CA3188111A1 - Structure d'absorption d'une energie d'impact - Google Patents

Abstract

La structure d'absorption d'énergie d'impact comprend un remblai (15) ayant une première face (10) exposée à des impacts, et des renforcements distribués à l'intérieur du remblai (15) et présentant des interfaces frictionnelles avec le matériau du remblai. Les renforcements comprennent des premiers renforcements (16) placés dans une première région renforcée (12) adjacente à la première face (10) et présentant des directions principales de résistance formant un angle inférieur à 45° avec la première face.

Description

Description Titre : Structure d'absorption d'une énergie d'impact Domaine technique [0ool] L'invention relève du domaine des structures de protection contre des impacts accidentels d'objets massifs, correspondant par exemple à des chutes de rochers en montagne, ou encore au déraillement d'un train.
Technique antérieure

[0002] Afin de protéger les routes ou les édifices d'impacts accidentels, deux types de solutions sont utilisées traditionnellement.

[0003] 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. Ils posent toutefois de nombreux problèmes. Ces structures ne peuvent être sollicitées plusieurs fois et elles nécessitent une maintenance importante. Après avoir stoppé un projectile, les points d'ancrage sont abimés et il est nécessaire de procéder à des réparations. L'entretien de ces structures est coûteux 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 peu esthétiques tendent à dégrader les paysages. Dans de nombreux territoires, la mise en place de filets de protection ne suffit pas à rendre constructible un terrain exposé à la chute d'objets, la tendance étant à la sauvegarde des paysages.
Ces exigences sont importantes en secteur montagneux où la pression foncière est grandissante.

[0004] Enfin, ces filets présentent une efficacité hétérogène et ne peuvent pas absorber des impacts sur toute leur étendue. Par exemple, un impact sur un poteau d'ancrage n'est pas absorbé correctement.

[0005] Dans FR 3 083 551 Ai, un tel filet de protection est associé à une structure 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. Elles occupent cependant une grande emprise au sol, et ne sont pas toujours utilisables en pratique.

[0006] Les documents WO 2019/091508 Al et WO 2017/077313 Al décrivent des gabions, c'est-à-dire des cages métalliques remplies de pierres ou de sacs de sable, sans nécessairement rechercher une protection contre des impacts puissants. Si néanmoins un tel impact se produit, les éléments métalliques de la cage sont sollicités en traction. Il faut compter sur la faible déformabilité du contenu pierreux pour que les dégâts occasionnés ne soient pas trop importants, mais l'absorption de l'énergie d'impact par la structure reste assez limitée.

[0007] EP 1 520 933 Al décrit une technique où des éléments de parement tels que des gabions sont disposés en face avant d'un ouvrage en sol renforcé et associés à un matériau deformable, tel que des pneus recyclés.
Ainsi, en cas d'impacts de pierres, des éléments individuels endommagés du parement pourront être remplacés.
Problème technique

[0008] Il existe donc un besoin pour une structure d'absorption d'impact durable pouvant présenter un faible encombrement et une bonne intégration paysagère.
Résumé de l'invention

[0009] L'invention propose 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.
Exposé de l'invention

[0010] L'invention a pour objet une d'une énergie d'impact comprenant un remblai ayant une première face exposée à des impacts et des renforcements distribués à l'intérieur du remblai et présentant des interfaces frictionnelles avec le matériau du remblai. Les renforcements comprennent des premiers renforcements placés dans une première région renforcée adjacente à la première face et présentant des directions principales de résistance formant un angle inférieur à 45 avec la première face.

[0011] La structure peut être de type merlon et disposée orthogonalement à
une trajectoire selon laquelle on anticipe les impacts de façon à ce que l'impact contre lequel la protection est recherchée intervienne dans une direction ayant une forte composante normale à la première face. 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.

[0012] Le remblai est de préférence constitué de terre mais peut également comporter tout type de matériau de nature à absorber une énergie mécanique en interagissant avec les renforcements. De préférence, le remblai présente une certaine granularité qui lui permet d'avoir un comportement mécanique propice.

[0013] Dans une réalisation, convenant par exemple dans des sites où des impacts puissants sont susceptibles de se produire suivant des directions opposées, le remblai a une deuxième face opposée à la première face. Les renforcements peuvent alors comprendre des deuxièmes renforcements placés dans une deuxième région renforcée adjacente à la deuxième face et présentant des directions principales de résistance formant un angle inférieur à 45 avec la deuxième face.

[0014] La configuration de la structure d'absorption permet que le frottement mobilisé au niveau des premiers (ou deuxièmes, le cas échéant) renforcements ait une contribution importante à la dissipation de l'énergie d'un impact puissant survenant sur la première (ou deuxième) face. Ce frottement résulte de la déformation de la première (ou deuxième) face due à
l'impact. La localisation des premiers (ou deuxièmes) renforcements au sein de la première (ou deuxième) région renforcée, qui est adjacente à la première (ou deuxième) face, et leur orientation par rapport à cette face permet une dissipation efficace sans requérir une grande profondeur de pénétration à l'intérieur de la structure. On peut ainsi obtenir une structure d'absorption dont l'encombrement n'est pas trop grand perpendiculairement aux faces susceptibles d'être heurtées par des objets d'énergie cinétique élevée. L'emprise au sol est par exemple inférieure ou égale à 10 m, de préférence inférieure ou égale à 5 m, encore de préférence inférieure ou égale à 3 m.

[0015] Les renforcements utilisés sont de préférence des renforcements de type unidimensionnel, c'est-à-dire que la résistance mécanique qu'ils présentent s'exerce pour l'essentiel selon une unique direction de résistance, la résistance mécanique qu'ils présentent suivant les autres directions étant négligeable 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.

[0016] Ces renforcements sont disposés de façon à ce que leurs directions principales de résistance soient sensiblement parallèles entre elles et à la ou les face(s) de la structure. Les directions principales de résistance des premiers renforcements peuvent être parallèles à la première face du remblai, et de même pour la deuxième face, le cas échéant. Il est néanmoins possible, dans certains cas, que leur orientation s'écarte un peu du plan de la première face, ou du plan tangent à celle-ci si la première face n'est pas plane. L'angle formé entre ces directions principales et la première face devra néanmoins rester un angle aigu pour que leur projection sur la première face soit plus longue que leur projection selon la direction perpendiculaire à la première face, ce qui donne une bonne efficacité de dissipation d'énergie en cas d'impact suivant la direction perpendiculaire.

[0017] 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.
5 [0018] 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.
[0019] Afin de ne pas fragiliser le remblai en créant des plans de glissement préférentiels, il est intéressant d'éviter autant que possible de disposer des premiers renforcements au coeur de celui-ci. C'est la raison pour laquelle on dispose les renforcements majoritairement à proximité de la ou des faces de la structure susceptibles de recevoir des impacts. Cela n'exclut pas la présence de renforcements au coeur du remblai mais ceux-ci seront minoritaires. La répartition des renforcements est hétérogène dans l'épaisseur de la structure. La densité de renforcements est moins importante dans des régions éloignées des faces affleurant que dans la première région renforcée (ou la deuxième région renforcée) du remblai. Il s'agit de moyennes 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 les régions renforcées proches d'au moins une face de la structure. Il peut exister des régions moins proches des faces de la structure dans lesquelles les renforcements sont plus espacés voire absents. Ces régions peuvent toutefois comporter d'autres types de renforcements, par exemple des renforcements orientés selon l'épaisseur de la structure.

[0020] Les caractéristiques qui suivent peuvent, optionnellement, être mises en oeuvre. Elles peuvent être mises en oeuvre indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- les premiers et/ou deuxièmes renforcements sont disposés horizontalement ;
- la première face du remblai est recouverte d'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 ;
- des renforcements secondaires sont disposés transversalement à la première face. 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 les premiers et/ou deuxièmes renforcements ;
- les premiers renforcements comprennent des renforcements métalliques, ou en matière polymère ou encore des renforcements de type géogrille ou géotextile.
- certains au moins des premiers renforcements sont agencés en segments successifs le long de leur direction principale de résistance, avec des zones de recouvrement mutuel entre les segments, du matériau de remblai pouvant alors se trouver entre les segments successifs d'un premier renforcement, dans les zones de recouvrement.
[0021] 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.

[0022] 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.
[0023] Un exemple de tel agencement consiste à limiter les connexions directes entre les renforcements. Deux renforcements agencés en segments successifs le long de leur direction principale de résistance sont par exemple disposés avec une zone de recouvrement mutuel entre eux, et en laissant une couche du matériau du remblai entre les renforcements, ce qui permet d'introduire du frottement et d'adoucir la transmission de contrainte latérale afin d'éviter la rupture des renforcements. Cette zone de recouvrement mutuel est fonction de la raideur des renforcements, de la surface de frottement, de la résistance du renforcement à la rupture.
[0024] 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 leur rupture, toujours dans une optique de résilience permettant à la structure de subir plusieurs impacts sans nécessiter de réparation.
Brève description des dessins [0025] 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 [0026] [Fig. 1] est une vue latérale en coupe d'une structure selon un mode de réalisation de l'invention ;
Fig. 2 [0027] [Fig. 2] est une vue latérale en coupe d'une structure selon un autre mode de réalisation de l'invention ;
Fig. 3 [0028] [Fig. 3] est une vue latérale en coupe d'une structure selon un autre mode de réalisation de l'invention ;
Fig. 4 [0029] [Fig. 4] est une vue latérale en coupe d'une structure selon un autre mode de réalisation de l'invention ;
Fig. 5 [0030] [Fig. 5] est une vue frontale en coupe de la structure, la coupe étant selon le plan V-V indiqué sur l'une quelconque des figures 1 à 4 ;
Fig. 6 [0031] [Fig. 6] est une vue de dessus en coupe d'une structure selon le mode de réalisation de l'invention de la figure 3 ;
Fig. 7 [0032] [Fig. 7] est une vue de dessus en coupe d'une structure selon un autre mode de réalisation de l'invention ;
Fig. 8 [0033] [Fig. 8] est une vue similaire à celle de la figure 6 après un impact énergétique.
Description des modes de réalisation [0034] La structure d'absorption d'énergie d'impact décrite ci-après à titre d'exemple prend la forme d'un merlon de protection utilisé pour intercepter des chutes de rochers pouvant peser jusqu'à plusieurs centaines de tonnes, par exemple près de routes de montagne. De telles chutes de rochers peuvent véhiculer des énergies supérieures à 6 mégajoules (MJ).

[0035] Ce merlon de protection présente une première face, ou face avant, représentée à droite sur les figures 1 à 4 et une deuxième face, ou face arrière, 20 représentée à gauche. Ces faces 10, 20 peuvent être sensiblement parallèles comme sur les figures 1 et 3. La face arrière 20 peut 5 aussi être inclinée par rapport à la face avant 10, comme sur les figures 2 et 4.
[0036] L'orientation de la face arrière 20 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.
10 [0037] Bien que la face avant 10 soit représentée verticale sur les figures à 4, elle peut aussi être inclinée, notamment s'il est demandé 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 soit autant que possible perpendiculaire à la trajectoire de l'impact.
[0038] Le merlon de l'exemple de réalisation comprend un remblai terreux 15 délimité par les faces avant et arrière 10, 20, dans lequel sont disposés des renforcements 16 présentant des interfaces frictionnelles avec le matériau du remblai. Ces renforcements 16 sont par exemple des bandes réparties régulièrement selon la direction verticale et s'étendant horizontalement, parallèlement à la face avant 10 et à la face arrière 20, selon une direction perpendiculaire au plan de coupe des figures 1 à 4. Cette orientation permet de répartir préférentiellement l'énergie mécanique d'un impact latéralement plutôt que dans l'épaisseur du merlon de protection.
[0039] Les renforcements 16 sont disposés dans les régions du remblai 15 qui sont les plus sollicitées en cas d'impact dont l'énergie doit être absorbée.
Dans des réalisations selon les figures 1 et 2, les renforcements 16 consistent en des premiers renforcements 16 placés dans une première région renforcée 12 adjacente à la face avant 10. Dans celles des figures 3 et 4, outre la première région renforcée 12, une deuxième région renforcée 22 est prévue à proximité de la face arrière 20. Cette deuxième région renforcée 22 comprend des deuxièmes renforcements 16. En général, la région centrale du merlon ne sera pas munie de renforcements 16 parallèles aux faces 10, 20, de façon à autoriser une déformation du merlon en cas d'impact, pour ne pas le fragiliser.
5 [0040] Toutefois, des renforcements secondaires 18 disposés transversalement aux faces 10, 20 peuvent aussi être incorporés au remblai 15, pour consolider l'ensemble. Les renforcements secondaires 18 peuvent notamment relier les faces avant et arrière 10, 20.
[0041] Les renforcements 16 peuvent être disposés sur l'ensemble de la 10 largeur de du merlon. Avantageusement, on utilise des renforcements 16 disposés en segments successifs le long de leur direction principale de résistance de façon à se recouvrir partiellement comme illustré à la figure 5.

Chaque zone 25 de recouvrement mutuel entre deux renforcements 16 successifs comporte du matériau de remblai de sorte que les renforcements 16 ne sont pas en contact entre eux. Ainsi, en cas d'impact, l'énergie est transmise d'un segment au suivant par frottement et dissipée progressivement tout en évitant de provoquer la rupture des renforcements 16. Cela peut permettre au merlon de supporter plusieurs impacts consécutifs sans nécessiter de réparation.
[0042] Idéalement, les renforcements 16 sont disposés 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 renforcements peuvent présenter un angle léger (qui devra rester inférieur à
45 ) et s'enfoncer quelque peu dans l'épaisseur de l'ouvrage, comme représenté à la figure 7. On considère néanmoins qu'elles sont sensiblement parallèles à la face avant 10 et à la face arrière 20 car leur orientation reste majoritairement latérale. Les directions principales de résistance des renforcements 16 forment un angle inférieur à 45 avec la face 10 et/ou 20 du remblai 15.

[0043] De façon similaire, les renforcements 16 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.
[0044] La figure 8 est une représentation similaire à la figure 6 après qu'elle a reçu un impact puissant et localisé sur sa face avant 10 représentée en bas de la figure. On constate que l'énergie a pu être bien dissipée latéralement grâce aux renforcements 16. Les renforcements 16 n'ont pas rompu. Ils restent disposés dans une configuration susceptible d'amortir d'autres impacts.
[0045] L'invention ne se limite pas aux exemples décrits ci-avant. Elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre de la protection recherchée.

Claims

Revendications [Revendication 1] Structure d'absorption d'une énergie d'impact, comprenant :
un remblai (15) ayant une première face (10) exposée à des impacts ; et des renforcements distribués à l'intérieur du remblai (15) et présentant des interfaces frictionnelles avec le matériau du remblai, dans laquelle les renforcements comprennent des premiers renforcements (16) placés dans une première région renforcée (12) adjacente à la première face (10) et présentant des directions principales de résistance formant un angle inférieur à 45 avec la première face.
[Revendication 2] Structure selon la revendication 1, dans laquelle les directions principales de résistance des premiers renforcements (16) sont parallèles à la première face du remblai (15).
[Revendication 3] Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le remblai (15) a une deuxième face (20) opposée à
la première face (10), et dans laquelle les renforcements comprennent des deuxièmes renforcements (16) placés dans une deuxième région renforcée (22) adjacente à la deuxième face (20) et présentant des directions principales de résistance formant un angle inférieur à 45 avec la deuxième face.
[Revendication 4] Structure selon la revendication 3, dans laquelle les directions principales de résistance des deuxièmes renforcements (16) sont parallèles à
la deuxième face du remblai (15).
[Revendication 5] Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les renforcements (16) sont disposés horizontalement.
[Revendication 6] Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la première face (10) du remblai (15) est recouverte d'un parement.
[Revendication 7] Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre des renforcements secondaires disposés transversalement à la première face (10).

[Revendication 8] Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les premiers renforcements (16) comprennent des renforcements métalliques.
[Revendication 9] Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les premiers renforcements (16) comprennent des renforcements en matière polymère.
[Revendication 10] Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les renforcements (16) comprennent des renforcements de type géogrille ou géotextile.
[Revendication 11] Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle certains au moins des premiers renforcements (16) sont agencés en segments successifs le long de leur direction principale de résistance, avec des zones (25) de recouvrement mutuel entre les segments.
[Revendication 12] Structure selon la revendication 11, dans laquelle du matériau de remblai se trouve entre les segments successifs d'un premier renforcement (16), dans les zones (25) de recouvrement.