EP1146176B1 - Structure-réservoir - Google Patents

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EP1146176B1
EP1146176B1 EP01400905A EP01400905A EP1146176B1 EP 1146176 B1 EP1146176 B1 EP 1146176B1 EP 01400905 A EP01400905 A EP 01400905A EP 01400905 A EP01400905 A EP 01400905A EP 1146176 B1 EP1146176 B1 EP 1146176B1
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reservoir structure
concrete
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reservoir
hollow
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Gérard G. Degas
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Centre D'etudes Et De Recherches Del'industrie Du
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CENTRE D'ETUDES ET DE RECHERCHES DE L'INDUSTRIE DU BETON
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03F—SEWERS; CESSPOOLS
    • E03F1/00—Methods, systems, or installations for draining-off sewage or storm water
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B11/00—Drainage of soil, e.g. for agricultural purposes

Definitions

  • the present invention relates to the field of town planning and rainwater sanitation and it concerns more particularly a reservoir structure intended in particular for the realization of tank roads in Urban.
  • a water reservoir constituted by a set of parallelepipedic blocks made of plastic (for example polypropylene or any equivalent thermoplastic material) forming a honeycomb honeycomb structure and which can be arranged under green spaces or areas subject to low permanent loads (eg playgrounds or sports complexes) or under urban roads subject to very low traffic.
  • plastic for example polypropylene or any equivalent thermoplastic material
  • this structure proves poorly suited for use under heavy traffic traffic under heavy load and for which the use of a such structure could only be done under a foundation layer important.
  • manufacturing and implementation costs relatively high.
  • a tank structure for storage and the containment of rain runoff comprising a set hollow concrete elements arranged in bulk, randomly, so as to have a vacuum index greater than 50%.
  • these hollow concrete elements are elements each having a volume not exceeding 1 dm 3 . They may have a prismatic or cylindrical shape, and a compressive strength of between 30 and 65 MPa.
  • the concrete forming these hollow elements is cement-based, with or without fibers (for example polypropylene), or resin-based.
  • said set of elements hollow concrete is covered by an equalizing layer formed of a coarse gravel size of aggregates between 20 and 50 mm.
  • This equalization layer and the set of hollow concrete elements are surrounded by a geotextile to protect them from intrusions of fine elements.
  • the present invention also relates to an urban roadway or any other buried or open structure including such a reservoir structure, whether they are parking lots, infiltration wells, or storage ditches.
  • Figure 1 schematically illustrates a reservoir structure according to the invention implemented at an urban roadway.
  • This roadway 20 comprises, from its upper surface until lower level of the soil, a layer 22 of porous coating, such as a draining asphalt or a set of permeable concrete pavers constituting the raceway for vehicles, a superficial layer of shape 23 (also called laying bed) a few centimeters thick (typically 3 to 5 cm) consisting for example of a layer of sand or gravel of very small dimensions, an equalization layer 24 formed grossly coarse (that is to say, expurgated from its finest constituents) about a few centimeters thick and having a dimension of aggregates between 20 and 50 mm, and a storage area (layer of retention 26) constituting the reservoir structure itself and comprising a particular type of honeycomb products formed of concrete elements.
  • a geotextile 28 surrounds the porous material 26 and the leveling layer 24 to prevent any intrusions of fine elements from the soil 30, the form or side embankments and reinforce the cohesion of the whole.
  • FIG. 1 A second example of realization of an urban pavement with of a reservoir structure according to the invention is illustrated in FIG.
  • This roadway 40 comprises, as before, a layer 42 coating material constituting the rolling track for vehicles, a equalization layer 44 and a retention layer 46 forming the reservoir structure.
  • the coating layer 42 is an impermeable layer formed of a compact coating. Since then, rain runoff can no longer flow to the ground 30 through of the coating 42, it is provided on each side of the gutter channel and drain mouths 52 allowing infiltration of water to the retention layer 46. This infiltration will preferably be carried out in multiple injection points, possibly extended by a network of drains ensuring the distribution of water in the structure.
  • the ground 30 as well as the lateral embankments 50 are covered with an impermeable geomembrane 54 constituting a reservoir waterproof that prevents any natural infiltration into the soil, the evacuation of the water is then effected by means of drainage drains 56 placed on the floor at the bottom of the structure (at the bottom of the tank), and for example either side of the retention layer 46.
  • drainage drains 56 placed on the floor at the bottom of the structure (at the bottom of the tank), and for example either side of the retention layer 46.
  • These drains can be connected downstream to a collection view (not shown) equipped with a debit regulator.
  • Unrepresented purification devices (basket, settling mouth, siphoid device, laminar decanter) will be obviously also provided for the right of the mouths drains to limit the entries of all pollutions in the structure.
  • the retention layer 26, 46 forming the reservoir structure itself is constituted, at a thickness of at least 20 cm (the thickness will depend on the volume of water to be stored), multiple concrete elements, identical or not, randomly distributed so as to form a compact assembly with a high porosity greater than 50%, typically from 50% to 60%, ie a retention of 500 to 600 liters of water per m 3 , much higher than that obtained with a simple Ordinary coarse gravel layer for which this so-called vacuum void porosity is close to 35%.
  • Each element is in the form of a small prismatic or cylindrical hollow element of concrete based on cement or resin having a mean compressive strength of between 30 and 65 MPa.
  • the constituent concrete may be cavernous or not and provided or not with fibers (for example polypropylene).
  • this element has a volume ⁇ 1dm 3 with dimensions of between 40 and 100 mm, for its height and external dimension, and between 20 and 60 mm for its internal dimension.
  • FIG. 3 shows a first example of a concrete element 60 having a hollow structure with a circular section (cylindrical structure)
  • FIG. 4 shows a second example of a concrete element 62 having a hollow structure with a polygonal section, in particular hexagonal section (structure right prismatic).
  • the operation of the reservoir structure is as follows. During violent rainfall, the rainwater will be drained towards the reservoir structure 26, 46 through the coating 22 or by means of the gutters or gullies 52. These waters will gradually fill this structure by filling the existing void (chasing the air that was there) between the multiple elements of concrete and in these elements themselves, thus storing the accumulated water. When the rain stops and the runoff has ceased, the structure will gradually empty up to complete emptying. The leakage flow will be conditioned either by the capacity infiltration of the natural soil 30 either by a downstream regulating device (no represent).

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Description

Domaine de la technique
La présente invention se rapporte au domaine de l'urbanisme et de l'assainissement pluvial et elle concerne plus particulièrement une structure-réservoir destinée notamment à la réalisation de chaussées réservoir en milieu urbain.
Art antérieur
Comme il est connu, l'urbanisation croissante depuis les années 1950 a eu de graves conséquences en matière d'assainissement pluvial, notamment du fait de l'imperméabilisation des surfaces de sol. En effet, ces surfaces, étanches pour la plupart (par exemple les parcs de stationnement, les trottoirs, les chaussées, les aéroports, etc.), ne permettent pas une infiltration des eaux de pluies qui sont donc amenées à ruisseler vers les réseaux d'évacuation des eaux usées. Or, la plupart des réseaux actuels ne sont pas dimensionnés dans ces conditions pour assurer une évacuation correcte en cas de fortes pluies d'orage et encore moins en cas de tempête ou d'ouragan, d'où la fréquence et l'ampleur des inondations urbaines récentes.
Une solution à ce problème consisterait en une extension de capacité des réseaux pluviaux au centre des villes, notamment par la création de bassins de retenue de taille conséquente. Toutefois, l'urbanisation actuelle interdit en pratique le recours à une telle solution du fait de l'absence d'espace disponible pour mettre en place ces « bassins d'orage » comme de celui du coût des travaux à entreprendre.
Aussi, il a été proposé par exemple par la demande de brevet française N° 2 682 410 un réservoir de retenue d'eau constitué par un ensemble de blocs parallélépipèdiques en matière plastique (par exemple du polypropylène ou tout autre matière thermoplastique équivalente) formant une structure alvéolaire en nid d'abeilles et qui peut être disposé sous des espaces verts ou des zones soumises à de faibles charges permanentes (cours de récréation ou complexes sportifs par exemple) voire sous des chaussées urbaines soumises à un très faible trafic. En effet, du fait des propriétés mécaniques limitées de ces matériaux thermoplastiques, cette structure s'avère mal adaptée à une utilisation sous les chaussées à fort trafic soumises à des charges importantes et pour lesquelles l'emploi d'une telle structure ne pourrait se faire que sous une couche de fondation importante. En outre, elle présente des coûts de fabrication et de mise en oeuvre relativement élevés.
Pour ce type de chaussée, on a donc plutôt recours à la structure-réservoir de la figure 5 constituée d'une couche épaisse de matériaux poreux 10 et qui assure à la fois une fonction de recueil des eaux de pluie par sa surface supérieure 12 formée d'un revêtement drainant, une fonction de rétention des eaux par une couche de grave grossière 14 reposant sur un géotextile 16, et une fonction d'évacuation de ces eaux soit par une infiltration naturelle au travers d'un sol 18 relativement perméable mais de portance suffisante au regard du trafic prévisible soit dans un réseau existant à débit contrôlé (non représenté).
Malheureusement, ce type de structure-réservoir qui présente l'intérêt d'être moins coûteuse, souffre de l'inconvénient de présenter des propriétés hydrauliques relativement limitées en matière de rétention d'eau (en moyenne 1 m3 de grave grossière permet un stockage de 350 litres d'eau soit un indice de vide utile de 35%).
Définition et objet de l'invention
La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients en proposant une structure-réservoir particulièrement adaptée aux chaussées urbaines et permettant un volume plus important de stockage et de rétention d'eau. Un autre but de l'invention est de proposer une telle structure à un coût de fabrication raisonnable.
Ces buts sont atteints par une structure-réservoir destinée au stockage et à la retenue des écoulements pluviaux et comprenant un ensemble d'éléments creux en béton disposés en vrac, de façon aléatoire, de manière à présenter un indice de vide supérieur à 50%.
De préférence, ces éléments creux en béton sont des éléments ayant chacun un volume n'excédant pas 1 dm3. Ils peuvent présenter une forme prismatique ou cylindrique, et une résistance à la compression comprise entre 30 et 65 MPa. Avantageusement, le béton formant ces éléments creux est à base de ciment, muni ou non de fibres (par exemple en polypropylène), ou à base de résine.
Selon un mode de réalisation avantageux, ledit ensemble d'éléments creux en béton est recouvert par une couche d'égalisation formée d'une grave grossière de dimension de granulats comprise entre 20 et 50 mm. Cette couche d'égalisation et l'ensemble d'éléments creux en béton sont entourés par un géotextile pour notamment les protéger des intrusions d'éléments fins.
La présente invention concerne également une chaussée urbaine ou tout autre ouvrage enterré ou à ciel ouvert comportant une telle structure-réservoir, qu'il s'agissent de parcs de stationnement, de puits d'infiltration, ou encore de fossés de stockage.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif, en regard des dessins annexés, sur lesquels:
  • la figure 1 montre en coupe transversale un premier exemple de réalisation d'une chaussée munie d'une structure-réservoir selon l'invention,
  • la figure 2 montre en coupe transversale un second exemple de réalisation d'une chaussée munie d'une structure-réservoir selon l'invention,
  • les figures 3 et 4 montrent deux exemples des multiples éléments constituant la structure-réservoir des figures 1 et 2, et
  • la figure 5 représente une chaussée munie d'une structure-réservoir à couche de grave grossière de type connu.
Description d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention
La figure 1 illustre de façon schématique une structure-réservoir selon l'invention mise en oeuvre au niveau d'une chaussée urbaine.
Cette chaussée 20 comporte, depuis sa surface supérieure jusqu'au niveau inférieur du sol, une couche 22 de revêtement poreux, comme un enrobé drainant ou un ensemble de pavés de béton perméables, constituant la voie de roulement pour les véhicules, une couche superficielle de forme 23 (appelée aussi lit de pose) de quelques centimètres d'épaisseur (typiquement de 3 à 5 cm) constituée par exemple d'une couche de sable ou de gravillons de très petites dimensions, une couche d'égalisation 24 formée de grave grossière (c'est à dire expurgée de ses constituants les plus fins) d'environ quelques centimètres d'épaisseur et ayant une dimension de granulats comprise entre 20 et 50 mm, et une zone de stockage (couche de rétention 26) constituant la structure-réservoir elle même et comportant un type particulier de produits alvéolés formés d'éléments de béton. Un géotextile 28 entoure le matériau poreux 26 et la couche d'égalisation 24 pour interdire toutes intrusions d'éléments fins du sol 30, de la couche de forme ou des remblais latéraux et renforcer la cohésion de l'ensemble.
Un second exemple de réalisation d'une chaussée urbaine munie d'une structure-réservoir selon l'invention est illustré à la figure 2.
Cette chaussée 40 comporte, comme précédemment, une couche 42 de revêtement constituant la voie de roulement pour les véhicules, une couche d'égalisation 44 et une couche de rétention 46 formant la structure-réservoir. Toutefois, dans cette seconde réalisation, la couche de revêtement 42 est une couche imperméable formée d'un revêtement compact. Dès lors, les écoulements pluviaux ne pouvant plus s'écouler vers le sol 30 au travers du revêtement 42, il est prévu de chaque coté de la voie des caniveaux et des bouches avaloirs 52 permettant une infiltration de l'eau jusqu'à la couche de rétention 46. Cette infiltration sera effectuée de préférence en de multiples points d'injection, éventuellement prolongés par un réseau de drains assurant la répartition de l'eau dans la structure. De plus, dans cet exemple de réalisation, le sol 30 ainsi que les remblais latéraux 50 sont recouverts d'une géomembrane imperméable 54 constituant un réservoir étanche qui interdit toute infiltration naturelle dans le sol, l'évacuation de l'eau étant alors effectuée au moyen de drains d'évacuation 56 placés sur le sol en partie basse de la structure (en fond de réservoir), et par exemple de part et d'autre de la couche de rétention 46. Ces drains peuvent être connectés à l'aval à un regard de collecte (non représenté) équipé d'un régulateur de débit. Des dispositifs d'épuration non représentés (panier, bouche à décantation, dispositif siphoïde, décanteur laminaire) seront évidemment aussi prévus au droit des bouches avaloirs pour limiter les entrées de toutes pollutions dans la structure.
Bien entendu, les deux exemples précités ne sont nullement limitatifs et des chaussées ou tous autres ouvrages urbains (parcs de stationnement, terrains de sports, enceintes des écoles et des universités, etc., y compris des ouvrages à ciel ouvert tels que des puits d'infiltration ou des fossés de stockage), intégrant la structure-réservoir de l'invention et combinant les solutions d'amenée et d'évacuation de d'eau adoptées dans ces deux réalisations sont aussi envisageables. En fait, le choix de ces différentes solutions dépendra notamment de la nature du sol, c'est à dire de sa perméabilité naturelle et de sa portance en présence d'eau. Les risques de pollution de nappes phréatiques devront aussi être pris en compte lors de ce choix. De même, des dispositifs complémentaires comme des systèmes de mise à l'air et des clapets anti-retour, devront, dans certains cas et comme il est connu, être mis en place au niveau de la chaussée.
La couche de rétention 26, 46 formant la structure-réservoir proprement dite est constituée, sur une épaisseur d'au moins 20 cm (l'épaisseur dépendra du volume d'eau à stocker), de multiples éléments en béton, identiques ou non, répartis de façon aléatoire de façon à former un ensemble compact avec une porosité élevée supérieure à 50%, typiquement de 50% à 60% soit une rétention de 500 à 600 litres d'eau par m3, bien supérieure à celle obtenue avec une simple couche de grave grossière ordinaire pour laquelle cette porosité dite aussi indice de vide est proche de 35%.
Chaque élément se présente sous la forme d'un élément creux prismatique ou cylindrique de petite dimension en béton à base de ciment ou de résine présentant une résistance moyenne à la compression comprise entre 30 et 65 MPa. Selon son utilisation, le béton constitutif peut être caverneux ou non et muni ou non de fibres (par exemple de polypropylène). Avantageusement, cet élément présente un volume ≤ 1dm3 avec des dimensions comprises entre 40 et 100 mm, pour sa hauteur et sa dimension extérieure, et entre 20 et 60mm pour sa dimension intérieure. La figure 3 montre un premier exemple d'élément en béton 60 présentant une structure creuse à section circulaire (structure cylindrique) et la figure 4 montre un second exemple d'élément en béton 62 présentant une structure creuse à section polygonale, notamment hexagonale (structure prismatique droite).
Le fonctionnement de la structure-réservoir est le suivant. Lors de violentes précipitations, les eaux pluviales vont être drainées vers la structure-réservoir 26, 46 au travers du revêtement 22 ou au moyen des caniveaux ou bouches avaloirs 52. Ces eaux vont remplir progressivement cette structure en comblant le vide existant (chassant l'air qui s'y trouvait) entre les multiples éléments de béton et dans ces éléments eux mêmes, stockant ainsi l'eau accumulée.. Lorsque la pluie s'arrête et que le ruissellement a cessé, la structure va se vider progressivement jusqu'à complète vidange. Le débit de fuite sera conditionné soit par la capacité d'infiltration du sol naturel 30 soit par un dispositif de régulation aval (non représenté).
Ainsi, avec la présente invention, il est maintenant possible de s'affranchir des crues en zones urbaines particulièrement destructrices avec un coût raisonnable pour la collectivité. En effet, les éléments en béton peuvent être fabriqués industriellement à faible coût, au contraire des structures alvéolaires en matériau thermoplastique, et leur propriétés mécaniques sont beaucoup plus importantes que celles possibles avec ces structures en nid d'abeilles, autorisant ainsi des charges répétées pouvant aller jusqu'à 100kN (supérieure à la charge limite par essieu de 65kN autorisée sur les axes routiers français par exemple).

Claims (8)

  1. Structure-réservoir destinée au stockage et à la retenue des écoulements pluviaux, caractérisée en ce qu'elle comprend un ensemble (26, 46) d'éléments creux en béton (60, 62) disposés en vrac, de façon aléatoire, de manière à présenter une porosité, dite aussi indice de vide, supérieure à 50%.
  2. Structure-réservoir selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits éléments creux en béton sont des éléments ayant chacun un volume n'excédant pas 1 dm3.
  3. Structure-réservoir selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits éléments creux en béton présentent chacun une forme prismatique (62) ou cylindrique (60).
  4. Structure-réservoir selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits éléments en béton présentent chacun une résistance à la compression comprise entre 30 et 65 MPa.
  5. Structure-réservoir selon la revendication 4, caractérisée en ce que le béton formant lesdits éléments creux est à base de ciment, muni ou non de fibres (par exemple en polypropylène), ou à base de résine.
  6. Structure-réservoir selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit ensemble d'éléments creux en béton est recouvert par une couche d'égalisation (24, 44) formée d'une grave grossière de dimension de granulats comprise entre 20 et 50 mm.
  7. Structure-réservoir selon la revendication 6, caractérisé en que ladite couche d'égalisation et ledit ensemble d'éléments creux en béton sont entourés par un géotextile (28) pour notamment les protéger des intrusions d'éléments fins.
  8. Ouvrage urbain, notamment une chaussée urbaine, comportant une structure-réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
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