La présente invention concerne la transformation rapide d'une autoroute (ou route) qui comporte au minimum trois voies dans chaque sens, pour en augmenter la capacité de débit. Elle est transformée en une autoroute à 2 fois 2 voies dans chaque sens: 2 voies à gabarit réduit réservées aux voitures particulières, 2 voies à gabarit inchangé pour le trafic courant.

D'autres inventions ont été proposées qui avaient également pour but d'augmenter la capacité d'une route (ou d'une autoroute).

Ainsi le brevet GB.A.1030949 décrit une structure préfabriquée qui vient s'adapter sur une route existante et ses accotements. Mais, cette structure est supportée par des points d'appui qui s'ancrent sur des fondations à travers de la chaussée existante, neutralisant donc la circulation pendant toute la durée des travaux. De plus les voies latérales se développent sur les accotements, ce qui, dans certains cas impose des acquisitions foncières. Enfin, la conception du procédé est telle que l'ouvrage terminé ne permet pas aux véhicules d'en doubler un qui serait en panne; il existe là une gêne manifeste pour la fluidité du trafic.

De même le brevet FR.A.1 431 771 a également été conçu pour accroître le débit d'une route (ou d'une autoroute). Il faut cependant remarquer que la transformation est obtenue au terme d'importants travaux de Génie Civil, longs et onéreux, sur l'emprise même de la route. Celle-ci, pendant toute la durée des travaux est complètement fermée à la circulation. En outre de tels ouvrages, étant spécifique à chaque site, leur coût est très élevé et leur emploi sur de longues distances deviendrait vite prohibitif.

Les solutions qui viennent d'être présentées ne permettent pas de résoudre les problèmes d'un Maître d'Ouvrage qui souhaiterait augmenter la capacité d'une autoroute sans être poussé à des acquisitions foncières et qui voudrait, malgré tout, se limiter à un budget minimum.

C'est pourquoi la présente invention a pour objet de permettre la transformation d'une autoroute (ou route), d'une part sans nécessiter d'acquisitions foncières obligatoirement coûteuses et souvent même impossibles dans un environnement urbain par nature très sensible, d'autre part sans perturber la circulation, laquelle continue, pendant la mise en oeuvre de l'invention, à s'écouler comme auparavant.

A cet effet l'invention a pour objet un procédé de transformation rapide d'autoroute ou de route existante, pour en augmenter la capacité de trafic, procédé consistant à poser sur la partie centrale de cette autoroute (ou route) une série d'éléments préfabriqués comprenant chacun une dalle supérieure destinée à constituer une voie supplémentaire de roulement puis à les assembler, procédé caractérisé en ce que:

- on utilise des éléments préfabriqués en forme de caissons comprenant chacun une dalle-radier inférieure en béton armé en plus de la dalle supérieure ci-dessus et deux parois latérales ajourées, cette dalle-radier étant destinée à constituer une dalle inférieure de roulement,

- on pose directement chaque caisson, par sa dalle-radier directement sur la voie existante, sans travaux préalables de fondation ou autre à travers celle-ci,

- on réalise l'adhésion de la dalle-radier avec la chaussée existante au moyen d'un mortier à prise rapide qui sert d'interface,

- on bloque éventuellement la dalle-radier avec la chaussée existante par cloutage.

L'invention concerne également les éléments préfabriqués pour le mise en oeuvre du procédé de transformation. Ces éléments comprennent chacun une dalle supérieure destinée à constituer une voie supplémentaire de roulement, et qui est supportée par des parois latérales ajourées, caractérisés en ce que chacun de ces éléments préfabriqués est constitué d'un caisson en béton armé ou en structure mixte acier-béton armé, comprenant une dalle-radier inférieure en plus de la dalle supérieure et des deux parois latérales ajourées, cette dalle-radier servant à la fois à constituer une voie inférieure de roulement et à assurer la répartition des charges du caisson en service sur la chaussée existante.

Le caisson est posé sur la voie bordant le terre­plein central et une partie de celui-ci, de telle sorte que la dalle radier prenne appui sur toute sa surface. Cette pose est faite sans qu'il ait été nécessaire auparavant d'interrompre la circulation pour exécuter des fondations à travers la chaussée existante.

La répartition homogène des charges du radier sur la chaussée se réalise grâce à la mise en oeuvre d'un mortier; celui-ci est à prise rapide car quelques heures après son coulage, la circulation est rétablie sur la dalle-radier.

Un cloutage est éventuellement réalisé à travers la dalle-radier pour éviter tout glissement de l'ouvrage qui serait provoqué par le choc intempestif d'un "Poids lourd" désemparé.

Les caissons sont préfabriqués en usine, d'une manière relativement économique, grâce à l'emploi des techniques éprouvées de préfabrication couramment utilisées dans l'industrie du Bâtiment.

L'invention concerne enfin la machine de pose pour la mise en oeuvre du procédé. C'est un engin qui consiste en un bâti mobile monté sur patins et sur roues comprenant, d'une part deux poutres horizontales situées à une hauteur supérieure à celle additionnée des caissons et de la remorque de transport, hauteur également inférieure à celle des ponts surplombant l'autoroute, et d'autre part des montants latéraux de soutien de ces poutres, lesquels présentent un écartement supérieur à la largeur d'une voiture, cependant que les deux poutres servent de rails de roulement à un chariot qui se déplace dans le sens longitudinal pour soulever, transporter puis poser l'élément préfabriqué à son emplacement définitif.

Cependant d'autres particularités et avantages de l'invention vont apparaître au cours des descriptions suivantes par les dessins annexés à titre indicatif, dans lesquels:

• - la figure 1 est une coupe de l'autoroute à transformer,
• - la figure 2 est une coupe de cette autoroute dans laquelle le terre-plein a été supprimé et remplacé par le complexe de constitution des deux chaussées adjacentes,
• - la figure 3 représente la pose d'un élément préfabriqué à coté d'un élément déjà en place,
• - la figure 4 illustre l'ouvrage en service provisoire,
• - la figure 5 montre l'ouvrage en service définitif,
• - les figures 6 et 7 forment une coupe transversale des caissons S et T juxtaposés,
• - la figure 8 est une coupe longitudinale montrant le principe de raccordement d'un élément aval sur un élément amont,
• - la figure 9 est une coupe sous un pont comportant une pile centrale,
• - la figure 10 est une coupe de l'ouvrage après mise en place des glissières de sécurité et des écrans anti-bruit des voies supérieures ainsi que des lampadaires,
• - la figure 11 montre le transfert de circulation entre les caissons S et T
• - la figure 12 est une coupe de deux caissons R juxtaposés (R gauche et R droite),
• - la figure 13 est une vue en plan de la longrine qui transmet au radier les charges transmises par les poteaux,
• - la figure 14 est la coupe de 2 caissons P juxtaposés,
• - la figure 15 est une coupe de 2 caissons C juxtaposés,
• - la figure 16 montre, en plan, les assemblages des caissons P et C, à gauche en service, à droite pendant la mise en oeuvre,
• - la figure 17 est une coupe de deux demi-coques D superposées,
• - la figure 18 est un schéma des pièces de raccordement pour l'utilisation de caissons standard lors des courbures de l'autoroute,
• - la figure 19 est un schéma des pièces de raccordement pour les changements de pente,
• - la figure 20 est un schéma de principe des caissons en dévers,
• - les figures 21 22 23 24 montrent le principe de la machine de pose des caissons S T R P C,
  
  

  figure 21 coupe longitudinale
  
  

  figure 22 vue en plan
  
  

  figure 23 coupe transversale pendant la pose des caissons (nuit)
  
  

  figure 24 coupe transversale pendant l'ouverture provisoire (jour),

• - la figure 25 montre un schéma de principe de pose des caissons D

L'invention prend son origine dans les observations suivantes;

• 1. Beaucoup de routes et d'autoroutes, notamment aux abords des grandes villes sont saturées plusieurs heures par jour, tout en ne supportant la nuit qu'un trafic réduit.
• 2. La situation ne peut aller qu'en empirant et tôt ou tard il faudra en prévoir le renforcement, tout au moins si l'on veut préserver l'outil économique qu'elles représentent.
• 3. Ces routes et autoroutes sont tracées au milieu de zones fortement urbanisées et toute acquisition foncière en vue de les élargir, d'une part se heurteraient à des coûts exorbitants, d'autre part risqueraient de poser d'insolubles problèmes d'environnement,
• 4. La chaussée, ainsi que les ouvrages d'art de ces routes et autoroutes ont été conçus en dimensions pour laisser le passage de véhicules de grand gabarit, et en résistance pour supporter en chacun de leur point de très lourdes charges.
• 5. La voie bordant le terre-plein central (en France celle de gauche) est en général interdite à la circulation des "Poids lourds" ou pourrait l'être sans gêne pour le trafic, d'autant plus que celui-ci serait amélioré par ailleurs.
• 6. Tous les travaux traditionnels entrepris sur les routes et autoroutes provoquent rapidement des encombrements et des blocages de plus en plus insupportables aux usagers.

Partant de ces constatations, l'utilisation de l'invention se présente comme suit:

• 1. Les travaux de mise en oeuvre, ainsi que les travaux préparatoires ci-dessous sont exécutés pendant une période à définir, aux heures creuses de la nuit, par exemple entre 22 heures et 6 heures. La voie bordant le terre-plein central dans chaque sens, est fermée à la circulation pendant cette période et ouverte à nouveau dès la fin de celle-ci.
• 2. Exécution de travaux préparatoires: suppression du terre-plein central (1) et mise en oeuvre à son emplacement (2) d'un complexe de même composition que celui des chaussées adjacentes; transformation des réseaux, eaux pluviales, éclairage, signalisation.
• 3. Pose sur le terre-plein ainsi préparé et les deux voies adjacentes, de caissons préfabriqués (3 et 4), dont les contraintes, en charge, sur le sol resteront inférieures à celles qui était apportée par la circulation des "Poids lourds"
• 4. Exécution des travaux de liaisons et de scellements des caissons.
• 5. Dès le jour suivant, les voitures particulières peuvent circuler sur les voies inférieures (figure 4) de la même manière qu'elles le faisaient avant le début des travaux.
• 6. A la fin de l'exécution de l'ouvrage (figure 5), les deux voies supérieures (5) sont ouvertes à la circulation dans un sens, pendant que les deux voies inférieures (6) le sont dans l'autre.

Le principe de l'invention est donc de placer en série des caissons préfabriqués, assemblés entre eux et rendus solidaires de la chaussée existante. Il existe plusieurs types de caissons (S T R P C D), dont les combinaisons permettent de composer un projet conforme aux spécifications du Maître d'Ouvrage. Ces caissons sont représentés dans les figures suivantes: S (fig.6) T (fig.7) R (fig.11) P (fig.14) C (fig. 15) et D (fig.17).

Le caisson S (caisson simple) est un caisson à voie unique. Il est constitué d'une dalle-radier (7) qui, d'une part prenant appui en chacun de ses points sur la chaussée assure une répartition homogène des charges du caisson, d'autre part constitue la chaussée du niveau inférieur, d'une paroi extérieure (8) qui est plus ou moins ajourée pour assurer la ventilation et renforcée à sa base du côté extérieur pour servir de glissière de sécurité, d'une paroi intérieure (9) également ajourée, lesquelles deux parois supportent une dalle supérieure (10) qui servira de deuxième voie. Le caisson est posé sur un bain de mortier (11) coulé directement sur la chaussée; ce mortier permet de répartir uniformément les charges transmises par le radier; il est à prise rapide car les voitures doivent emprunter la voie inférieure au bout de quelques heures. Pour la commodité des mises à niveau (cf fig. 8), le radier s'appuie en amont sur un débord (12) du radier du caisson précédent et en aval sur des vérins de réglage (13); le mortier est ensuite injecté dans des orifices (14) réservés lors de la préfabrication. Si l'adhérence procurée par ce mortier est jugée insuffisante pour résister au choc latéral provoqué par un "Poids lourd" désemparé, on procède à un cloutage par coulage de béton armé à travers la dalle-radier dans un forage de quelques dizaines de centimètres dans la chaussée existante (15). Le caisson S est juxtaposé, en principe à un caisson T (cf figures 6 et 7), éventuellement à un caisson S, notamment sous un pont qui s'appuie sur une pile centrale (cf fig. 9). On procède aux assemblages latéraux (16) avec le caisson juxtaposé et aux assemblages longitudinaux (17) avec le caisson amont. Ces assemblages peuvent être de plusieurs types; métalliques, en béton armé ou béton précontraint. Ce peut être des assemblages destinés à n'assurer qu'une simple liaison avec le caisson voisin; ce peut être également des laisons destinées à rendre monobloc une chaine de plusieurs caissons; des gaines de précontrainte (18) auront alors été placées, lors de la préfabrication, dans les dalles des caissons. Ultérieurement, un tapis bitumineux (19) est coulé et les glissières de sécurité (20), les écrans anti-bruit (21) l'éclairage public (22) sont mis en place. Afin d'assurer une circulation fluide la largeur minimum préconisée pour les voies (23) est au minimum de 2.40 mètres; celle entre parois (24) de 2.80 mètres; la largeur hors tout (25) est de 3.50 mètres. Bien entendu ces cotes peuvent être majorées si la largeur des emprises le permet. La hauteur minimale (26) est de 2.10 mètres et peut être légèrement augmentée entre les ponts et même éventuellement sous ceux-ci, s'ils sont plus élevés que la normale. La longueur hors tout (fig.8 -27) est au maximum de 2.45 mètres afin que les caissons puissent être transportés à partir de l'usine de préfabrication sans avoir à faire usage de transports spéciaux; il en sera de même pour les autres caissons.

Le caisson T (caisson à trottoir) (figure 7) est un caisson à voie simple, bordée d'un trottoir latéral (28), dont la largeur minimale (29) est de 2.00 mètres. Sa largeur minimale hors tout (30) est de 5.30 mètres. Pour le reste, sa composition est celle du caisson S. Les caissons S et T s'utilisent placés en juxtaposition (figures 6 7 11). Pour que les véhicules circulant dans les caissons S (31) puissent disposer du trottoir du caisson T (32), il faut alterner la position relative des caissons S et T. La zone de raccordement entre les tronçons ST et TS est obtenue à l'aide de caissons R.

Le caisson R (caisson de raccordement) est un caisson dont les dalles sont trapézoïdales et la paroi intérieure constituée d'un poteau (35) et de longrine (36) et poutre (37) noyées dans le trottoir des dalles. Il existe en fait deux types de caissons R: le caisson R gauche (Rg) (33) et le caisson R droite (Rd) (34). Le petit côté du caisson Rd s'adapte à un caisson S; le grand côté du caisson T à un caisson T; les deux autres côtés s'adaptent entre eux. Les caissons R possèdent une paroi extérieure analogue (8) aux caissons précédents. Lors de la préfabrication, une gouttière (38) est réservée dans le trottoir de la dalle supérieure pour recevoir une poutre en béton armé précontraint ou non coulée après la mise en place des 4 caissons R adjacents; cette poutre est destinée à répartir sur les poteaux les charges de la dalle-trottoir supérieure. De la même façon une gouttière (39) est réservée dans le trottoir de la dalle-radier pour recevoir une longrine en béton armé précontraint ou non, elle aussi coulée après la pose. Cette longrine est destinée à répartir dans le radier les charges transmises par les poteaux. Il a été nécessaire, pour la manutention des caissons d'y adapter des étais provisoires (40); ceux-ci restent en place pendant la durée de prise du béton; leur emplacement est prévu pour ne pas gêner la circulation diurne provisoire.

Le caisson P (caisson à poteau) (figure 14) est un caisson qui s'assemble latéralement à un caisson P et longitudinalement à un autre caisson P et à un caisson C (figure 16). Il existe deux types de caissons P, Pg et Pd. Par le groupement de 4 caissons P et de 2 caissons C, on obtient un trottoir central accessible des deux côtés. (Les avantages et inconvénients par rapport à la solution apportée par l'emploi des caissons S T R seront définis plus loin). La composition de ces caissons est analogue à celle des caissons R aux équarissages près des poutres et longrines, étant en outre précisé que celles-ci ne sont plus obliques, mais parallèles aux parois extérieures.

Le caisson C (caisson en forme de C) est un demi caisson qui s'assemble (41) à un caisson C (41) et se trouve placé entre deux caissons P (42). Il est destiné à donner un espacement suffisant entre les poteaux des caissons P. Sa composition est celle du caisson P où l'on aurait supprimé le poteau.

Il existe donc deux solutions pour créer des ouvrages à 2 fois 2 voies de circulation et trottoir central. L'utilisation conjuguée de caissons S T R ou celle de caissons P et C. Dans la première solution le trottoir n'est accessible à partir des voies S qu'après une manoeuvre, sans difficulté particulière, et dont la durée dépend de la distance choisie entre les zones de raccordement (caissons R). Si cette distance est de 5.00 mètres, c'est à dire la longueur d'une voiture, la difficulté est la même qu'en configuration P C. En fait pour des raisons d'économie et de vitesse de mise en oeuvre, on aurait intérêt à choisir une plus longue distance, par exemple 15 ou même 20 mètres. En effet, du fait de la nécessité de poutres et longrines dans les caissons R, ceux ci sont plus onéreux à utiliser et plus longs à mettre en oeuvre. Pour la raison ci-dessus l'emploi de la configuration P C, a priori plus confortable, est aussi plus onéreuse et d'exécution plus lente.

Dans les configurations qui précèdent, les voitures circulent sur deux voies uniques reliées par un trottoir qui permet d'en changer à vitesse réduite. A intervalle régulier, il peut être souhaité de permettre aux voitures de changer de file à vitesse normale. On utilisera des caissons d'un type particulier, les caissons D.

Le caisson D (caisson à double voie) (figure 17) est composé de deux demi-coques inversées et superposées. Le caisson D est constitué d'une dalleradier (43), de deux demi-parois superposées (44 et 45), assemblées de façon rigide (46) par des systèmes mécaniques, ou en béton précontraint ou non, et d'une dalle supérieure (47). La largeur des deux voies (48) est au minimum de 6.00 mètres et la largeur hors tout (49) de 7.60 mètres. L'emploi des caissons D est avantageux car il permet de changer de file à vitesse constante; il semblerait donc plus intéressant que les précédents. Il présente cependant trois inconvénients: 1) étant nettement plus lourd que les précédents, il ne peut être employé que là où la force portante de la chaussée le permet, ce qui exclut en principe les ponts. 2) il est pour cette raison nettement plus onéreux et plus lent à mettre en oeuvre. 3) Lorsqu'une voiture est immobilisée sur une voie, il n'en reste qu'une seule ouverte à la circulation. Dans les configurations précédentes (STR ou PPC), il suffit de pousser le véhicule sur le trottoir pour disposer immédiatement des deux voies.

Des pièces de raccordement (figures 18 - 50) collées en usine sur les dalles des caissons standard, permettent une adaptation aux courbures de l'autoroute. D'autres pièces (figure 19 - 51) permettent de la même manière une adaptation aux changements de pente.

Des caissons spéciaux dont le principe est schématisé en figure 20 permettent une adaptation à un dévers qu'on n'aurait pas pu absorber en "jouant" sur l'épaisseur du mortier d'interface ou de la couche de béton bitumineux.

Les caissons S T R P C sont posés au moyen d'une machine dont le principe est illustré par les figures 21, 22, 23 et 24. C'est un engin automoteur (52) constitué d'un bâti (53), monté sur patins (55) actionnés par des vérins pour la position de travail et de repos, et sur roues (56) pour ses déplacements. Il est conçu pour passer sous les ponts (57) surplombant l'autoroute. En dehors des heures de service une voiture passe aisément sous ses montants (54). En partie haute deux poutres horizontales (58) permettant le déplacement du chariot qui soulève le caisson de sa remorque (61) en avant de l'engin de pose, le déplace, lui fait subir une rotation de 90° (62) et le met à sa position définitive. Après la pose, la machine avance d'une longueur de caisson et le cycle recommence. En principe deux machines travaillent cote à cote, et plus précisément en léger décalage. Deux machines doivent pouvoir poser des caissons sur des longueurs de 25 à 50 mètres par nuit. Sur la face interne du bâti, sont placés des roules verticaux (63), afin d'amortir les chocs lors des manutentions et éventuellement des voitures pendant la circulation diurne.

Les caissons D sont posés à l'aide d'engins traditionnels, selon une procédure qui respecte le principe: pas d'encombrement des voies qui restent en service toute la nuit, et non survol de ces voies par les caissons. La figure 25 est un schéma de ce principe. 1er cycle (67): le caisson est soulevé de sa remorque (68) par la grue mobile (69). 2ème cycle (70): le caisson est placé dans l'axe de l'ouvrage (71). 3ème cycle (72) : le caisson est soumis à une rotation de 90 °.4ème cycle (73) : pose du caisson.

La construction des échangeurs entre les voies créées par application de l'invention et le reste du réseau sont des ouvrages très simples (hauteur maximum 2.50 mètres), adaptés à chaque cas. Ils seront construits en faisant largement appel à la préfabrication. Les échangeurs existants n'ont pas à être modifiés.

La vitesse des véhicules sera limitée à 80 km/h (limitation urbaine). Il y a tout lieu de penser par ailleurs, que le fait de circuler dans une sorte de tube et l'impossibilité de changer fréquemment de voie rendra la circulation assez fluide.