FR2714681A1 - Acoustic screens of metal fibre reinforced concrete - Google Patents
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Abstract
Description
Elément d'écran de protection acoustique en béton de fibres métalliques et utilisation de tels éléments le long d'un pont de chemin de fer.Acoustic protection screen element made of metal fiber concrete and use of such elements along a railway bridge.
La présente invention concerne un élément d'écran de protection acoustique destiné notamment à être utilisé le long d'une voie de circulation pour véhicules, par exemple le long des bords de routes, autoroutes ou chemins de fer. The present invention relates to an acoustic protection screen element intended in particular to be used along a traffic lane for vehicles, for example along the edges of roads, motorways or railways.
Afin de réduire les nuisances sonores provoquées par la circulation des véhicules, il est nécessaire dans certains endroits de prévoir des écrans de protection acoustique (appelés également écrans phoniques) le long d'une voie de circulation. Tel est le cas par exemple lorsque la voie de circulation passe à proximité des habitations. In order to reduce the noise pollution caused by vehicle traffic, it is necessary in certain places to provide acoustic protection screens (also called noise barriers) along a traffic lane. This is the case for example when the traffic lane passes close to the dwellings.
Les écrans phoniques actuellement utilisés sont réalisés en béton armé, c'est-à-dire du béton renforcé par des armatures internes en barres métalliques assemblées. Les écrans phoniques utilisés le long des voies ferrées ou chemins de fer sont généralement du type réfléchissant et présentent une épaisseur minimum variant de 12 à 15 cm pour répondre aux exigences techniques concernant l'enrobage des armatures métalliques de renforcement par du béton. The phonic screens currently used are made of reinforced concrete, that is to say concrete reinforced by internal reinforcements made of assembled metal bars. The phonic screens used along railways or railways are generally of the reflective type and have a minimum thickness varying from 12 to 15 cm to meet the technical requirements concerning the coating of metallic reinforcing reinforcement with concrete.
Or, la demanderesse a constaté que du point de vue de protection acoustique une épaisseur de 3 cm de béton était suffisante pour de tels écrans phoniques. I1 en résulte que les écrans actuels en béton armé sont surdimensionnés en épaisseur. Ce surdimensionnement implique des problèmes de poids et de l'encombrement de l'installation et aussi des coûts élevés de fabrication et de mise en place des écrans phoniques. However, the Applicant has found that from the point of view of acoustic protection, a thickness of 3 cm of concrete is sufficient for such sound barriers. As a result, the current reinforced concrete screens are oversized in thickness. This oversizing involves problems of weight and size of the installation and also high costs of manufacturing and setting up sound screens.
Dans le cas d'utilisation des écrans phoniques sur les ponts de chemins de fer par exemple, le surdimensionnement des écrans phoniques actuels constitue une charge supplémentaire importante que le pont doit supporter, et crée, du fait de leur positionnement sur les encorbellements du pont, un moment fléchissant important en bout de console du pont. In the case of the use of phonic screens on railway bridges for example, the oversizing of current phonic screens constitutes a significant additional load that the bridge must support, and creates, due to their positioning on the cantilevers of the bridge, an important bending moment at the end of the bridge console.
La présente invention a pour objet un élément d'écran de protection acoustique du type précité avec une structure économique, simple à mettre en oeuvre et de dimensionnement et de poids réduits tout en présentant des caractéristiques de résistance mécanique comparables aux écrans phoniques existants. The subject of the present invention is an acoustic protection screen element of the aforementioned type with an economical structure, simple to implement and of reduced size and weight while having mechanical resistance characteristics comparable to existing sound screens.
Les écrans phoniques de l'invention sont destinés notamment à être utilisés le long d'une voie de circulation de véhicules, que ce soit le long d'une route pour automobiles ou d'un chemin de fer pour trains. The phonic screens of the invention are intended in particular to be used along a vehicle traffic lane, whether along a road for automobiles or a railway for trains.
Selon l'invention, chaque élément d'écrans de protection acoustique est réalisé en une seule pièce de béton renforcé de fibres métalliques comportant une plaque rectangulaire inclinée d'épaisseur entre 3 et 10 cm, un ou plusieurs raidisseurs sensiblement verticaux pour supporter l'une des faces de la plaque rectangulaire, et un raidisseur horizontal supportant l'extrémité inférieure des raidisseurs verticaux et servant d'embase pour la mise en place de l'élément en utilisation. According to the invention, each acoustic protection screen element is made in a single piece of concrete reinforced with metallic fibers comprising an inclined rectangular plate of thickness between 3 and 10 cm, one or more substantially vertical stiffeners to support one faces of the rectangular plate, and a horizontal stiffener supporting the lower end of the vertical stiffeners and serving as a base for the positioning of the element in use.
De préférence, le dosage des fibres métalliques dans le béton représente entre 30 et 35 kg/m3. Ces fibres métalliques peuvent avoir une forme ondulée ou en crochets de façon que leur adhérence avec le béton puisse profiter au mieux de leurs caractéristiques mécaniques. Preferably, the dosage of metallic fibers in concrete represents between 30 and 35 kg / m3. These metallic fibers can have a wavy or hooked shape so that their adhesion to concrete can make the most of their mechanical characteristics.
En effet, le renforcement du béton par des fibres métalliques améliore sensiblement notamment la résistance à la traction par flexion du béton, les fibres métalliques permettant de compenser par leur résistance mécanique les microfissures du béton ayant subi des contraintes de traction. Ce qui augmente non seulement la résistance à la rupture mais également la ductibilité, c'est-à-dire la capacité de déformation plastique, de l'élément phonique.Indeed, the reinforcement of the concrete by metallic fibers appreciably improves notably the tensile strength by bending of the concrete, the metallic fibers making it possible to compensate by their mechanical resistance the microcracks of the concrete having undergone tensile stresses. This increases not only the breaking strength but also the ductility, that is to say the plastic deformation capacity, of the sound element.
De préférence les fibres métalliques présentent une résistance à la traction et un module élastique élevés, un allongement à la rupture suffisamment grand, une adhérence maximale avec la matrice de béton ainsi qu'une compatibilité chimique avec le béton. Les fils d'acier galvanisés semblent satisfaire à ces conditions. Preferably, the metal fibers have a high tensile strength and elastic modulus, a sufficiently large elongation at break, maximum adhesion with the concrete matrix as well as chemical compatibility with the concrete. Galvanized steel wire seems to meet these conditions.
La granulométrie du béton doit être étroitement liée au type de fibres métalliques employé. De préférence, les granulats du béton présentent des dimensions telles que les fibres métalliques de renforcement puissent les encadrer. On peut par exemple choisir des fibres métalliques de renforcement de longueur inférieure ou égale à 60 mm avec un béton dont la granulométrie est inférieure ou égale à 20 mm de diamètre. Les fibres métalliques peuvent présenter une section circulaire, rectangulaire ou carrée avec un diamètre inférieur ou égal à 20 mm. The grain size of the concrete must be closely related to the type of metallic fibers used. Preferably, the aggregates of the concrete have dimensions such that the metallic reinforcing fibers can frame them. One can for example choose metallic reinforcing fibers of length less than or equal to 60 mm with a concrete whose particle size is less than or equal to 20 mm in diameter. The metallic fibers can have a circular, rectangular or square section with a diameter less than or equal to 20 mm.
Le dosage des fibres métalliques dans le béton doit non seulement tenir compte des caractéristiques mécaniques de l'élément d'écran phonique mais également de la faisabilité lors de la réalisation des écrans
- la composition du béton,
- le dosage en eau,
- la compacité et la maniabilité de la matrice de béton, et
- la dispersion uniforme des fibres dans le béton.The dosage of metallic fibers in concrete must not only take into account the mechanical characteristics of the sound screen element but also the feasibility when producing the screens.
- the composition of the concrete,
- water dosage,
- the compactness and maneuverability of the concrete matrix, and
- the uniform dispersion of the fibers in the concrete.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels:
la figure 1 est une vue schématique d'une console de pont de chemin de fer équipée d'un écran de protection acoustique,
les figure 2a et 2b représentent une vue en coupe selon II-II d'un élément d'écran phonique selon l'invention représenté sur la figure 3, et
la figure 3 est une vue en perspective d'un élément d'écran phonique selon l'invention.The invention will be better understood on studying the detailed description of an embodiment taken on a non-limiting basis and illustrated by the appended drawings, in which:
FIG. 1 is a schematic view of a railway bridge console equipped with an acoustic protection screen,
FIGS. 2a and 2b represent a sectional view along II-II of a sound screen element according to the invention shown in FIG. 3, and
Figure 3 is a perspective view of a sound screen element according to the invention.
Sur la figure 1 est représenté schématiquement la moitié de la section droite d'un pont de chemin de fer équipé d'un écran de protection acoustique 1. Le tablier ou console 2 du pont support deux voies ferrées (dont l'une est représentée sur la figure 1) posées sur le ballast 3. La voie ferrée représentée est schématisée par des traverses 4 et deux rails parallèles 5 sur lesquels circulent des trains non représentés. Sur les bords longitudinaux de la console 2 du pont sont fixés les écrans 1 de protection acoustique s'étendant vers le haut de façon légèrement inclinée vers les voies ferrées en vue de confiner dans un espace réduit juste au-dessus de la console du tablier 2, par réflexion essentiellement, les bruits provoqués par le passage des trains. In Figure 1 is shown schematically half of the cross section of a railway bridge equipped with an acoustic protection screen 1. The deck or console 2 of the support bridge two railways (one of which is shown on Figure 1) placed on the ballast 3. The shown railway is shown schematically by sleepers 4 and two parallel rails 5 on which run trains not shown. On the longitudinal edges of the bridge console 2 are fixed the acoustic protection screens 1 extending upwards slightly inclined towards the railways in order to confine in a reduced space just above the console of the deck 2 , mainly by reflection, the noises caused by the passage of trains.
Les écrans phoniques 1 doivent présenter des caractéristiques mécaniques suffisantes et durables dans le temps, car ils sont sollicités par les effets du vent et du souffle provoqué lors du passage des trains. Les écrans phoniques doivent être stables afin de satisfaire aux conditions de sécurité du personnel pour l'entretien des installations ferroviaires, doivent résister aux chocs provoqués par des projections du ballast le long de la voie ferrée lors du passage des trains, surtout des trains à grande vitesse, doivent présenter une bonne tenue au vieillissement et enfin doivent être résistants au gel et à la corrosion. The phonic screens 1 must have sufficient mechanical characteristics and be durable over time, since they are stressed by the effects of the wind and of the breath caused during the passage of the trains. Sound shields must be stable in order to meet the safety conditions for personnel for the maintenance of railway installations, must withstand shocks caused by projections of ballast along the railway track during the passage of trains, especially large trains speed, must have good resistance to aging and finally must be resistant to frost and corrosion.
L'emplacement des écrans phoniques 1 sur les encorbellements du pont provoque par son propre poids un moment réfléchissant en bout de console 2. L'allègement de ces écrans phoniques réduit ce moment fléchissant et renforce la tenue mécanique du pont, ce qui se traduit par une sécurité améliorée. The location of the phonic screens 1 on the cantilevers of the bridge causes, by its own weight, a reflective moment at the end of the console 2. The lightening of these phonic screens reduces this bending moment and strengthens the mechanical strength of the bridge, which results in improved security.
Les figures 2 et 3 montrent un élément d'écran phonique 10 selon l'invention, réalisé en une seule pièce à partir d'un béton renforcé de fibres métalliques 15. Chaque élément d'écran phonique présente une plaque rectangulaire 11 inclinée par rapport à la verticale avec une épaisseur comprise entre 3 à 10 cm, deux raidisseurs 12 sensiblement verticaux pour supporter l'une des faces de la plaque rectangulaire 11 inclinée, et un raidisseur horizontal 13 supportant l'extrémité inférieure des raidisseurs verticaux 12 et servant d'embase pour la mise en place de l'élément phonique 10 chaque raidisseur peut comporter une cage métallique intérieure formée de quatre bancs longitudinales et des cadres intermédiaires. FIGS. 2 and 3 show a sound screen element 10 according to the invention, produced in a single piece from a concrete reinforced with metal fibers 15. Each sound screen element has a rectangular plate 11 inclined with respect to the vertical with a thickness of between 3 to 10 cm, two stiffeners 12 substantially vertical to support one of the faces of the inclined rectangular plate 11, and a horizontal stiffener 13 supporting the lower end of the vertical stiffeners 12 and serving as a base for the installation of the sound element 10 each stiffener may include an internal metal cage formed by four longitudinal benches and intermediate frames.
La mise en place de l'élément 10 notamment sur la console 2 du pont (figure 1) peut être réalisée par des boulons non représentés traversant des perforations 14 du raidisseur horizontal 13. La mise en place de l'élément 10 peut également être effectuée par collage de l'embase 13 sur un support au moyen d'un ciment de composition spéciale. L'inclinaison de la plaque rectangulaire 1 1 dépend des conditions d'utilisation de l'élément phonique 10. Généralement, cette inclinaison par rapport à la verticale est comprise entre 5 à 10 . The installation of the element 10 in particular on the console 2 of the bridge (FIG. 1) can be carried out by bolts not shown passing through perforations 14 of the horizontal stiffener 13. The installation of the element 10 can also be carried out by bonding the base 13 to a support using a cement of special composition. The inclination of the rectangular plate 11 depends on the conditions of use of the sound element 10. Generally, this inclination relative to the vertical is between 5 to 10.
L'élément phonique 10 peut présenter un revêtement absorbant sur l'une des faces de la plaque rectangulaire 1 1 afin d'obtenir un amortissement sonore supplémentaire par rapport à la réflexion. The sound element 10 may have an absorbent coating on one of the faces of the rectangular plate 1 1 in order to obtain an additional sound damping compared to the reflection.
Dans le cas d'utilisation des éléments 10 pour réaliser un écran phonique le long des voies ferrées, on pourrait estimer que les effets du vent et du souffle lors du passage des trains représentent une charge réparties sur la plaque rectangulaire 1 1 égale à 200 kg/m2. La masse volumique de l'élément est de préférence de l'ordre de 2400 kg/m3. On peut réaliser un élément phonique 10 présentant des caractéristiques mécaniques suffisantes à l'aide de la composition suivante:
- ciment (CPA 55): 300 kg
- sable et agrégats (15% fines et diamètre intérieur à
2,5 mm): 700 kg
- gravillons (de diamètre compris entre 3 et 7 mm) : 325 kg
- graviers (de diamètre compris entre 7 et 15 mm): 820 kg
- rapport en poids eau/ciment: supérieur à 0,5
- adjuvant: fluidifiant 3 kg/m3
- dosage en fibres métalliques: 30 à 35 kg/m3
- longueur des fibres métalliques: 60 mm
- diamètre des fibres métalliques : 0,8 mm
On obtient à l'aide de la composition précédente une contrainte admissible à la rupture en traction par flexion de l'élément phonique égale à 5 MPa, ce qui est largement suffisant pour l'utilisation des éléments phoniques en bordure des chemins de fer.In the case of using the elements 10 to make a sound screen along the railway tracks, one could estimate that the effects of wind and blast during the passage of the trains represent a load distributed on the rectangular plate 1 1 equal to 200 kg / m2. The density of the element is preferably of the order of 2400 kg / m3. A phonic element 10 having sufficient mechanical characteristics can be produced using the following composition:
- cement (CPA 55): 300 kg
- sand and aggregates (15% fine and internal diameter at
2.5 mm): 700 kg
- gravel (diameter between 3 and 7 mm): 325 kg
- gravel (diameter between 7 and 15 mm): 820 kg
- water / cement weight ratio: greater than 0.5
- adjuvant: fluidizer 3 kg / m3
- dosage of metallic fibers: 30 to 35 kg / m3
- length of metallic fibers: 60 mm
- diameter of the metal fibers: 0.8 mm
Using the above composition, an acceptable stress at rupture under tension by bending of the sound element equal to 5 MPa is obtained, which is more than sufficient for the use of sound elements on the edge of railways.
D'une manière générale, les éléments phoniques 10 sont préfabriqués avec une hauteur comprise entre 2 et 4 mètres et une largeur d'environ 2 mètres afin de faciliter leur transport et installation. Une étude réalisée par la demanderesse a montré que par rapport à la solution classique d'écran phonique en béton armé, l'invention permet de réaliser des éléments phoniques présentant, pour des caractéristiques mécaniques comparables, une économie de 40 à 50% en poids et une économie de 50 à 60% sur le prix de fabrication. In general, the phonic elements 10 are prefabricated with a height of between 2 and 4 meters and a width of around 2 meters in order to facilitate their transport and installation. A study carried out by the applicant has shown that, compared to the conventional solution of a reinforced concrete phonic screen, the invention makes it possible to produce phonic elements having, for comparable mechanical characteristics, a saving of 40 to 50% in weight and a saving of 50 to 60% on the manufacturing price.
Le faible poids et le faible encombrement de chaque élément phonique facilitent sa mise en place et impliquent un gain de temps pour l'installation de ces éléments. The light weight and small footprint of each sound element facilitate its installation and save time for the installation of these elements.
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