enterrée pour la protection d'une plateforme s'étendant à flanc de montagne suivant un axe longitudinal et comprenant une couverture prenant appui, du côté amont, sur une paroi fermée et du côté aval sur une paroi ouverte, par exemple une série de piliers espacés.
Conformément à l'invention, la structure de protection est entièrement constituée d'éléments préfabriqués en béton couvrant chacun une partie de la section transversale et formant une suite de tronçons adjacents placés les uns à la suite des autres suivant l'axe longitudinal, et constitués chacun de trois éléments préfabriqués, respectivement un élément supérieur de couverture prenant appui, par l'intermédiaire d'articulations longitudinales, sur deux éléments de côté comprenant, respectivement, une paroi pleine du côté amont et au moins un pilier du côté aval, et munis chacun d'une base en forme de semelle élargie à face inférieure plane permettant à l'élément d'être simplement posé sur le sol et d'une partie supérieure en forme de longrine sur laquelle sont ménagées des parties longitudinales d'appui articulé du bord latéral correspondant de l'élément de couverture.
Pour construire, selon l'invention, une telle structure:

on réalise à l'avance, dans un chantier de préfabrication, trois séries d'éléments préfabriqués, respectivement des éléments de côté amont comprenant une paroi plane s'étendant entre une base élargie et une longrine supérieure, des éléments de côté aval comprenant au moins un pilier s'étendant entre une base élargie et une longrine supérieure, et des éléments supérieurs de couverture constitués chacun d'un voile rigide s'étendant entre deux bords latéraux parallèles, sur lesquelles sont ménagées des parties d'appui longitudinales susceptibles de coopérer avec des parties longitudinales conjuguées ménagées sur la face supérieure des longrines des éléments de côté de façon à former des appuis articulés,
on réalise au moins une partie de plateforme aplanie au niveau voulu,
on pose successivement sur ladite partie de plateforme, au moins un élément de côté amont, un élément de côté aval et un élément de voûte.

L'invention met à profit les progrès récents de la préfabrication qui permettent de réaliser des éléments préfabriqués de grande résistance et présentant des dimensions importantes. En particulier, l'inventeur avait déjà proposé dans le brevet EP 081.402, une technique de construction d'ouvrages souterrains tels que des buses ou des ponts au moyen d'éléments préfabriqués posés sur le fond d'une tranchée et recouverts ensuite d'un remblai.
Cette technique a fait l'objet de perfectionnements et, par exemple, la demande internationale WO 86/02967, décrit un procédé de réalisation d'une structure comprenant deux sections de passage parallèles recouvertes chacune par un élément supérieur en forme de voûte qui repose, vers l'extérieur sur un élément de côté et, vers l'intérieur, sur un prédroit intermédiaire prenant appui sur le sol par une semelle.
Dans ce procédé connu, on utilise aussi des éléments de côté munis à leur base d'une partie de stabilisation leur permettant d'être simplement posés sur le sol en se tenant droits sans échafaudage et en supportant un élément supérieur en forme de voûte incurvée qui se raccorde tangentiellement aux éléments de côté de façon que les charges appliquées se transmettent par effet de voûte sur les éléments de côté et jusqu'à un radier plan permettant de répartir les contraintes sur une grande surface.
De ce fait, les éléments préfabriqués décrits dans le brevet EP 081.402 étaient prévus pour transmettre tangentiellement les efforts et non pas pour supporter des contraintes latérales importantes. C'est pourquoi ils ne pouvaient pas être utilisés sans adaptation pour la réalisation de structures semi-enterrées à flanc de montagne.
En particulier, chaque élément de couverture est constitué d'un voile en forme de secteur cylindrique associé à au moins une nervure transversale de raidissement ménagée sur l'intrados dudit voile et s'étendant suivant un plan perpendiculaire à l'axe, l'ensemble formant une pièce rigide sensiblement indéformable, moulée en une seule pièce en béton armé ou précontraint.
De la sorte, on conserve la forme voutée de la couverture qui permet de mieux encaisser la charge du remblai et les chocs provenant des éboulements, mais la rigidité conférée par la nervure permet de maintenir l'écartement des bords latéraux et de transmettre les charges aux éléments de côté suivant des directions essentiellement verticales par l'intermédiaire des appuis articulés qui sont ménagés sur des faces horizontales en regard de l'élément supérieur et des longrines d'appui.
Une telle structure en portique articulé résiste mieux aux efforts latéraux qui s'exercent occasionnellement en cas d'éboulements ou d'avalanches.
Cependant, les bords latéraux de l'élément de couverture sont soumis à des efforts verticaux importants et doivent donc pouvoir être ferraillés en conséquence.
A cet effet, chaque élément de couverture peut être muni, le long de ses deux bords longitudinaux parallèles, respectivement de deux longerons de renforcement prenant appui sur les longrines supérieures des éléments de côté et les appuis longitudinaux articulés sont constitués de parties conjuguées ménagées, respectivement en creux et en saillie, sur les faces horizontales en regard des longerons de l'élément de couverture et des longrines des éléments de côté.
Il est également avantageux que l'élément de côté amont soit constitué d'une paroi incurvée se raccordant tangentiellement au voile cylindrique de l'élément de couverture. Dans ce cas, la paroi incurvée est munie, à son extrémité supérieure et du côté de l'extrados, d'une partie élargie à section triangulaire comportant une face horizontale sur laquelle est ménagée la partie correspondante de l'appui articulé.
Etant donné que l'élément de couverture est simplement posé sur les longrines supérieures, des éléments de côté, sa largeur n'est pas nécessairement limitée à l'écartement desdites longrines et il peut avantageusement être prolongé, au moins du côté aval, par une partie s'étendant en porte-à-faux à partir du bord latéral d'appui correspondant et comprenant une section de voile cylindrique associée à au moins une nervure de raidissement s'étendant entre les extrados de l'élément supérieur et dudit prolongement, perpendiculairement à l'axe et de part et d'autre dudit bord latéral d'appui.
De préférence, l'espace compris entre le terrain naturel et l'élément de côté placé vers la crête est rempli d'un matériau de remblayage relativement souple et l'ensemble est recouvert de terre végétale jusqu'au bord latéral opposé de l'élément supérieur.
Mais l'invention sera mieux comprise par la description suivante d'un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple et représenté sur les dessins annexés.

la figure 1 est une vue générale, en coupe transversale, d'une structure réalisée selon l'invention;
la figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1;
la figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figure 1;
la figure 4 est une vue schématique, en coupe transversale, d'une chaussée réalisée à flanc de montagne sur une plateforme aplanie et tassée 4.

La structure représentée sur la figure 1 comprend un élément supérieur 1 placé sur deux éléments de côté, respectivement amont 2 et aval 3 reposant sur le sol chacun par l'intermédiaire d'une semelle 21, 31. Tous les éléments sont réalisés en béton armé ou précontraint.
Aucun ancrage dans le sol et aucun travail de fondation ne sont nécessaires, les deux éléments de côté 2 et 3 étant simplement posés sur la plateforme 4 par l'intermédiaire de leurs semelles 21, 31, qui sont prévues pour leur permettre de se tenir droits sans échafaudage.
L'élément supérieur de couverture 1 est constitué d'un voile en béton en forme de secteur de cylindre de révolution centré sur un axe longitudinal 10 et muni, sur son intrados 11a, de deux nervures transversales 12 qui s'étendent suivant des plans perpendiculaires à l'axe longitudinal 10. En outre, le long de ses deux bords latéraux 13, 13′ parallèles à l'axe 10, l'élément supérieur 1 est muni de deux longerons de renforcement 51, 52 prenant appui respectivement sur des longrines 22, 32 ménagées sur les extrémités supérieures des éléments de côté 2 et 3, par l'intermédiaire d'organes d'appui longitudinaux articulés 5 (5′).
Dans le mode de réalisation représenté, sur les figures, chaque élément de côté amont 2 est constitué d'une paroi pleine incurvée vers l'intérieur et s'étendant, suivant une direction sensiblement verticale, à partir de la base 21.
La courbure de la paroi incurvée 2, au moins à son extrémité supérieure, est égale à celle du voile cylindrique 1 de façon que les éléments se raccordent tangentiellement.
Cependant, pour permettre la reprise par l'élément de côté 2 des efforts verticaux appliqués sur des appuis 5, l'extrémité supérieure de l'élément 2 est élargie du côté de l'extrados par une partie 22 présentant une face supérieure horizontale 23 et dans laquelle peut être placé le ferraillage nécessaire pour encaisser les efforts appliqués, l'extrémité supérieure 22 formant ainsi une longrine de renforcement à section sensiblement triangulaire.
Normalement, la longrine 22 sera moulée en une seule pièce avec l'élément de côté 2. Elle pourrait, cependant, être constituée d'une poutre rapportée, posée et scellée sur l'extrémité supérieure de l'élément 2.
Chaque organe d'appui 5 est constitué de deux parties conjuguées 53, 54, ménagées respectivement, en saillie et en creux, sur les faces en regard des longerons 51, 52, et des longrines 22, 32, ou inversement.
Par exemple, la face inférieure de chaque longeron 51, 52, de l'élément de couverture est munie d'une nervure 53 à profil arrondi convexe s'engageant dans une rainure 54 ménagée sur la face supérieure 23 de la longrine 22 (32) de l'élément de côté 2 (3).
Des joints d'étanchéité 55 (55′), par exemple en néoprène, peuvent être placés avantageusement entre les deux parties 53, 54, prenant appui l'une sur l'autre.
L'élément supérieur 1, raidi pr les nervures 12 et les longerons 51, 52, constitue un ensemble rigide, sensiblement indéformable, moulé en une seule pièce. Par conséquent, même lorsqu'il est chargé d'un remblai, l'élément supérieur 1 ne transmet aux éléments de côté 2 et 3 que des efforts verticaux passant par les plans médians P, P′ des organes d'appui 5, 5′.
L'ensemble de la structure forme ainsi un portique articulé reposant sur les semelles 21, 31 qui peuvent être calculées pour résister occasionnellement aux efforts horizontaux résultant d'éboulements ou du passage d'avalanches, les efforts verticaux étant prépondérants.
Ainsi, la partie interne 21a de la semelle 21 de l'élément de côté 2 peut s'étendre suffisamment vers l'intérieur à partir du plan d'appui P pour assurer la stabilité de l'élément 2. En outre, la partie externe 21b de la semelle 21 peut avantageusement être largement prolongée vers l'extérieur de façon à participer à la stabilité de l'élément 2 par effet de bêche lorsqu'elle est chargée d'un remblai.
On notera aussi que, lorsque les éléments 2 sont incurvés, la longrine 22 permet de repousser vers l'extérieur le plan d'application P des efforts d'appui.
La couverture 1 peut recouvrir simplement l'espace compris entre les éléments de côté 2 et 3. Les longerons 51 et 52 sont alors identiques. Cependant, dans le mode de réalisation préférentiel représenté sur les figures, l'élément supérieur 1 est muni sur un côté d'un prolongement de couverture 6 constitué d'un voile incurvé 61 s'étendant en porte-à-faux à partir du longeron 52. Le voile 61 peut avoir la forme d'un secteur cylindrique de même rayon que le voile 11 de façon que les naissances des deux voûtes forment un ensemble symétrique par rapport au longeron d'appui 52.
Par ailleurs, une ou plusieurs nervures transversales 63, perpendiculaires à l'axe longitudinal 10, sont ménagées vers le haut, entre les extrados 11b et 61b, de façon à relier entre elles les deux voûtes 11 et 61. L'élément supérieur 1 constitue ainsi un ensemble rigide qui est moulé en une seule pièce en béton armé ou précontraint et qui comprend la voute 11 et son prolongement 6, les nervures 12 et 63 et les longerons 51 et 52. Les caractéristiques dimensionnelles des voiles cylindriques et de leurs nervures, ainsi que les ferraillages sont déterminés de façon à former un ensemble à la fois rigide et léger susceptible de supporter sans déformation son poids propre et le poids d'un talus d'épaisseur limitée.
L'organe d'appui longitudinal 5′ du longeron 52 de l'élément supérieur sur l'élément de côté 3 est également symétrique par rapport au plan vertical P′, la rainure 54′ étant ménagée sur la face supérieure 33 du longeron 32 qui n'a donc pas besoin d'être élargi comme le longeron 22 de l'élément de côté 2.
La structure qui vient d'être décrite est particulièrement adaptée à la réalisation d'une route en corniche, comme on l'a représenté sur la figure 4.
Les éléments préfabriqués 1, 2, 3 peuvent avantageusement être réalisés dans une usine de préfabrication éventuellement éloignée du site de construction. En effet, on peut limiter leurs dimensions, dans le sens longitudinal, à la largeur d'une remorque routière pour permettre leur transport. La chaussée, qui peut avoir deux voies parallèles A et B, est placée sur une plateforme 40 réalisée à flanc de montagne.
Pour la construction de la galerie, après avoir réalisé la plateforme 4, éventuellement sur une longueur réduite pour diminuer les risques d'éboulements, on pose d'abord un certain nombre d'éléments amont 2 en les alignant, puis les éléments aval 3 et enfin les éléments de couverture 1.
Le côté de la plateforme 4 tourné vers la crête peut être creusé en déblais et si la nature du sol le permet, la face amont 41 peut être sensiblement verticale de façon à limiter l'emprise et le volume de déblais. En effet, le personnel bénéficie, dès la pose des éléments amont 2, d'une certaine protection contre les éboulements qui se bloquent entre la montagne 41 et l'élément 2. Cette protection est encore améliorée par la forme incurvée de !a paroi 2. Lorsque la structure a été construite sur une certaine longueur, la chaussée peut être réalisée à l'abri.
Pour une chaussée à deux voies, l'élément aval 3 est placé sensiblement au milieu de la plateforme 4. Cependant, du fait que les fondations sont supprimées et que la charge est bien répartie par la semelle 31, l'élément de côté 3 pourrait être placé, dans le cas d'une voie étroite, très près du bord aval de la plateforme 4.
La chaussée 46 est réalisée de façon classique, les parties internes des semelles 21 et 31 pouvant constituer un encastrement et supporter, éventuellement, des trottoirs.
Bien entendu, l'invention ne se limite pas au seul mode de réalisation qui vient d'être décrit et qui pourrait faire l'objet de variantes. Par exemple, l'élément de côté 2 placé vers la crête est avantageusement incurvé pour mieux résister à la poussée des terres et pour protéger un trottoir mais il pourrait aussi être constitué d'une paroi plane s'étendant verticalement à partir de la semelle 21.
Les dimensions et le ferraillage des différents éléments sont déterminés pour résister aux efforts et en particulier pour donner à l'élément supérieur 1 la rigidité voulue sans en augmenter exagérément le poids. En particulier, comme on l'a représenté sur les figures, la face inférieure 14 de la nervure 12 peut être incurvée pour alléger l'ensemble et dégager un plus grand gabarit de passage. Toutefois, dans certaines applications, par exemple des bâtiments d'habitation ou industriels, la face inférieure 14 pourrait être horizontale de façon à faciliter la pose d'un plafond, les nervures 12 pouvant, alors, être plus minces.
On pourrait aussi ménager dans les nervures 12 des orifices 15 permettant le passage de gaines, canalisations et circuits divers.
Par ailleurs, la structure selon l'invention pourrait faire l'objet d'autres applications, par exemple pour la réalisation de parois de protection entre le bruit, en site urbain, dans ce cas, la réalisation d'un remblai et d'un talus en terre végétale au-dessus de la structure resterait intéressante pour son effet d'amortissement des bruits et d'un point de vue esthétique.
Une structure de même type pourrait aussi être utilisée pour la réalisation de bâtiments semi-enterrés, par exemple à flanc de côteaux dans des sites touristiques, de tels bâtiments, éventuellement recouverts de jardins, s'intégrant bien au paysage et étant bien protégés contre des éboulements éventuels ou des avalanches en hiver.

Claims

Structure couverte semi-enterrée de protection d'une plateforme s'étendant à flanc de montagne suivant un axe longitudinal et présentant un côté fermé du côté amont et un côté ouvert du côté aval, ladite structure étant réalisée en béton et comprenant une couverture prenant appui, du côté amont, sur une paroi pleine et du côté aval sur une série de piliers espacés,
caractérisée par le fait qu'elle est entièrement constituée d'éléments préfabriqués en béton couvrant chacun une partie de la section transversale et formant une suite de tronçons adjacents placés les uns à la suite des autres suivant l'axe longitudinal, et constitués chacun de trois éléments préfabriqués, respectivement un élément supérieur de couverture (1) prenant appui, par l'intermédiaire d'articulations longitudinal es, sur deux éléments de côté comprenant, respectivement, une paroi pleine (2) du côté amont et au moins un pilier (3) du côté aval, et munis chacun d'une base (21,31) en forme de semelle élargie à face inférieure plane permettant à l'élément d'être simplement posé sur le sol (4) et d'une partie supérieure en forme de longrine (22,32) sur laquelle sont ménagées des parties longitudinales d'appui articulé du bord latéral correspondant de l'élément de couverture.
Structure couverte selon la revendication 1, caractérisée par le fait que chaque élément de couverture (1) est constitué d'un voile en forme de secteur cylindrique associé à au moins une nervure transversale de raidissement ménagée sur l'intrados dudit voile et s'étendant suivant un plan perpendiculaire à l'axe, l'ensemble formant une pièce rigide sensiblement indéformable, moulée en une seule pièce.
Structure couverte selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que chaque élément de couverture (1) est muni, le long de deux bords longitudinaux parallèles, respectivement de deux longerons prenant appui sur les longrines supérieures des éléments de côté et dont les dimensions et le ferraillage sont déterminés en fonction des efforts d'appui.
Structure couverte selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les appuis longitudinaux articulés sont constitués de parties conjuguées ménagées, respectivement en creux et en saillie, sur les faces en regard des bords longitudinaux de l'élément de couverture et des longrines supérieures des éléments de côté.
Structure couverte selon la revendication 2, caractérisée par le fait que chaque élément de côté amont est constitué d'une paroi incurvée se raccordant tangentiellement au voile cylindrique de l'élément de couverture et est muni à son extrémité supérieure et du côté de l'extrados, d'une partie élargie à section triangulaire comportant une face horizontale sur laquelle est ménagée la partie correspondante de l'appui articulé.
Structure couverte selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'élément supérieur (1) est muni, au moins un côté, d'un prolongement de couverture (6) s'étendant en porte-à-faux à partir du bord latéral d'appui correspondant (13′) et comprenant une section de voile cylindrique (61) associée à au moins une nervure de raidissement (63) s'étendant entre les extrados (11b, 61b) de l'élément supérieur et dudit prolongement, perpendiculairement à l'axe (10) et de part et d'autre dudit bord latéral d'appui (13′).
Structure couverte selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les dimensions des éléments préfabriqués, dans le sens parallèles à l'axe longitudinal de la plateforme, sont limitées au gabarit de circulation sur chaussée ou sur voie ferrée pour permettre le transport des éléments depuis le chantier de préfabrication jusqu'au site de construction.
Structure couverte selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'espace (43) compris entre l'élément de côté (2) placé vers la crête et le terrain naturel (41) est rempli d'un matériau de remblayage (43) et l'ensemble est recouvert de terre végétale (44) jusqu'au bord latéral opposé de l'élément supérieur (1).
Procédé de réalisation d'une structure couverte semi-enterrée pour la protection d'une plateforme s'étendant à flanc de montagne suivant un axe longitudinal, ladite structure étant réalisée en béton et comprenant une couverture prenant appui, du côté amont, sur une paroi fermée et du côté aval, sur une série de piliers espacés,
caractérisé par le fait que:
- on réalise à l'avance, dans un chantier de préfabrication, trois séries d'éléments préfabriqués, respectivement des éléments de côté amont comprenant une paroi pleine s'étendant entre une base élargie et une longrine supérieure, des éléments de côté aval comprenant au moins un pilier s'étendant entre une base élargie et une longrine supérieure, et des éléments supérieurs de couverture constitués chacun d'un voile rigide s'étendant entre deux bords latéraux parallèles, sur lesquelles sont ménagées des parties d'appui longitudinales susceptibles de coopérer avec des parties longitudinales conjuguées ménagées sur la face supérieure des longrines des éléments de côté de façon à former des appuis articulés,

- on réalise au moins une partie de plateforme aplanie au niveau voulu,

- on pose successivement sur ladite partie de plateforme, au moins un élément de côté amont, un élément de côté aval et un élément de voûte.
Application d'une structure couverte selon l'une des revendications 1 à 8 à la réalisation d' un ouvrage de protection contre les éboulements ou les avalanches.
Application d'une structure couverte selon l'une des revendications 1 à 8, à la réalisation d'un bâtiment semi-enterré.