Procédé et dispositif pour la mise en place d'un ouvrage tel que pont préfabriqué

La présente invention concerne un procédé, et une structure préfabriquée en vue de la mise en oeuvre du procédé, permettant la réalisation et la mise en place dans un espace de temps extrêmement rapide d'un ouvrage d'art notamment d'un pont en vue d'assurer le croisement de deux voies selon deux niveaux superposés.

Les procédés traditionnels de réalisation et d'implantation d'un pont en vue d'assurer le croisement de deux voies par un passage supérieur/inférieur, supposent la mise en place d'une déviation pendant un intervalle de temps qui couvre toute la durée des travaux et qui peut s'étaler sur une période de six à huit mois ; cette solution qui permet de dégager la zone d'érection de l'ouvrage, suppose des travaux importants de mise en place pour la ou les déviations qui suivent nécessairement un parcours sinueux dans des conditions dépourvues de sécurité.

On connaît également des procédés dans lesquels on réalise un ouvrage préfabriqué à côté de son lieu d'implantation et à son niveau horizontal définitif, après quoi la structure de l'ouvrage est translatée jusqu'à son emplacement définitif après quoi des remblais sont effectués de chaque côté des piétements de façon à assurer la continuité du passage supérieur.

Ces méthodes, si elles sont plus rapides que les méthodes traditionnelles présentent cependant des inconvénients ; la durée de mise en place de la structure suppose l'interruption du trafic pendant une période de temps souvent prohibitive.

Et le terrassement des.remblais prolongeant la voie supérieure créée, de chaque côté des piétements une zone sans transition entre le tablier (rigide) et le remblai en cours de tassement, cette succession point dur/point mou créant une zone délicate dans la stabilité et la fiabilité de la voie supérieure, notamment dans le cas de la mise en place d'une voie ferrée en passage supérieur.

La présente invention vise à remédier à ces inconvénients et à cet effet l'invention concerne la mise en place d'une structure notamment d'un pont du type portique évitant les phénomènes de raisonnance liée à la mise en place d'un pont du type cadre tant au niveau du tablier qu'au niveau du radier selon les méthodes traditionnelles.

Un autre objet de l'invention est de supprimer les remblais prolongeant de chaque côté du tablier le passage supérieur en supprimant par la même les différences de consistance du matelas de roulement et en assurant la continuité dans le support et l'infrastructure de la voie supérieure.

L'invention permet de supprimer les déviations provisoires, la mise en place et la mise en fonctionnement opérationnelles du pont vont être obtenues avec une interruption dans un délai de quelques heures.

Enfin, le dispositif et le procédé selon l'invention permettent d'assurer la mise en place d'un système de drainage au niveau des pieds droits et éventuellement des murs en ailes de l'ouvrage.

A cet effet l'invention concerne un procédé de réalisation et de mise en place d'un ouvrage d'art tel qu'un pont pour le croisement de deux voies selon deux niveaux superposés et caractérisé par la succession des opérations suivantes :

• a) on réalise l'ouvrage notamment le pont préfabriqué comportant au moins un tablier horizontal et deux jambages ou pieds droits, à proximité immédiate du positionnement futur du pont et au niveau de la voie supérieure,' sensiblement parallèlement au positionnement futur du pont ;
• b) le pont préfabriqué est déplacé, par exemple par ripage coussins d'air ou d'eau, de sa position de préfabrication à une position située à l'aplomb de son positionnement définitif, au-dessus de la voie supérieure préalablement coupée ;
• c) le pont est enfoncé à sa place définitive par terrassement inférieur de couches successives du terrain situé entre les pieds droits du pont, par des engins de terrassement appropriés ;
• d) les semelles de fondation sont coulées à la base des pieds droits pour constituer l'assise de repos et de stabilisation définitive de l'ouvrage.

Le pont est fabriqué étant positionné parallèlement à son emplacement futur et perpendiculairement à la voie inférieure. Une fois le pont préfabriqué terminé, il est déplacé par ripage sur coussins d'air jusqu'à une position située à l'aplomb de sa position définitive. Par terrassement en couches successives entre les pieds ou jambes du pont, ce dernier est enfoncé jusqu'à sa place définitive, ensuite de quoi pour assurer le rétablissement de la circulation au plus vite, une immobilisation provisoire du pont est réalisée par un étaiement du tablier sur une grave ciment compactée par tours prémontées interposées, ou par vérinage dans les niches sur des organes de calage et des semelles de fondation sont coulées à la base des pieds pour assurer l'immobilisation définitive du pont.

Et, de préférence, les pieds droits du pont se terminant en biseau pour former des bèches comportent des niches dont le plafond est disposé sensiblement horizontalement, de façon à constituer une face d'appui pour le positionnement de vérins destinés à soulever le pont, soit à l'occasion de sa mise sur les moyens de déplacement (ripage par coussins d'air ou coussins d'eau), soit pour l'ajustement du positionnement définitif du pont amené à sa place finale et pour assurer l'assise des pieds sur les fondations.

Lorsque le pont a rejoint son emplacement définitif, après calage et positionnement ajusté grâce aux vérins de manoeuvre qui peuvent prendre appui sur le plafond des niches, les pieds droits du pont, y compris les niches, sont noyés dans un lit de béton définissant ainsi une semelle formant une fondation procurant au pont son assise définitive.

La remise en service de la voie supérieure (qui a été coupée momentanément pendant le temps nécessaire au ripage et à l'enfoncement du pont) peut être rétablie très rapidement, avant le bétonnage des semelles constituant les fondations, par exemple par mise en place de supports tels que des tours d'étaiement qui permettent d'assurer le report des efforts subis par le tablier sur le plan support inférieur, éventuellement avec interposition d'une grave béton compactée sur la surface du terrassement, pour constituer la sous-face de la voie inférieure.

Le procédé décrit selon le brevet principal présente l'avantage d'assurer une mise en place extrêmement rapide du pont. Pendant toute la période de préfabrication du pont dans un positionnement latéral par rapport à son positionnement définitif, la voie supérieure peut être utilisée et elle n'est coupée que pendant les quelques heures nécessaires au ripage du pont jusqu'à l'aplomb de sa position définitive, puis au travail de terrassement inférieur pour l'enfoncement du pont à son niveau définitif. Dès que le tablier du pont a atteint le niveau du passage supérieur, la voie supérieure peut être rétablie immédiatement grâce notamment, ainsi que rappelé précédemment, à un simple étaiement du pont pendant le temps nécessaire à l'exécution et à la prise des fondations qui assureront l'assise ferme du pont terminé.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit et des dessins annexés dans lesquels on considérera comme axe longitudinal l'axe du pont correspondant au passage inférieur, l'axe transversal correspondant à l'axe de passage de la voie supérieure.

• La figure 1 est une vue en coupe transversale (selon la voie supérieure) du pont préfabriqué amené en place sur la voie supérieure.
• La figure 2 représente une vue en coupe longitudinale et partielle du pont.
• La figure 3 représente une vue agrandie de l'embase du pied droit telle que représentée à la figure 1 (en coupe transversale).
• La figure 4 représente une vue en perspective de l'embase d'un pied droit au niveau d'une niche montrant le positionnement des vérins, ainsi que le système de translation du pied droit.
• La figure 5 représente une vue en coupe transversale du pont en cours d'enfoncement.
• La figure 6 représente une vue longitudinale du pont en cours d'enfoncement.
• La figure 7 représente une vue agrandie de la base du pied droit du pont selon la figure 5 précédente.
• La figure 8 représente une vue longitudinale du pont amené dans sa position définitive et lors des opérations de coulée des semelles formant fondations.
• La figure 9 représente une vue en coupe transversale, vue selon la ligne IX-IX de la figure 8 (au niveau des vérins amenés en position active de soutènement).
• La figure 10 représente une vue en coupe transversale selon la ligne X-X de la figure 8 (au niveau des niches amenées en position de coulée des semelles).
• La figure 11 représente une vue de détail de l'embase du pied droit de la figure 9.
• La figure 12 représente une vue de détail de l'embase du pied droit en cours de coulée d'une semelle selon la figure 10.
• La figure 13 représente une vue de détail de l'embase du pied droit montrant le travail des tirants assistant à la manoeuvre d'enfoncement, la vue représentant le sommet des pieux d'ancrage et la base du pied droit à l'arrivée sensiblement de son niveau définitif.

Selon l'ensemble des figures, on voit que le pont préfabriqué 1 comporte un tablier 2 et deux pieds droits 3 et 3' dont l'embase 4,4' se termine en biseau 5,5' (munis éventuellement de sabots de renforcement) ; les biseaux forment une structure dont l'arête pénètre dans le sol en cours de fonçage et faisant fonction de bêche. Ces biseaux peuvent comme représenté à la figure 4 comporter deux niveaux étagés en constituant des dents facilitant ainsi l'enfoncement du piétement ou pied 3,3'.

Facultativement les pieds droits 3,3' peuvent se prolonger vers l'extérieur par un pan coupé 6 permettant le raccordement en pente des zones angulaires séparant la voie inférieure de la voie supérieure lors de la mise en place définitive du pont.

Dans l'embase biseautée ou bêches 5,5' des pieds droits, sont prévues une pluralité de niches 7,7',7" débordant au-dessus du niveau du pan coupé et dont le sommet ou plafond 8 forme une paroi selon un plan sensiblement horizontal.

Le sommet ou plafond 8 de chaque niche 7 peut comporter une ouverture 9,9' qui constitue le débouché inférieur de la chambre ou cylindre d'un vérin de soulèvement 10,10'.

Ce vérin peut avantageusement être constitué d'une simple chemise ou tubulure en matière synthétique noyée dans la masse du pied droit 3,3' lors de sa préfabrication et dans lequel est inséré le mandrin cylindrique 11,11',11" formant le piston mobile.

Le sommet des chambres ou cylindres 10,10' est relié par une canalisation traversant la masse du pied droit 9 et débouchant à l'extérieur ; cette canalisation permet l'alimentation de la chambre 10,10' en fluide hydraulique pour la manoeuvre des pistons 11,11'.

Ces canalisations 12,12',12" sont schématisées sur les dessins. Elles peuvent suivre tout circuit approprié et déboucher en tout endroit convenable sur la paroi extérieure du pont et être raccordées à tout système de circuit et de commande (registre, vanne, robinet, etc...) permettant d'assurer la commande individuelle des vérins lors des manoeuvres de soulèvement qui sont décrites ci-après.

Lors de la manoeuvre de ripage du pont préfabriqué latéralement par rapport à sa position définitive, vers une position à l'aplomb de sa position finale, les vérins 10,10' sont utilisés pour le soulèvement du pont et sa mise en place sur les moyens de ripage.

Ces moyens sont constitués essentiellement des quatre longrines 13,13' et 14,14' disposées par paire de chaque côté des pieds droits 3,3' et ces longrines constituent le chemin de glissement ou rail de déplacement joignant le poste de préfabrication à l'emplacement situé au niveau de la voie supérieure et correspondant à l'aplomb du positionnement futur du pont.

Le poids total du pont 1 est repris par des poutrelles, par exemple une poutrelle HEB référence 16, qui est insérée par ses deux extrémités à l'intérieur de deux niches se faisant face (figure 1).

La poutrelle HEB 16 repose sur les longrines 13,13',14, 14' par l'intermédiaire de dispositifs de ripage tels que coussins d'air 17,17' ou 18,18', ou encore coussins d'eau.

Le pont peut alors être soulevé par appui des pistons 11,11' sur la poutrelle transversale 16 pour la manoeuvre de déplacement et de ripage. Mais on peut également prévoir qu'après soulèvement du pont par les pistons 11, 11', on mette en place des organes de calage (non représentés) qui sécuriseront la manoeuvre du déplacement.

L'ensemble du pont est alors ripé en reposant sur les poutrelles 16, elles-mêmes en translation sur les longrines 13, 13', 14,14' depuis sa position initiale de préfabrication jusqu'à sa position finale à l'aplomb de son emplacement définitif correspondant à une section interrompue de la voie supérieure, par exemple la voie ferrée 19,19' (figure 1).

Arrivés sur place, les organes de calage peuvent être enlevés après soulèvement par le jeu des pistons 11,11' des vérins 10,10', après quoi les vérins ramènent les pistons en position de rétraction jusqu'à ce que la pointe des bêches ou extrémités biseautées 5,5' des pieds droits 3,3' reposent sur le sol. Il est alors possible de procéder à l'enlèvement des organes de ripage, c'est-à-dire les poutrelles 16, coussins d'air 17,17', longrines 13,13' et 14,14'.

Les pistons 11,11' sont alors en position de rétraction effacée à l'intérieur des chambres 10,10' et ils vont rester dans cette position pendant toute la période d'enfoncement du pont telle qu'illustrée aux figures 5,6 et 7.

Comme on le voit notamment en détail à la figure 7, le piston 11 étant en position de rétraction totale, la paroi ou plafond supérieur 8 de la niche 7 peut recevoir l'appui d'une structure prismatique 20 formant "bêche amovible" qui est solidarisée par tout moyen approprié, notamment par des organes de solidarisation 21,21' pénétrant dans des logements 22,22' noyés dans la masse du pied 3, au sommet de la niche 7,7'.

La structure prismatique 20 ou "bêche amovible" va permettre le travail de terrassement dans l'anfractuosité constituée par la niche, en permettant l'enfoncement du pied, en occultant ainsi la paroi constituée par le plafond de la niche 8 qui aurait tendance à tasser et prendre appui sur des éléments de terre inaccessibles au travail de l'engin de terrassement.

Ces engins (pelleteuses, pelles mécaniques, etc...) travaillent par couches successives le sol 23 situé entre les deux pieds droits, en permettant ainsi l'enfoncement progressif dans le sol de l'ensemble du pont.

Selon une caractéristique de l'invention, la base de la paroi extérieure 24,24' du pied droit 3,3' comporte un décrochement ou talon 25,25'.

De sorte que la paroi 24' se trouve légèrement en retrait par rapport à la face du terrain qui a été travaillée et arasée par la pointe de la bêche 5'.

Ainsi se trouve défini un interstice 26 qui peut être utilisé pour assurer les meilleures conditions de descente en limitant les forces de frottement entre la paroi 24,24' et la face située en regard constituant la paroi du terrain travaillée verticalement.

Selon une première forme de réalisation, on a prévu de combler ce vide en insérant dans ce dernier un produit sous forme liquide ou pâteuse, par exemple une bentonite qui constitue une interface lubrifiante entre la paroi 24,24' et la paroi du terrain.

Selon une variante, on a prévu de garnir la paroi 24,24' d'un tapis d'un matériau à propriété drainante ; par exemple on utilise un revêtement à base de crins d'une matière synthétique telle que le nylon, qui constitue une face anti-adhérente à faible coefficient de frottement, permettant, par conséquent, le glissement de cette paroi le long de la paroi du terrain en regard.

Et, dans ce dernier cas, en cours d'enfoncement, au fur et à mesure que le pont rejoint son positionnement définitif, l'interstice est rempli par des matériaux de granulométrie appropriée, par exemple sable fin, en assurant le remplissage mécanique final et ferme de cet interstice, tout en permettant de constituer un volume de drainage entre la paroi imperméable constituée par les pieds droits 3,3' et le sol. De sorte qu'on obtient ainsi, non seulement le glissement et la mise en place aisée du pont lors de la phase d'enfoncement, mais la réalisation automatique d'une interface de drainage entre le pont et le terrain en regard.

La figure 8 ainsi que les figures 9 et 10 représentent le pont amené dans sa position définitive et dans la phase d'immobilisation par coulage des semelles formant fondations.

Ainsi qu'on le voit à la figure 8, dans les niches 27, 27',27", les vérin sont mis en position active pour assurer le soutènement et le soulèvement du pont et son maintien dans sa position définitive.

Le pont peut être maintenu en assise provisoire par le jeu de vérins reposant sur les cales 29,29',29" ; mais on peut également prévoir que le pont est calé directement par des organes de calage venant prendre appui dans le fond des niches 27,27',27".

Le pont étant ainsi en position définitive et à hauteur convenablement ajustée par la jeu de certains des vérins de soutènement, la mise en place des semelles de fondation se fait dans les niches 28,28' qui ont été désactivées et qui sont à cet effet laissées vides. A cet effet, le piston des vérins a été retiré, de sorte que les chambres des vérins débouchent directement au sommet des niches. Et, dans ces conditions, les canalisations 30,30',31,31' peuvent être utilisées pour l'injection, depuis le sommet du tablier, de béton coulé qui peut remplir convenablement les sommets des niches ainsi que les cylindres, et assurer un repos parfaitement homogène du pied sur les semelles ainsi coulées.

Dès la prise des premières semelles 32,32', les niches 27,27',27" peuvent être amenées en position inactive par retrait des cales 29,29',29" et des pistons des cylindres correspondant et le béton sera, à son tour, coulé dans les niches 27,27',27" par les canalisations d'alimentation correspondantes pour couler un jeu de secondes semelles rejoignant les premières grâce à des fers d'attente pour constituer une longrine latérale qui court longitudinalement en enfermant la base du pied droit correspondant.

La semelle 32 (figure 12) s'avance en débordant vers l'intérieur (32a), mais également vers l'extérieur (32b). A cet effet, les engins de terrassement utilisent les niches, en fin de travail et après enlèvement des structures prismatiques amovibles 20, pour dégager les niches vers l'extérieur et permettre une assise large des semelles 32.

Pendant cette période, le rétablissement des passages sur la voie supérieure peut être obtenu puisque le pont est alors en position calée sur les sommets des niches 27,27',27".

Mais, facultativement, on pourrait également prévoir, un système d'étaiement de la sous face du tablier en reposant sur le fond du terrassement, notamment avec interposition d'une grave ciment formant, par exemple, l'infrastructure de la voie inférieure.

Dans ces conditions, on voit que, dès la fin de l'enfoncement du pont qui a atteint son niveau définitif, le passage sur la voie supérieure (empruntant le tablier du pont) peut être pratiquement rétabli immédiatement sous réserve, pendant quelques temps, d'un ralentissement, sans toutefois paralysie du trafic.

Et il n'existe aucune servitude concernant la transition entre le terrain non travaillé qui arrive donc à proximité immédiate du bord du tablier, aucun point de transition entre une zone dure (le tablier rigide) et la zone voisine remblayée n'existant, puisque la zone voisine est constituée par le terrain compacté tel qu'il existait précédemment.

Selon la figure 21, on voitque les semelles reposent, selon une caractéristique facultative, sur des pieux de fondation 33,33' qui ont été préalablement mis en place avant l'amenée et l'enfoncement du pont. A cet effet, un taraudage depuis le niveau supérieur est effectué au moyen d'un outillage approprié (forêts, trépans) de diamètre convenable et, dans le cylindre ainsi alésé dans le sol, est coulé du béton après mise en place d'un ferraillage d'armature, l'ensemble constituant les pieux de fondation 33,33' qui permettent, facultativement et dans le cas où la nature du terrain l'exigerait, de compléter l'assise de la semelle 32.

La figure 13 montre un autre développement de l'invention dans lequel ont été, comme précédemment indiqué, mis en place des pieux 34 constituant ici des pieux d'ancrage.

Alors que les pieux de fondation 33,33' sont positionnés, au départ, de façon à se trouver à la verticale et au niveau juste en dessous d'une future semelle, les pieux d'ancrage 34 sont positionnés pour être prévus à la verticale de la cheminée 35 constituée d'un chemisage 36 noyé dans la paroi du pied droit 3'.

Comme précédemment pour les pieux de fondation, les pieux d'ancrage 34 sont prévus pour affleurer au maximum au niveau correspondant à l'embase du pied droit 3' lorsque ce dernier est amené dans sa position de repos définitif.

Dans les pieux d'ancrage 34, sont noyés les tirants 37, 37',37" qui se prolongent jusqu'au niveau du sol supérieur (correspondant au niveau du passage supérieur).

Lorsque le pont est amené dans sa position à l'aplomb du positionnement définitif, les sommets des tirants 37,37',37" affleurent sensiblement au niveau du sol et peuvent alors être raccordés par tout moyen convenable à des tirants supérieurs qui sont insérés dans la cheminée 35. La base des tirants supérieurs est raccordée aux tirants inférieurs 37,37',37" ancrés dans le pieu 34 et la partie supérieure des tirants supérieurs, débordant au sommet de la cheminée 35, au sommet du pied droit 3', est mise sous tension par exemple par le jeu de vérins disposés au niveau du tablier et travaillant à la traction.

Dans ces conditions, un effort est exercé sur les pieds droits 3' dans le sens de la flèche F_l et cet effort de traction assiste au mouvement naturel d'enfoncement du pont par l'effet de son propre poids.

Divers développements (non représentés) peuvent être apportés à ce qui est décrit ci-dessus.

Ainsi on peut prévoir que la dépose du pont sur le sol en fin de translation, à l'aplomb de sa position définitive et avant commencement de l'opération de fonçage dans le sol se fait après mise en place sous et autour de la base biseautée des pieds droits 3,3' d'un lit à masse de sable sec prisonnier d'au moins une structure d'appui latérale (telles que les longrines 13) ce lit limitant l'enfoncement des bases biseautées des pieds droits dans le sol et permettant ainsi le retrait des organes de levage et de calage mis en place pour la translation du pont, après quoi le sable est évacué, par exemple étant chassé par un jet d'air comprimé, pour permettre l'enfoncement maximum des pieds dans le sol et le fonçage de l'ensemble.

On pourra également prévoir que le pont comporte un dispositif de repérage d'horizontalité tel qu'un niveau d'eau ou de liquide parcourant la périphérie de tablier et comprenant une pluralité de sondes, notamment une sonde à chaque angle du tablier, les sondes étant reliées chacune à un signal tel qu'un signal lumineux visible dans le volume intérieur du portique formant le pont en permettant au personnel de corriger immédiatement dans la conduite des travaux de dégagement du sol et de terrassement le défaut d'horizontalité constaté à un instant donné.

Et dans ce dernier cas notamment on pourra associer ce système de correction au procédé utilisant des tirants verticaux pour autofonçage ; ainsi il est facile de prévoir que chaque sonde est reliée à un commutateur apte à commander la manoeuvre d'au moins un des vérins travaillant à la traction et agissant sur un tirant vertical, la traction sur chaque tirant étant ainsi automatiquement asservie au maintien de l'horizontalité du tablier en cours d'enfoncement, la traction étant interrompue dans la zone connaissant un enfoncement plus accentué.