FR3101650A1 - Bloc de construction compressible a vide préfabriqué, pouvant s’integrer dans les revetements de galeries par methodes traditionnelles ou par methode au tunnelier - Google Patents
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Abstract
L’invention se rapporte à un bloc de construction (1) compressible préfabriqué présentant un comportement élasto-plastique ayant un seuil élastique compris entre 1 et 2MPa et un plateau plastique de l’ordre de 40 à 75% de déformation à charge non nulle et maximale de 4MPa, ledit bloc comprenant des canaux (2) longitudinaux présentant une première extrémité débouchante, les canaux (2) définissant des vides occupant 40 à 75 % du volume total du bloc de construction. L’invention se rapporte également à un voussoir présentant un extrados revêtu d’un bloc de construction ou d’une pluralité de tel(s) blocs de construction tel(s) que décrit(s). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1
Description
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
La présente invention concerne le domaine de la construction d’ouvrages souterrains, et en particulier la construction de tunnels, galeries ou puits.
L’invention concerne plus particulièrement un bloc de construction compressible préfabriqué, ainsi qu’un procédé de réalisation d’ouvrage souterrain du type tunnel, galerie, puit ou similaire à l’aide de tels blocs.
Le bloc de construction selon l’invention est destiné notamment, mais non exclusivement, à l’intégration entre la roche et un voussoir préfabriqué (creusement au tunnelier) mais également à tapisser un soutènement juste avant le coulage d’un revêtement de galerie ou de puit (creusement par méthode traditionnelle).
ETAT DE LA TECHNIQUE
De manière classique, les ouvrages souterrains du type tunnels, galeries, puits ou similaires sont revêtus au fur et à mesure de leur creusement. Deux types de méthodes de creusement sont actuellement employées : la méthode de creusement dite traditionnelle et la méthode de creusement au tunnelier. Concernant la méthode traditionnelle de creusement, un soutènement est en premier lieu mis en place à l’avancement du creusement. Il est ensuite procédé à la mise en place du revêtement coulé. Concernant la méthode mécanisée de creusement au tunnelier, un revêtement est mis en place par anneau de voussoir à l’avancement via la jupe du tunnelier. Pour chacune de ces méthodes de creusement, le revêtement est prévu pour encaisser les efforts provenant de la convergence de la roche à son extrados.
Afin de limiter l’impact lié à la convergence des terrains sur les tunnels, il est prévu au sein des ouvrages souterrains des dispositifs d’amortissement. Parmi les dispositifs de l’art antérieur, on connait celui proposé dans la demande de brevet FR3034451 pour la réalisation d’un ouvrage souterrain par la méthode de creusement au tunnelier. Le dispositif d’amortissement en question se présente sous la forme d’un voussoir monobloc compressible obtenu en réalisant la première couche de béton armé « classique » puis un ajout lors de la fabrication et avant la prise du béton, d’une deuxième couche compressible solidaire de la première couche de sorte à former un élément de construction préfabriqué monobloc.
Un tel voussoir présente cependant plusieurs inconvénients qui peuvent influer sur l’avancement, les contraintes de réalisation, de transport et de stockage.
Un premier inconvénient réside dans la fabrication du voussoir et de sa couche compressible. Cette couche compressible est réalisée à la suite du coulage de la partie béton armé, elle-même suivie de la réalisation d’une couche de protection de la couche compressible. Le temps de fabrication d’un tel voussoir est considérablement allongé. En effet le coulage de la couche compressible à la suite de la partie en béton armé fait que le voussoir complet ne peut pas être manipulé tant que la couche de compression n’a pas acquis des caractéristiques de résistance mécanique acceptables au jeune âge, qui permettent d’une part la mise en place d’une couche de protection et d’autre part la pause du voussoir à son extrados. Ce délai d’attente influe sur le planning de réalisation des voussoirs.
Un deuxième inconvénient est le stockage des voussoirs monoblocs. La couche compressible étant fragile, il arrive que lors du transport, du stockage et des éventuels retournements du voussoir, la couche en béton compressible de ce dernier subisse des détériorations et des épaufrures, même après ajout de couche de protection. L’endommagement de la couche compressible pouvant remettre en cause l’intégrité du voussoir et donc nécessite un remplacement intégral de ce dernier. Le stockage de voussoirs monoblocs peut s’avérer également problématique du fait de la limitation du gerbage des voussoirs induite par l’influence du poids des voussoirs sur les couches compressibles. Cette contrainte implique un gerbage réduit et en conséquence une surface de stockage accrue.
L’invention vise à diminuer les problèmes du voussoir préfabriqué monobloc de la demande susmentionnée en proposant un bloc de construction préfabriqué en parallèle et indépendamment du voussoir. Ce bloc de construction sera disposé sur le voussoir sur le site du creusement et lors du creusement au tunnelier.
L’invention a également pour objet de proposer un bloc de construction permettant de réaliser un voussoir amortissant la convergence du terrain, de manière simple, rapide et à faible coût.
OBJET DE L’INVENTION
A cet effet, et selon un premier aspect, l’invention propose un bloc de construction compressible préfabriqué présentant un comportement élasto-plastique ayant un seuil élastique compris entre 1 et 2 MPa et un plateau plastique de l’ordre de 40 à 75% de déformation à charge non nulle et maximale de 4 MPa, ledit bloc comprenant des canaux présentant une première extrémité débouchante, les canaux définissant des vides occupant 40 à 75 % du volume total du bloc de construction.
Le type de matériau (et choix de sa résistance), l’arrangement des canaux « de vide » (disposition, taille, forme) sont définis pour conférer au bloc de compression un comportement mécanique satisfaisant et plus particulièrement un seuil élastique minimal de l’ordre de 1 MPa, un plateau/palier plastique de l’ordre de 40 à 75% de déformation ; ce palier plastique doit s’opérer à chargement non nul d’une manière à toujours garder un confinement appliqué à la roche.
Avantageusement, le bloc de construction est réalisé en un matériau minéral.
Avantageusement, le bloc de construction est réalisé dans un matériau choisi dans le groupe de matériaux comprenant un béton, une terre-cuite ou un mortier de béton.
Avantageusement, le bloc de construction compressible ne comporte pas de composant métallique et s’il en comporte, en une quantité de composant métallique n’excédant pas 4% de la masse totale du bloc de construction.
Avantageusement, les canaux sont répartis au sein dudit bloc pour définir des lits de canaux disposés en quinconce. L’arrangement des canaux n’est cependant pas limité à cette disposition en quinconce des canaux. Il peut en particulier être prévu n’importe quel arrangement, étant entendu cependant qu’il définira un motif géométrique ordonné qui, en fonction de la nature et du comportement du matériau, permettra de cibler les caractéristiques voulues. De ce fait, plusieurs configurations et natures de ces blocs permettront de cibler le même comportement. Chaque bloc sera réalisé d’une manière symétrique par rapport au rayon de la galerie interceptant son centre, l’idée étant d’aboutir à une distribution homogène de ces éléments que ça soit à l’arrière des voussoirs ou des revêtements coulés.
Selon une configuration particulière, les canaux présentent une deuxième extrémité borgne. Il peut être prévu également selon une autre configuration que les canaux s’étendent de part en part du bloc de compression.
Avantageusement, les canaux peuvent présenter une section de forme circulaire ou ovale pour la solution en béton ou mortier (pour des raisons de fabrication).
Avantageusement, le bloc de construction pourra comporter une pluralité de canaux de même section ou de section différentes, ces derniers pouvant être disposés pour former des rangées de canaux en quinconce, ou tout autre arrangement ordonné.
Pour chaque bloc, une épaisseur de 1 à 2 cm de béton, de mortier de béton ou de terre cuite continue serait à réaliser à l’extrados et à l’intrados, le besoin étant de rigidifier le bloc ainsi que d’avoir un bon contact entre éléments. Concernant les blocs à base de béton, mortier de béton ou terre cuite, la distance inter-canaux est de 6 millimètres au minimum. Les blocs en béton, mortier de béton ou terre cuite peuvent être borgnes sur un côté. Cela a pour avantage dans le cas des bétons de garantir l’existence des vides dans les canaux suite à l’injection du coulis de clavage (creusement tunnelier) ou coulage du béton (méthode traditionnelle).
Concernant la fabrication par terre cuite, le mode de fabrication usuelle (comme l’extrusion) permettront une large gamme du choix des vides à cibler.
Avantageusement, le bloc de construction compressible est aboutable avec des blocs de construction similaires, au niveau des bords longitudinaux mais aussi transversaux. Selon un mode de réalisation particulier, le bloc de construction est arrangé pour s’encastrer dans un bloc de construction similaire. Une colle, un mortier de remplissage ou des boulons pourront consolider les jonctions entre blocs et entre les blocs et les autres éléments.
L’invention concerne également un voussoir présentant un extrados revêtu d’un bloc de construction ou d’une pluralité de blocs de construction tel(s) que décrits précédemment.
L’invention concerne également un tapissage d’une couche de bloc entre le soutènement et le revêtement définitif d’une galerie creusée par méthode traditionnelle. Plus particulièrement, elle concerne un procédé de réalisation d’un ouvrage souterrain du type tunnel, galerie, puit ou similaire comprenant des opérations de soutènement et de mise en place d’un revêtement, caractérisé en ce que, préalablement à la mise en place du revêtement, une couche compressible formée d’un ou plusieurs bloc(s) de construction tel(s) que décrit précédemment est fixé sur le revêtement de sorte à réaliser l’interface soutènement/revêtement.
L’invention concerne également un procédé de réalisation d’un ouvrage souterrain du type tunnel, galerie, puit ou similaire à l’aide de voussoirs disposés au sein de l’espace souterrain, caractérisé en ce que, préalablement à la mise en place des voussoirs au sein de l’espace souterrain, des blocs de construction compressibles tels que décrits précédemment sont fixés sur l’extrados des voussoirs.
La mise en place de ces multi-blocs dans les deux cas de figures de creusement pourra être réalisée via des ateliers robotisés dans les galeries ou derrière le tunnelier.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée de l’invention qui va suivre en référence aux figures annexées et dans lesquelles :
Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires des différents modes de réalisation sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
En relation avec les figures 1 et 2, il est décrit un bloc de construction 1 compressible qui est, dans l’exemple illustré, en béton. Le bloc de construction 1 présente un seuil élastique de l’ordre de 1 à 2 MPa, suivi d’un palier plastique pour une contrainte appliquée non nulle ne dépassant pas les 4 MPa avant début de la phase de rigidification. Le bloc de construction 1 comporte des canaux 2 rectilignes longitudinaux, s’étendant sur toute la longueur du bloc de construction et ouverts sur les faces transversales, les blocs peuvent être borgnes d’un côté ce qui facilitera l’étanchéisation de la couche finale. Les canaux 2 s’étendent parallèlement les uns par rapport aux autres. Les canaux 2 sont configurés en nombre et taille de manière à définir des vides occupant 40 à 75 % du volume du bloc de construction.
Le bloc de construction 1 est avantageusement dépourvu de composant métallique ou du moins, s’il en comporte, il s’agira d’une quantité n’excédant pas 4% de la masse totale du bloc de construction.
Dans l’exemple illustré sur la figure 1, le bloc de construction 1 comporte des canaux 2 de section circulaire et de même diamètre. Les canaux sont disposés parallèles entre eux. Ils sont en outre répartis au sein du bloc de construction 1 sur quatre rangées a1 à a4, les rangées étant aménagées pour présenter un arrangement en quinconce des canaux. Les canaux d’une même rangée sont disposés équidistants les uns des autres. Le bloc de construction peut bien entendu présenter des canaux 2 présentant des formes et/ou des arrangements différents. La figure 2 donne à ce titre d’autres exemples d’arrangements de canaux dans des blocs de construction en béton.
Il peut ainsi être prévu un bloc de construction ayant des canaux 2 de diamètre différents. Selon le diamètre de ces derniers, le bloc de construction comprendra plus ou moins de rangées de canaux, et de canaux 2 par rangées. La figure 2a montre par exemple un bloc de construction 1A de même dimension que celui de la figure 1, comprenant des canaux 2 de diamètres inférieurs à celui de canaux 2 de la figure 1. Afin de conserver la présence de 40 à 75 % de vide du volume du bloc de construction, le bloc de compression 1A comporte davantage de rangées de canaux (dans l’exemple illustré cinq rangées) et de canaux 2 par rangée. A contrario, le bloc de construction 1B de la figure 2b, également de même dimension que celui de la figure 1, comporte des canaux 2 de diamètre supérieur à ceux de la figure 1. De fait, le bloc de construction 1B comporte moins de rangées et moins de canaux par rangée. Les canaux 2 peuvent également présenter une section de diamètre sensiblement ovale, comme illustré sur la figure 2c.
Dans les exemples précédemment décrits, chaque bloc de constructions 1, 1A, 1B, 1C comporte en leur sein des canaux présentant des diamètres sensiblement similaires. Il peut bien être entendu prévu des blocs de construction en béton comprenant des canaux 2 de sections différentes. Les figures 2d et 2e montrent des blocs de construction 1D, 1E comportant des canaux 2 de diamètres différents. Dans ces exemples, les blocs de construction 1D, 1E comprennent deux séries de canaux 2 de diamètre différent. Les deux séries de canaux 2 sont réparties de manière à ce que les blocs de construction présentent une symétrie centrale. Il est bien entendu évident que le bloc de construction peut comprendre plus de deux types de canaux 2 et un arrangement autre que celui illustré sur les figures 2d et 2e, avec ou sans symétrie centrale.
La figure 3 représente un bloc de construction 10 compressible dont le matériau minéral est une terre cuite. Le bloc de construction 10 reprend l’ensemble des caractéristiques des blocs de compression en béton précédemment décrits. Ainsi le bloc de construction comporte des canaux 2 rectilignes transversaux, s’étendant de part en part du bloc de construction 10 et s’étendant parallèlement les uns par rapport aux autres. Les vides ainsi créés au sein des blocs de construction représentent 40 à 75 % du volume du bloc de construction.
Le bloc de construction 10 diffère cependant des blocs de compression en béton précédemment décrits dans la forme et l’arrangement des canaux 2.
En particulier, dans l’exemple illustré sur la figure 3, le bloc de construction 10 comportent trois rangées de canaux 2 de section rectangulaire et de dimensions différentes. Avantageusement les parois du bloc de construction 10 et les nervures délimitant les canaux 2 présentent des épaisseurs de même ordre.
Dans l’exemple illustré, le bloc de construction 10 comporte trois rangées b1, b2, b3. De même, contrairement aux blocs de compression en béton, les canaux 2 de chaque rangée ne présentent pas un arrangement en quinconce des canaux 2 mais au contraire disposés alignés entre eux pour former des colonnes de canaux c1 à c6. Chaque rangée comporte deux séries de canaux 2 superposés.
Avantageusement, les blocs de compression sont arrangés de manière à pouvoir être aboutés entre eux.
Les blocs de construction venant d’être décrits peuvent, selon une application particulière, être destinés à être posés à l’extrados d’un voussoir. Dans ce cas, les blocs de compression présentent un cintrage correspondant à la courbure de l’extrados du voussoir sur lequel ils vont être placés. Les canaux ménagés au sein du bloc de construction présenteront un axe longitudinal présentant un rayon de courbure correspondant à celui du cintrage. Avantageusement, la fabrication des blocs de compression est dissociée de celle des voussoirs sur lesquels ils sont destinés à être apposés. De ce fait ces blocs peuvent avoir des sections en courbe.
Les blocs de construction forment une pièce monobloc avantageusement fabriquée à l’aide d’une presse vibrante lorsqu’ils sont réalisés en béton ou mortier ou par extrusion lorsqu’ils sont réalisés en terre cuite. Les blocs de construction peuvent être également constitués d’un assemblage de « sous-blocs ». On parle alors de multi-blocs.
Les tunnels, galeries, puits ou similaire sont réalisés avec les blocs de construction comme suit :
- Méthode de creusement au tunnelier comme suit : après cure (béton/mortier) ou séchage et cuisson (terre cuite), les blocs de construction sont mis en place à l’extrados du voussoir (possibilité via atelier robotisé), avant que ces derniers ne soient placés dans la jupe du tunnelier. La fixation des blocs de compression sur les voussoirs peut être effectuée par collage desdits blocs sur les voussoirs concernés.
- Méthode de creusement traditionnelle : après cure (béton/mortier) ou séchage et cuisson (terre cuite), les blocs de construction tapisseront le soutènement d’une galerie déjà en place. Ils seront spittés via des boulons et/ou avec une interface injectée ou collée. A la suite, le revêtement coulé sera mis en place.
L’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que l’homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention sans pour autant sortir du cadre de l’invention.
Claims (12)
- Bloc de construction (1, 1A à 1E, 10) compressible préfabriqué présentant un comportement élasto-plastique ayant un seuil élastique compris entre 1 et 2 MPa et un plateau plastique de l’ordre de 40 à 75% de déformation à charge non nulle et maximale de 4 MPa, ledit bloc comprenant des canaux (2) longitudinaux présentant une première extrémité débouchante, les canaux (2) définissant des vides occupant 40 à 75 % du volume total du bloc de construction.
- Bloc de construction (1, 1A à 1E, 10) compressible selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il est réalisé en un matériau minéral.
- Bloc de construction (1, 1A à 1E, 10) compressible selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il est réalisé en un matériau choisi dans le groupe de matériaux comprenant un béton, une terre-cuite ou un mortier de béton.
- Bloc de construction (1, 1A à 1E, 10) compressible selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu’il ne comporte pas de composant métallique ou, s'il en comporte, en une quantité n’excédant pas 4% de la masse totale du bloc de construction.
- Bloc de construction (1, 1A à 1E, 10) compressible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les canaux sont répartis au sein dudit bloc pour définir des lits de canaux (2) disposés en quinconce.
- Bloc de construction (1, 1A à 1E, 10) compressible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les canaux présentent une deuxième extrémité borgne.
- Bloc de construction (1, 1A à 1E, 10) compressible selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les canaux s’étendent de part en part du bloc de compression.
- Bloc de construction (1, 1A à 1E, 10) compressible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bloc de construction présente une épaisseur continue entre la surface extrados dudit bloc et les canaux situés les plus proches de la surface extrados d’une part et entre la surface intrados dudit bloc et les canaux situés les plus proches de la surface intrados d’autre part comprise entre 1 à 2 cm, la distance inter-canaux étant d’au moins 6 millimètres.
- Bloc de construction (1, 1A à 1E, 10) compressible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est aboutable avec des blocs de construction similaires.
- Voussoir présentant un extrados revêtu d’un bloc de construction (1, 1A à 1E, 10) ou d’une pluralité de blocs de construction (1, 1A à 1E, 10) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
- Procédé de réalisation d’un ouvrage souterrain du type tunnel, galerie, puit ou similaire comprenant des opérations de soutènement et de mise en place d’un revêtement, caractérisé en ce que, préalablement à la mise en place du revêtement, une couche compressible formée d’un ou plusieurs bloc(s) de construction (1, 1A à 1E, 10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 est fixé sur le revêtement de sorte à réaliser l’interface soutènement/revêtement.
- Procédé de réalisation d’un ouvrage souterrain du type tunnel, galerie, puit ou similaire à l’aide de voussoirs disposés au sein de l’espace souterrain, caractérisé en ce que, préalablement à la mise en place des voussoirs au sein de l’ouvrage souterrain, des blocs de construction compressibles selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 sont fixés sur l’extrados des voussoirs.
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Patent Citations (4)
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| US4585371A (en) * | 1981-03-14 | 1986-04-29 | Dunlop Limited | Lining of tubular structures |
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