FR3097574A1

FR3097574A1 - Structure d’absorption d’une énergie d’impact

Info

Publication number: FR3097574A1
Application number: FR2006665A
Authority: FR
Inventors: Yassine BENNANI BRAOULI; Nicolas Freitag
Original assignee: Soletanche Freyssinet SA
Current assignee: Soletanche Freyssinet SA
Priority date: 2020-06-25
Filing date: 2020-06-25
Publication date: 2020-12-25
Anticipated expiration: 2040-06-25
Also published as: CA3188111A1; US20230265623A1; PE20230541A1; EP4172416A1; FR3097574B1; CL2022003734A1; WO2021260336A1; JP2023532885A

Abstract

Structure d'absorption d'une énergie d’impact présentant au moins une face comprenant un remblai renforcé par une pluralité de renforcements présentant des directions principales de résistance sensiblement parallèles entre elles et sensiblement parallèles à ladite au moins une face et dans laquelle la pluralité de renforcement est localisée majoritairement à proximité de ladite au moins une face de la structure de protection. Figure de l’abrégé : Figure 1

Description

Structure d’absorption d’une énergie d’impact

L’invention relève du domaine des structures de protection contre des impacts accidentels tels que des chutes de rochers en montagne, ou encore le déraillement d‘un train.

Afin de protéger les routes ou les édifices d’impacts accidentels, deux types de solutions sont utilisées traditionnellement.

On connaît tout d’abord les filets de protection qui sont disposés de façon à intercepter les objets impactants. Ces filets, généralement métalliques, peuvent arrêter des impacts allant jusqu’à 8 mégajoules (MJ) en se déformant, et présentent l’avantage d’être peu encombrants mais pose de nombreux problèmes. Tout d’abord, ces structures ne peuvent être sollicitées plusieurs fois et nécessitent une maintenance importante : après avoir stoppé un projectile les points d’ancrage sont abimés et il est nécessaire de procéder à des réparations de sorte que l’entretien de ces structures est très couteux et fréquent. La maintenance est également nécessaire en raison de la corrosion des filets généralement disposés à l’air libre. Cette contrainte est d’autant plus importante que ces structures sont généralement situées dans des endroits difficiles d’accès. D’autre part, ces structures sont peu esthétiques et tendent à dégrader les paysages. Ainsi, en de nombreux territoires, la mise en place de filets de protection ne suffit plus à rendre un terrain exposé à la chute d’objets constructible, la tendance étant à la sauvegarde des paysages. Ces exigences sont importantes en secteur montagneux où la pression foncière est grandissante.

Enfin, ces filets présentent une efficacité hétérogène et ne peuvent pas absorber des impacts sur toute leur étendue : un impact sur un poteau d’ancrage n’est pas arrêté correctement.

On connait d’autre part les structures de type merlon constituées de remblais importants permettant de bloquer complètement les impacts. Ces structures permettent d’absorber des énergies plus importantes, jusqu’à 30 mégajoules, et nécessitent un entretien faible mais nécessitent une grande emprise au sol et ne sont pas toujours utilisables.

Problème technique

Il existe donc un besoin pour une structure d’absorption d’impact résiliente et durable présentant un faible encombrement et une bonne intégration paysagère.

L’invention vient améliorer la situation grâce à une structure d’absorption d’impact renforcée permettant de répartir l’énergie de l’impact latéralement de façon à permettre la diminution de l’épaisseur de la structure. Si l’utilisation de renforcements est connue, on les dispose classiquement dans la profondeur d’un remblai, parallèlement à la direction dans laquelle on s’attend à ce qu’il soit sollicité. L’utilisation de renforcements disposés, de façon contre-intuitive, orthogonalement à la direction de sollicitation du remblai va à rebours de la pratique.

L’invention a ainsi pour objet une structure d'absorption d'une énergie d’impact présentant au moins une face comprenant un remblai renforcé par une pluralité de renforcements présentant des directions principales de résistance sensiblement parallèles entre elles et sensiblement parallèles à ladite au moins une face et dans laquelle la pluralité de renforcement est localisée majoritairement à proximité de ladite au moins une face de la structure de protection.

Ladite au moins une face est typiquement placée de façon à recevoir un impact. On peut donc parler de face avant.

La structure d’absorption d’une énergie d’impact est typiquement une structure de type merlon disposée orthogonalement à une trajectoire selon laquelle on anticipe un impact de façon à ce que l’impact intervienne dans une direction ayant une forte composante normale à la face avant. Il peut également s’agir d’un mur de soutènement disposé de façon à éviter l’affaissement d’un terrain étagé en réponse à un impact important.

Le remblai est de préférence constitué de terre mais peut également comporter tout type de matériau de nature à absorber une énergie mécanique. De préférence, le remblai présente une certaine granularité qui lui permet d’avoir un comportement mécanique propice.

Les renforcements utilisés son de préférence des renforcements dits unidimensionnels, c’est-à-dire qu’ils présentent une unique direction de résistance, les autres directions de résistance étant négligeables devant celle-ci. Il s’agit par exemple de bandes, et non de nappes ou de grilles étendues. La direction principale de résistance du renforcement correspond à la direction selon laquelle le renforcement tend à propager une contrainte mécanique lorsqu’il est sollicité. Il s’agit généralement de la direction de la plus grande dimension du renforcement.

Ces renforcements sont disposés de façon à ce que leurs directions principales de résistance soient sensiblement parallèles entre elles et à la face de l’ouvrage, c’est-à-dire sensiblement perpendiculaire à la normale à la face.

Dans le cas d’une face non plane, des renforcements dans le prolongement les uns des autres pourront donc par exemple former un polygone épousant la forme de la face. Une face courbe présentera de préférence un rayon de courbure important.

La disposition des renforcements perpendiculairement à la normale de la face avant, et donc à la direction de l’impact dont il s’agit d’absorber l’énergie, permet de répartir l’énergie mécanique de l’impact latéralement afin de réduire l’épaisseur de la structure sollicitée.

Par « sensiblement parallèles » on entend donc une disposition des renforcements dans laquelle la direction principale de résistance présente une composante majoritairement latérale. On n’exclue toutefois pas que les renforcements puissent présenter un léger pentage ou s’enfoncer légèrement dans l’épaisseur de la structure tant que la composante principale reste latérale et que l’énergie mécanique est bien dissipée latéralement par rapport à la direction de l’impact. Des renforcements dont la direction principale de résistance présente un angle solide à la face avant ou à son plan tangent supérieur à 45° ne sont pas considérés comme étant sensiblement parallèles à celle-ci.

Afin de ne pas fragiliser le remblai en créant des plans de glissement préférentiels, il est intéressant d’éviter autant que faire se peut de disposer des renforcements au cœur de celui-ci. C’est la raison pour laquelle on dispose les renforcements majoritairement à proximité de la ou les faces de l’ouvrage. Cela n’exclue pas la présence de renforcements au cœur du remblai mais ceux-ci seront minoritaires. Par « majoritairement à proximité de ladite au moins une face » on entend donc que la répartition des renforcements est hétérogène dans l’épaisseur de la structure et que la densité de renforcements est moins importante lorsqu’on considère des zones éloignées des faces affleurant que lorsqu’on considère des zones plus proches de l’affleurement de la structure. Il s’agit de moyenne et on pourra éventuellement trouver très localement des exceptions dues par exemple à des irrégularités de construction ou à une déformation de la structure qui causera le rapprochement de plusieurs renforcements et donc une augmentation locale de la densité de ces renforcements : la densité de renforcements n’est pas nécessairement continument décroissante. De préférence, les renforcements sont espacés régulièrement mais uniquement dans des zones proches d’au moins une face de la structure et il existe des zones moins proches des faces de la structure dans lesquelles ces renforcements sont plus espacés ou absents. Ces zones peuvent toutefois comporter d’autres types de renforcement, par exemple des renforcements orientés selon l’épaisseur de la structure.

Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre. Elles peuvent être mises en œuvre indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres.

De préférence, la structure selon l’invention présente deux faces opposées susceptibles de se déformer. On peut parler de faces avant et arrière. Leur déformation intervient par exemple en réponse à l’impact et permet d’absorber une partie de l’énergie mécanique de celui-ci. Avantageusement, les faces avant et arrière ne sont pas trop espacées de façon à limiter l’emprise au sol de la structure. L’emprise au sol est par exemple inférieure ou égale à 10m, de préférence inférieure ou égale à 5m, encore de préférence inférieure ou égale à 3m.

La pluralité de renforcement peut alors être localisée majoritairement à proximité de la face avant et de la face arrière de la structure de protection. C’est-à-dire que la densité des renforcements à proximité de la face avant et de la face arrière est plus importante qu’au cœur du remblai qu’il n’est pas souhaitable de fragiliser. Les renforcements peuvent être localisés majoritairement à proximité de l’une ou l’autre des faces uniquement ou des deux faces, mais pas majoritairement au cœur du remblai.

Le fait de disposer les renforcements majoritairement à proximité de la face arrière par rapport à l’impact permet de prévenir autant que possible l’écroulement de la structure. La structure a en général pour objet de protéger un élément ou un édifice qui sera typiquement localisé par-delà sa face arrière.

La face avant ou la face arrière comporte de préférence un parement. Ce parement peut-être de tout type et peut permettre à la fois d’améliorer les propriétés mécaniques de la structure et son intégration paysagère, par exemple lorsqu’il s’agit d’un parement végétalisé ou minéral.

Typiquement, la structure est susceptible d’absorber un impact présentant une énergie supérieure à 2MJ, de préférence supérieure à 5 MJ. Ces énergies correspondent à des contraintes que peuvent classiquement subir des merlons de protection disposés en montagne par exemple.

La structure selon l’invention peut également comporter en outre une pluralité de renforcements secondaires. Ces renforcements secondaires peuvent présenter toute orientation et peuvent par exemple permettre de renforcer la structure vis-à-vis d’efforts qu’elle supporte dans un régime statique, en l’absence d’impact. On peut ainsi imaginer des renforcements en zigzag venant connecter la face avant et la face arrière ou des renforcements orientés perpendiculairement à la face avant et venant connecter la pluralité de renforcements sensiblement parallèles à la face avant.

Les renforcements utilisés comprennent de préférence des renforcements métalliques et/ou des renforcements en matière polymère, conventionnellement appelés géosynthétiques.

La dissipation de l’énergie par frottement est privilégiée afin de conserver les performances de la structure. L’agencement des renforcements est donc de préférence conçu pour limiter autant que possible la rupture des renforcements : la pluralité de renforcements comprend des renforcements agencés de façon à avoir un comportement ductile et non fragile lorsque la face avant est sollicitée par un impact selon une direction normale.

Un exemple de tel agencement consiste à limiter les connexions directes entre les renforcements. Deux renforcements situés dans le prolongement l’un de l’autre sont par exemple disposés avec une longueur de recouvrement et en laissant une couche de remblai entre les renforcements permettant d’introduire du frottement et d’adoucir la transmission de contrainte latérale afin d’éviter la rupture des renforcements. Cette longueur de recouvrement est fonction de la raideur des renforcements, de la surface de frottement, de la résistance du renforcement à la rupture.

La plus grande dimension des renforcements peut également être critique et il est important de ne pas utiliser des renforcements de trop grande dimension afin de prévenir une fois encore leur rupture, toujours dans une optique de résilience permettant à la structure de subir plusieurs impacts sans nécessiter de réparation.

De préférence, les renforcements comprennent des renforcements de types geogrille ou geotextile. .

D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :

Fig. 1

montre une vue en coupe verticale et perpendiculaire à la face avant d’une structure selon un mode de réalisation de l’invention ;

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5

montre une vue en élévation parallèle à la face avant d’une structure selon un mode de réalisation de l’invention ;

Fig. 6

montre une vue en coupe transversale d’une structure selon un mode de réalisation de l’invention ;

Fig. 7

Fig. 8

montre l’ouvrage de la figure 6 après avoir subi un impact.

Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l’essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.

Un exemple de réalisation de l’invention concerne un merlon de protection utilisé pour intercepter des chutes de rochers pouvant peser plusieurs centaines de tonne dans un contexte de routes de montagne. De telles chutes de rochers peuvent véhiculer des énergies supérieures à 6 mégajoules (MJ).

Ce merlon de protection présente une face avant représentée à droite sur les figures 1 à 4 et une face arrière représentées à gauche. Ces faces peuvent être sensiblement parallèles comme sur les figures 1 et 3 ou, alternativement, la face arrière peut être inclinée par rapport à la face avant, comme représenté sur les figures 2 et 4.

L’orientation de la face arrière sur les figures 2 et 4 permet une meilleure dissipation de l’énergie mécanique dans le sol mais augmente l’emprise au sol de l’ouvrage.

Bien que la face avant soit toujours représentée verticale, elle peut tout à fait présenter une inclinaison. Cela peut permettre d’augmenter la stabilité de l’ouvrage, de modifier l’emprise au sol ou encore de s’adapter à une trajectoire d’impact qu’on anticipe oblique. Il est en effet intéressant que la face avant soi aussi orthogonale que possible à la trajectoire de l’impact.

Le merlon de l’exemple de réalisation est constitué d’un remblai terreux dans lequel sont disposés à hauteurs régulières des bandes de renforcement en géotextiles. Ces bandes sont disposées sensiblement parallèlement à la face avant et à la face arrière, selon une direction perpendiculaire au plan du dessin des figures 1 à 4 et apparaissent donc en pointillés sur le dessin annexé. Cette orientation permet de répartir l’énergie mécanique d’un impact latéralement plutôt que dans l’épaisseur du merlon de protection. Ces bandes de renforcement sont disposées à proximité de la face avant uniquement comme illustré sur les figures 1 et 2 ou à proximité de la face avant et de la face arrière, comme illustré sur les figures 3 et 4, qui sont particulièrement sollicitées, mais pas au cœur du merlon de façon à ne pas le fragiliser.

Des renforcements secondaires permettant de consolider l’ensemble en reliant les faces avant et arrières peuvent également être présents.

Les bandes de renforcement sont disposées sur l’ensemble de la largeur de l’ouvrage. Avantageusement, on utilise des bandes aussi courtes que possible mais disposées de façon à se recouvrir partiellement comme illustré à la figure 5. Chaque zone de recouvrement entre deux bandes de renforcement consécutives comporte une couche de remblai de sorte que les bandes ne sont jamais en contact. Ainsi, en cas d’impact, l’énergie est transmise d’une bande de renforcement à la suivante par frottement et dissipée progressivement tout en évitant de provoquer la rupture des bandes de renforcement. Cela permet au merlon de supporter plusieurs impacts consécutifs sans nécessiter de réparation.

Idéalement, les bandes sont disposées de façon parfaitement parallèle aux faces avant et arrière comme illustré à la figure 6, de façon à répartir l’énergie mécanique aussi latéralement que possible. Cependant, pour des raisons logistiques ou afin de renforcer particulièrement certaines portions du merlon et/ou d’en protéger certaines portions, les bandes peuvent présenter un angle léger et s’enfoncer quelque peu dans l’épaisseur de l’ouvrage, comme représenté à la figure 7. On considère néamoins qu’elles sont sensiblement parallèles à la face avant e à la face arrière car leur orientation reste majoritairement latérale.

De façon similaire, les bandes de renforcement peuvent présenter une variation de hauteur et présenter une légère pente. Il est souhaitable que cette pente reste faible de façon à répartir l’énergie aussi latéralement que possible.

La figure 8 est une représentation similaire à la figure 6 après qu’elle a reçu un impact sur sa face avant représentée en bas de la figure. On constate que les faces avant et arrière se sont peu déformées et que l’énergie a bien été dissipée latéralement grâce aux bandes de renforcement. Les bandes n’ont pas rompu et restent disposées dans une configuration susceptible d’amortir d’autres impacts.
L’invention ne se limite pas aux exemples décrits ci-avant, seulement à titre d’exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l’homme de l’art dans le cadre de la protection recherchée..

Claims

Structure d'absorption d'une énergie d’impact présentant au moins une face comprenant un remblai renforcé par une pluralité de renforcements présentant des directions principales de résistance sensiblement parallèles entre elles et sensiblement parallèles à ladite au moins une face et dans laquelle la pluralité de renforcement est localisée majoritairement à proximité de ladite au moins une face de la structure de protection.
Structure d'absorption d'une énergie d’impact selon la revendication 1 présentant deux faces opposées définissant une face avant et une face arrière.
Structure d'absorption d'une énergie d’impact selon la revendication 2 dans laquelle la pluralité de renforcement est localisée majoritairement à proximité de la face avant et de la face arrière de la structure de protection.
Structure d'absorption d'une énergie d’impact selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle ladite au moins une face comporte un parement.
Structure d'absorption d'une énergie d’impact selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la structure est susceptible d’absorber un impact présentant une énergie supérieure à 2MJ, de préférence supérieure à 5 MJ.
Structure d'absorption d'une énergie d’impact selon l’une quelconque des revendications précédentes comportant en outre une pluralité de renforcements secondaires.
Structure d'absorption d'une énergie d’impact selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les renforcements comprennent des renforcements métalliques.
Structure d'absorption d'une énergie d’impact selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle les renforcements comprennent des renforcements en matière polymère.
Structure d'absorption d'une énergie d’impact selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle les renforcements comprennent des renforcements de types geogrille ou geotextile.
Structure d'absorption d'une énergie d’impact selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la pluralité de renforcements comprend des renforcements agencés en segments successifs avec des zones communes de recouvrement de façon à avoir un comportement ductile et non fragile lorsque ladite au moins une face est sollicitée par un impact selon une direction sensiblement normale.