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JOINT DE DILATATION EN ALUMINIUM COULE A LA RESINE Objet de l'invention [0001] La présente invention se rapporte à un nouveau joint de dilatation pour ouvrages de génie civil, tels que ponts routiers ou ferroviaires, rampes d'accès ou dalles de parking sur appui, de préférence un joint de dilatation de ponts de type joint métallique coulé à la résine.
Arrière-plan technologique et état de la technique [0002] Il est connu en génie civil que les joints de dilatation de ponts sont à l'origine de nombreux problèmes tels que la détérioration du joint, du revêtement, de la structure, etc.
[0003] Le comportement d'un joint dépend, de manière prépondérante, de sa résistance mécanique mais encore d'une multiplicité de facteurs tels que la qualité de la pose du joint, de l'exécution de l'ouvrage et des revêtements, le trafic supporté, la dénivellation, l'entretien, etc.
[0004] Les sollicitations mécaniques des joints proviennent principalement de l'action des roues des véhicules, principalement des poids lourds, malgré les limitations de charge imposées. Ainsi le martèlement et les chocs continuels provoquent des désagréments tels que par exemple descellement du joint, désagrégation du revêtement, pénétration d'eau, formation de nids de poule.
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[0005] On connaît essentiellement deux types de joints. Les joints métalliques ancrés au béton de type Maurer sont constitués de profilés en acier résistant aux intempéries dans les rainures desquels est inséré, sans vissage ni collage, un joint à bande élastomère qui peut être articulé (a section en "U", "V", zigzag, soufflet, etc.). Le joint élastomère peut également être fixé aux profilés métalliques. Le scellement des profilés dans le béton est réalisé par ancrage à intervalle longitudinal régulier d'un nombre discret d'étriers ou barres d'ancrage en acier soudés, soit directement auxdits profilés, soit par l'intermédiaire de platines en acier (voir par exemple brevets US-A-4 423 979, US-A-3 888 599, US-A-3 887 292).
Une autre possibilité de scellement dans le béton est l'ancrage par des broches soudées alternativement à courte distance sur la face latérale ou la face inférieure du profilé. Ce type de joint présente les inconvénients suivants : - la rupture d'une soudure provoque la désolidarisation des profilés de l'ancrage, voire le dépassement d'éléments au niveau de la chaussée ; - leur installation requiert des démolitions importantes dans la structure de l'ouvrage (vide de réservation important), ce qui représente un surcoût de main d'oeuvre ; - le temps de séchage est de l'ordre de huit jours pour l'obtention d'une résistance suffisante, d'où un surcoût de signalisation.
[0006] Les autres types de joints couramment utilisés sont les joints métalliques ancrés dans la résine, où l'ancrage se fait via des barres à béton sinusoïdales continues à nouveau soudées aux profilés (voir par exemple brevet US-A-4 362 430). Ceux-ci présentent les inconvénients suivants :
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- la mâchoire de ces joints a tendance à se désolidariser de sa sinusoïde, au niveau de la soudure ; - les coûts sont importants au niveau de la fourniture du joint lui-même (environ 250 EUR par mètre de joint).
Buts de l'invention [0007] La présente invention vise à proposer une solution qui permette de s'affranchir des inconvénients présentés par les joints de l'état de la technique.
[0008] En particulier, l'invention a pour but de proposer un joint de dilatation plus avantageux aussi bien sur le plan de la qualité que de son coût.
[0009] Un but complémentaire de l'invention est de fournir un joint facile à mettre en oeuvre.
Principaux éléments caractéristiques de l'invention [0010] La présente invention concerne un joint de dilatation pour ouvrages d'art tels que des ponts comprenant deux châssis métalliques, essentiellement parallèles entre eux et disposés transversalement et à fleur par rapport à une chaussée, de part et d'autre d'une fente, et au moins une bande élastomère en liaison avec lesdits châssis selon ses côtés longitudinaux, via au moins une rainure aménagée dans chacun desdits châssis au niveau d'une mâchoire essentiellement rectangulaire, de préférence sans collage ni vissage, ledit joint étant coulé dans un mortier de résine comprenant une charge minérale de granulats et un liant élastomère, caractérisé en ce que lesdits châssis sont pourvus de moyens continus longitudinaux permettant directement l'ancrage du joint dans ledit mortier de résine.
[0011] Le joint de dilatation selon l'invention est destiné à être utilisé de préférence comme joint de
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dilatation de tabliers de ponts routiers ou ferroviaires, de dalles de parking sur appuis, de routes et rampes d'accès.
[0012] Avantageusement, lesdits moyens continus comprennent une aile d'ancrage longitudinale munie d'un retour continu et/ou de boutonnières.
[0013] De préférence, l'extension de ladite aile dans le sens de la chaussée, c'est-à-dire la largeur de l'aile, vaut au moins deux fois la dimension dans le sens de la chaussée de la mâchoire, c'est-à-dire la largeur de la mâchoire.
[0014] Selon une modalité d'exécution préférée de l'invention, les châssis métalliques sont en aluminium, en acier inoxydable ou en acier traité contre les agents atmosphériques et les sels de déneigement et la bande élastomère est un profilé, de préférence articulé, en néoprène ou polychloroprène, tel que profilé à section centrale en "U", "V" ou soufflet.
[0015] Il ressort avantageusement de l'invention que ladite bande élastomère est amovible et interchangeable avec une autre bande élastomère.
[0016] Toujours selon l'invention, le mortier de résine présente les caractéristiques suivantes : - allongement à la rupture du liant de plus de 200% à-10 C - contrainte à la rupture minimum de 15 MPa ; - durée de polymérisation inférieure à 6 heures à 30 C ; - module d'élasticité inférieur à 2 GPa à -10 C ; - résistance mécanique en compression minimum de 30 MPa ; - résistance mécanique en flexion minimum de 25 MPa ; - coefficient d'adhérence au béton et à l'acier minimum de 2,5 MPa ; - imperméabilité parfaite.
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[0017] Selon l'invention, ledit joint de dilatation présente un souffle de maximum 80 mm.
[0018] Un autre aspect de la présente invention concerne un procédé, pour la mise en oeuvre d'un joint de dilatation, et comportant les étapes suivantes : - l'intervention s'effectue après la pose du revêtement final comprenant l'enrobé ; - l'enrobé est tracé et scié de part et d'autre du joint, avec ouverture d'une tranchée d'environ 35 cm de large ; - la surface du béton est nettoyée et préparée ; - des barres d'ancrage sont posées dans le béton de structure ; - les châssis métalliques du joint sont mis en place et réglés à niveau du revêtement ; - l'écartement du joint est réglé en fonction de la température et des caractéristiques de l'ouvrage ; - le remplissage du vide entre les flancs métalliques du joint et le béton de l'ouvrage est réalisé avec le mortier de résine ;
- la bande élastomère est mise en place de façon ininterrompue sur toute la longueur du joint.
Brève description des figures [0019] Les figures l.a et l.b représentent les types de joint de dilatation pour ponts que l'on trouve dans l'état de la technique, respectivement le joint métallique ancré au béton et le joint métallique ancré dans la résine.
[0020] La figure 2 représente schématiquement une vue en coupe transversale du joint de dilatation de pont proposé par la présente invention.
[0021] La figure 3 représente une photographie en coupe du joint de la figure 2.
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Description de formes d'exécution de l'état de la technique [0022] A la figure l.a, on a représenté un joint de dilatation métallique de type Maurer ancré dans le béton 10. Un profilé en élastomère 4 est inséré dans des mâchoires continues en acier 1, avec ou sans fixation tel que vissage ou collage. Les mâchoires présentent une aile de raccordement à laquelle sont soudées à distance fixe des platines d'ancrage 2 auxquelles sont soudés à leur tour des étriers d'ancrage 3.
[0023] A la figure 1.b, on a représenté un joint de dilatation métallique ancré dans une résine 6. L'ancrage se fait via des barres à béton sinusoïdales 2a soudées aux mâchoires.
Description d'une forme d'exécution préférée de l'invention [0024] Le joint proposé par la présente invention est un joint de dilatation en aluminium coulé à la résine, pour supporter une dilatation allant jusqu'à 80 mm (souffle), tel que représenté à la figure 2.
[0025] Le joint est constitué de deux profilés métalliques, de préférence en aluminium 1, noyés et ancrés dans un mortier de résine 6 qui est coulé à l'état liquide lors de la mise en oeuvre du joint. Le mortier de résine 6 comprend une charge minérale (granulats) et le liant polymère thermoplastique et/ou thermodurcissable.
[0026] Un profilé souple en néoprène 4, par exemple à section essentiellement en forme de "V", est encastré dans une rainure faisant office de mâchoire de rétention de chaque profilé en aluminium. Le profilé en néoprène est démontable. Sa forme et celle des rainures ont été étudiées pour assurer une jonction parfaitement étanche. La forme des mâchoires métalliques et du joint en néoprène font partie de l'état de la technique et sont bien connus de l'homme de métier.
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[0027] La composition du mortier de résine a été choisie de manière à assurer une liaison excellente avec les chapes d'étanchéité à base de résine et d'asphalte. La liaison a fait l'objet d'essais en laboratoire avec passage au simulateur de trafic et test d'étanchéité.
Caractéristiques du joint aluminium - résine [0028] Les éléments métalliques sont en aluminium ce qui permet d'éviter la corrosion due aux agents atmosphériques (par exemple l'ozone) et aux sels de déneigement.
[0029] Le profil élastomère a une très bonne résistance au vieillissement, à l'abrasion, aux agents chimiques. Il est continu sur toute la longueur des joints et est démontable.
[0030] Le mortier de résine présente un allongement à la rupture du liant de plus de 200% à -10 C. La contrainte à la rupture est de 15 MPa. La durée de polymérisation est de 3 à 5 heures à 30 C. Le module d' élasticité du mortier est inférieur à 2 GPa à -10 C. La résistance en compression du mortier est de 30 MPa. La résistance en flexion est de 25 MPa. Le coefficient d'adhérence au béton et à l'acier est de 2,5 à 3 MPa. Le mortier est parfaitement imperméable.
Mise en oeuvre [0031] La mise en oeuvre du joint de pont de l'invention comporte les étapes suivantes : - l'intervention s'effectue après la pose du revêtement final (l'enrobé hydrocarboné) ; - l'enrobé est tracé et scié de part et d'autre du joint, avec ouverture d'une tranchée de 35 cm de large sur l'épaisseur de l'enrobé ;
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- la surface du béton est nettoyée et préparée ; - des barres d'ancrage sont posées dans le béton de structure ; - les éléments métalliques du joint sont mis en place et réglés à niveau du revêtement ; - l'écartement du joint est réglé en fonction de la température et des caractéristiques de l'ouvrage ; - le remplissage du vide entre les flancs métalliques du joint et le béton de l'ouvrage est réalisé avec le mortier de résine ;
- la bande élastomère est mise en place de façon ininterrompue sur toute la longueur du joint.
[0032] Le joint de dilatation de pont selon l'invention présente les avantages suivants : - adaptation particulièrement bonne au remplacement des joints anciens dans le cadre de la réfection des ouvrages d'art en génie civil ; - rapidité de mise en oeuvre, la résine polymérisant typiquement en 3 à 5 heures ; - polymérisation non gênée par les vibrations de l'ouvrage ; - pose aisément effectuée sur une demi-largeur de chaussée ; - application du mortier de scellement constituant dans la grande majorité des cas la meilleure restauration des abouts de dalles, permettant d'éviter les réparations onéreuses et assurant une protection sûre du béton ; - très grande stabilité du néoprène sur 15 - 20 ans ; - adhérence excellente du béton ancien, la résistance du mortier de résine dépassant largement celle du béton de ciment.
[0033] Les profilés en aluminium selon l'invention présentent une aile d'extension vers l'extérieur par rapport au joint et qui assure en soi la fonction d'ancrage longitudinal continu dans le mortier de résine. Cette aile
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doit être distinguée de l'aile de raccordement des profilés Maurer, celle-ci se plaçant à la limite du béton sous l'isolation et permettant la fixation par soudure des étriers ou broches pour l'ancrage dans ledit béton. Dans le cas présent, l'aile du profilé doit être d'une longueur et d'une épaisseur suffisante que pour assurer une bonne rigidité de l'ensemble. Elle sera avantageusement pourvue de boutonnières 8 et/ou d'un retour ou coude 9 continu sur toute la longueur du profilé, ces éléments permettant de renforcer l'ancrage dans le béton de résine.
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OBJECT OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a new expansion joint for civil engineering works, such as road or rail bridges, access ramps or parking slabs on support, preferably an expansion joint of bridges of the metal joint type cast with resin.
Technological background and state of the art It is known in civil engineering that the expansion joints of bridges are the source of many problems such as deterioration of the joint, of the coating, of the structure, etc.
The behavior of a joint depends, predominantly, on its mechanical strength but also on a multiplicity of factors such as the quality of the installation of the joint, the execution of the structure and the coatings, the supported traffic, drop, maintenance, etc.
The mechanical stresses of the seals come mainly from the action of the vehicle wheels, mainly heavy goods vehicles, despite the load limits imposed. Thus hammering and continuous shocks cause inconvenience such as for example loosening of the joint, disintegration of the coating, water penetration, formation of potholes.
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Essentially two types of seals are known. Metal joints anchored to Maurer type concrete are made of weather-resistant steel profiles into the grooves of which is inserted, without screwing or gluing, an elastomeric band joint which can be articulated (with a "U", "V" section , zigzag, bellows, etc.). The elastomeric seal can also be attached to the metal profiles. The profiles are sealed in concrete by anchoring at regular longitudinal intervals to a discrete number of welded steel stirrups or anchor bars, either directly to the said profiles or via steel plates (see for example US-A-4,423,979, US-A-3,888,599, US-A-3,887,292).
Another possibility of cementing in concrete is anchoring by pins welded alternately at short distance on the side face or the underside of the profile. This type of joint has the following drawbacks: - the rupture of a weld causes the sections of the anchoring to separate, or even elements to protrude at the level of the roadway; - their installation requires significant demolition in the structure of the structure (significant reservation void), which represents an additional cost of labor; - the drying time is of the order of eight days to obtain sufficient resistance, hence an additional signaling cost.
The other types of seals commonly used are metal seals anchored in the resin, where the anchoring is done via continuous sinusoidal concrete bars again welded to the profiles (see for example patent US-A-4,362,430) . These have the following disadvantages:
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- the jaw of these joints tends to separate from its sinusoid, at the weld; - the costs are significant at the level of the supply of the joint itself (approximately 250 EUR per meter of joint).
AIMS OF THE INVENTION The present invention aims to propose a solution which makes it possible to overcome the drawbacks presented by the seals of the prior art.
In particular, the invention aims to provide a more advantageous expansion joint both in terms of quality and cost.
An additional object of the invention is to provide a seal that is easy to implement.
Main characteristic elements of the invention The present invention relates to an expansion joint for engineering structures such as bridges comprising two metal frames, essentially parallel to each other and arranged transversely and flush with a roadway, on the side and on the other with a slot, and at least one elastomer strip in connection with said chassis along its longitudinal sides, via at least one groove provided in each of said chassis at the level of an essentially rectangular jaw, preferably without bonding or screwing , said joint being poured into a resin mortar comprising a mineral filler of aggregates and an elastomeric binder, characterized in that said frames are provided with continuous longitudinal means allowing the anchoring of the joint directly in said resin mortar.
The expansion joint according to the invention is intended to be used preferably as a joint
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expansion of road or rail bridge decks, parking slabs on supports, roads and ramps.
Advantageously, said continuous means comprise a longitudinal anchoring wing provided with a continuous return and / or buttonholes.
Preferably, the extension of said wing in the direction of the road, that is to say the width of the wing, is worth at least twice the dimension in the direction of the road of the jaw, that is, the width of the jaw.
According to a preferred embodiment of the invention, the metal frames are made of aluminum, stainless steel or steel treated against atmospheric agents and snow-removing salts and the elastomer strip is a profile, preferably articulated, made of neoprene or polychloroprene, such as profile with central section in "U", "V" or bellows.
It advantageously emerges from the invention that said elastomeric strip is removable and interchangeable with another elastomeric strip.
Still according to the invention, the resin mortar has the following characteristics: - elongation at break of the binder by more than 200% at -10 ° C. - minimum breaking stress of 15 MPa; - polymerization time less than 6 hours at 30 C; - modulus of elasticity less than 2 GPa at -10 C; - mechanical resistance in minimum compression of 30 MPa; - minimum bending mechanical resistance of 25 MPa; - minimum adhesion coefficient to concrete and steel of 2.5 MPa; - perfect waterproofing.
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According to the invention, said expansion joint has a blast of maximum 80 mm.
Another aspect of the present invention relates to a method, for the implementation of an expansion joint, and comprising the following steps: - the intervention is carried out after the laying of the final coating comprising the mix; - the asphalt is traced and sawn on either side of the joint, with the opening of a trench approximately 35 cm wide; - the concrete surface is cleaned and prepared; - anchor bars are placed in the structural concrete; - the metal frames of the joint are put in place and adjusted to the level of the coating; - the spacing of the joint is adjusted according to the temperature and the characteristics of the structure; - filling the void between the metal sides of the joint and the concrete of the structure is carried out with resin mortar;
- the elastomer strip is put in place continuously over the entire length of the joint.
Brief description of the figures Figures l.a and l.b show the types of expansion joint for bridges found in the state of the art, respectively the metal joint anchored to concrete and the metal joint anchored in resin.
Figure 2 schematically shows a cross-sectional view of the bridge expansion joint proposed by the present invention.
FIG. 3 represents a cross-sectional photograph of the joint in FIG. 2.
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Description of embodiments of the state of the art In Figure la, there is shown a metal expansion joint of Maurer type anchored in concrete 10. An elastomer profile 4 is inserted into continuous jaws in steel 1, with or without fixing such as screwing or gluing. The jaws have a connection wing to which are fixedly welded anchor plates 2 to which are in turn welded anchor brackets 3.
In Figure 1.b, there is shown a metal expansion joint anchored in a resin 6. The anchoring is done via sinusoidal concrete bars 2a welded to the jaws.
Description of a preferred embodiment of the invention The joint proposed by the present invention is an expansion joint made of aluminum cast with resin, to support an expansion of up to 80 mm (breath), as as shown in Figure 2.
The seal consists of two metal profiles, preferably aluminum 1, embedded and anchored in a resin mortar 6 which is poured in the liquid state during the implementation of the seal. The resin mortar 6 comprises a mineral filler (aggregates) and the thermoplastic and / or thermosetting polymer binder.
A flexible neoprene profile 4, for example with a section essentially in the shape of a "V", is embedded in a groove serving as a retaining jaw for each aluminum profile. The neoprene profile is removable. Its shape and that of the grooves have been studied to ensure a perfectly sealed junction. The shape of the metal jaws and of the neoprene seal form part of the state of the art and are well known to those skilled in the art.
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The composition of the resin mortar was chosen so as to ensure an excellent bond with the sealing screeds based on resin and asphalt. The connection was subjected to laboratory tests with passage to the traffic simulator and leakage test.
Characteristics of the aluminum-resin seal The metallic elements are made of aluminum, which makes it possible to avoid corrosion due to atmospheric agents (for example ozone) and to snow-removing salts.
The elastomer profile has a very good resistance to aging, to abrasion, to chemical agents. It is continuous over the entire length of the joints and is removable.
The resin mortar has an elongation at break of the binder of more than 200% at -10 C. The stress at break is 15 MPa. The polymerization time is 3 to 5 hours at 30 C. The elasticity modulus of the mortar is less than 2 GPa at -10 C. The compressive strength of the mortar is 30 MPa. The flexural strength is 25 MPa. The coefficient of adhesion to concrete and steel is 2.5 to 3 MPa. The mortar is perfectly waterproof.
Implementation The implementation of the deck joint of the invention comprises the following steps: - the intervention is carried out after the installation of the final coating (the asphalt mix); - the asphalt is traced and sawn on either side of the joint, with a 35 cm wide trench opening across the thickness of the asphalt;
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- the concrete surface is cleaned and prepared; - anchor bars are placed in the structural concrete; - the metal elements of the joint are put in place and adjusted to the level of the coating; - the spacing of the joint is adjusted according to the temperature and the characteristics of the structure; - filling the void between the metal sides of the joint and the concrete of the structure is carried out with resin mortar;
- the elastomer strip is put in place continuously over the entire length of the joint.
The deck expansion joint according to the invention has the following advantages: - particularly good adaptation to the replacement of old joints as part of the repair of civil engineering structures; - speed of implementation, the resin typically polymerizing in 3 to 5 hours; - polymerization not hampered by the vibrations of the structure; - laying easily carried out on a half-width of roadway; - application of the sealing mortar constituting in the vast majority of cases the best restoration of the end of the slabs, making it possible to avoid expensive repairs and ensuring safe protection of the concrete; - very high stability of the neoprene over 15 - 20 years; - excellent adhesion of old concrete, the resistance of the resin mortar far exceeding that of cement concrete.
The aluminum profiles according to the invention have an extension wing towards the outside relative to the joint and which in itself ensures the function of continuous longitudinal anchoring in the resin mortar. This wing
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must be distinguished from the connection wing of the Maurer profiles, this being placed at the edge of the concrete under the insulation and allowing fixing by welding of the stirrups or pins for anchoring in said concrete. In the present case, the profile wing must be of sufficient length and thickness to ensure good rigidity of the assembly. It will advantageously be provided with buttonholes 8 and / or a continuous return or elbow 9 over the entire length of the profile, these elements making it possible to strengthen the anchoring in the resin concrete.