FR2620769A1 - Plaques d'articulation, notamment pour voussoirs de tunnel - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une plaque d'articulation en matière élastomère, qui se trouve entre des éléments en béton, en acier, en fonte ou en béton armé, en particulier entre des voussoirs de tunnel. L'essentiel de l'invention consiste en ce que la plaque d'articulation 3 comporte une couche d'âme souple 4 en caoutchouc ou en matière caoutchouteuse, qui est entourée par une couche extérieure 5 ayant une moindre extensibilité et une résistance plus élevée.
Description
L'invention concerne une plaque d'articulation en un matériau élastique,
qui est placée entre des éléments en béton, en acier, en fonte ou en béton armé, en
particulier entre des voussoirs de tunnel.
Dans les installations de tunnel qui sont creusées à travers le rocher, on peut souvent se passer de l'étanchéification directe des voussoirs contre les infiltrations d'eau. En conséquence, les éléments en béton, en acier, en fonte ou en béton armé peuvent être posés directement l'un sur l'autre. Etant donné qu'il peut se produire, sous l'effet d'influences extérieures ou de mouvements de véhicules à l'intérieur du tunnel, des déplacements dans le profil de celui-ci qui peuvent conduire à un désalignement des voussoirs les uns par rapport aux autres, les surfaces de contact sont souvent réalisées avec une forme arrondie, afin de permettre aux surfaces de béton de rouler l'une sur l'autre dans une
mesure angulaire déterminée.
Dans les tunnels qui sont sous la menace d'un Jaillissement brusque d'eau, les surfaces de contact sont en plus rendues étanches à la pression extérieure de l'eau par des profilés d'élastomère encastrés. On trouvera des détails à ce sujet dans les publications
suivantes: DE-C-2 833 345, DE-A-3 502 620, EP-A-
0 210 326, EP-A-O 222 968, DE-U-8 621 315, DE-U-8 621 316.
Entre les voussoirs, on peut placer des plaques de bois dur, de matière plastique ou de caoutchouc, pour
contrebalancer Ies pointes de pression par contact local.
Xais l'inconvénient de l'utilisation de ces plaques tient d'une part à la tendance caractéristique du caoutchouc et des matières plastiques & sortir radialement des fentes
de contact en se déformant par écrasement.
Les matériaux renforcés ont tendance à céder dans une faible mesure à la pression extérieure et à créer également des pointes de pression, en particulier en cas
de désalignement.
Avec des matériaux flexibles, il peut en outre se produire, par le Jaillissement du matériau avec les mouvements transversaux qui en résultent et en conséquence des forces de frottement qui s'exercent, la formation de fissures dans le béton, conduisant à l'éclatement latéral de plus gros morceaux. Des endommagements des surfaces de béton peuvent survenir avant tout par le fait qu'en cas de contrainte de compression inadmissible, il se produit des écrasements superficiels. Un autre mode d'endommagement est l'arrachement par grandes surfaces de morceaux de béton à partir de la surface, dû aux sollicitations combinées au
cisaillement et à la compression qui se produisent.
Le but de l'invention est de réaliser une plaque qui absorbe d'une part les contraintes de compression qui se produisent, sans sortir latéralement de la fente de contact par écrasement dans une mesure inadmissible, et qui, d'autre part, compense par articulation les désalignements mutuels des voussoirs, sans faire croître de façon inadmissible les pointes de pression locales qui surviennent en cas de désalignement. Ce but est atteint d'après l'invention par le fait que la plaque d'articulation comporte une couche d'âme souple en caoutchouc ou en matière caoutchouteuse, qui est entourée par une couche extérieure présentant une plus faible
extensibilité et une résistance plus élevée.
D'autres caractéristiques et variantes de l'invention
apparaîtront dans la description détaillée qui suit.
En comparaison des formes de réalisation antérieures, la plaque d'articulation selon l'invention présente des
avantages surprenants.
1) La plaque peut être rendue relativement souple, mais en dépit de cela, elle n'est pas expulsée de la fente d'assemblage, même en cas de pression élevée, si ses couches extérieures de renfort sont dimensionnées avec
une résistance et une élasticité suffisantes.
2> Par un Jaillissement admissible contrôlé, il peut être créé, sur les bords, des bourrelets qui positionnent et assujettissent entre les segments de tunnel la plaque
qui sert d'articulation.
3) Dans l'âme de la plaque, il s'établit, en conséquence de la flexibilité du matériau, une pression quasi hydraulique qui a pour conséquence que même en cas de modification de la fente d'articulation par désalignement des voussoirs, les élévations de pression unilatérales
sont compensées dans une large mesure.
4) En cas de désalignement, la forme de la plaque
s'adapte à la fente par déplacement de matière.
Toutefois, une partie de l'âme souple jaillit du côté plus mince de la fente et, de la sorte, l'effet de positionnement et d'assujettissement exercé par le bourrelet qui s'y trouve est accentué. Une expulsion de
la plaque du côté ouvert est ainsi exclue.
5) Malgré la couche extérieure résistante à la traction, les inégalités des surfaces de contact peuvent s'incruster sans problème dans la plaque, car l'âme souple cède. En conséquence, il ne peut pas se produire
de pointes de pression.
6) L'âme souple de la plaque et les surfaces de contact
des voussoirs n'entrent pas en rapport mutuel direct.
Elles sont séparées par la couche extérieure qui présente une faible extensibilité. Sous l'effet du Jaillissement de l'âme de la plaque, il ne se produit pas de forces transversales par rapport au voussoir, car la couche extérieure ne suit pas la déformation. On évite ainsi le détachement de fragments de voussoirs que l'on observe
fréquemment dans la région de contact.
Pour la fabrication de la plaque d'articulation selon l'invention, on peut appliquer les procédés de confection et de vulcanisation connus à cet effet dans l'industrie
du caoutchouc.
A titre d'exemple, on mentionnera le processus de fabrication suivant: a) Une couche interne de caoutchouc est tout d'abord extrudée. Sur cette couche interne de caoutchouc <âme), on enroule une ou plusieurs couches de tissu et l'ensemble du paquet est soumis à une pulvérisation avec
le caoutchouc destiné à former la couche externe.
A la place de l'enveloppement dans un tissu, on peut aussi procéder au tressage, au tricotage ou à l'enroulement de cordes, de fils, de c&bles ou de feuilles minces. Il est également possible de former par extrusion un enduit de matière plastique sur la couche
interne de caoutchouc.
b) L'ébauche fabriquée de cette manière est aplatie et, selon la précision nécessaire, elle est vulcanisée dans une presse, dans une étuve, dans un appareil de
vulcanisation continue ou par des procédés similaires.
Dans ces conditions, la plaque peut être une plaque à faces planes et' parallèles ou être déjà munie de légers
bourrelets sur les bords.
c) Le tissu peut être coupé au ras des côtés frontaux de la plaque ou, en une opération de confection intermédiaire, il peut être replié une fois encore sur les côtés frontaux, pour l'obtention d'une gaine circulaire. L'invention est ci-après expliquée de façon plus détaillée, & l'aide d'exemples de réalisation, en
référence à des dessins schématiques.
La figure 1 représente, en coupe transversale, un revêtement de tunnel utilisant l'invention selon la
présente demande de brevet.
La figure 2 est une vue agrandie du détail X de la
figure 1.
Les figures 3, 4 et 5 sont des exemples de mode de
réalisation d'un Joint selon la présente invention.
La figure 6 représente une autre forme de réalisation
de l'arête du voussoir du béton.
Les figures 7 et 8 représentent une plaque
d'articulation sous deux états de contrainte différents.
Les figures 9 et 10 représentent deux autres variantes de réalisation des plaques d'articulation selon l'invention. La figure 11 représente une plaque d'articulation en cas de désalignement des surfaces de béton l'une par
rapport à l'autre.
La figure 12 est un exemple d'un autre mode de réalisation de la plaque d'articulation selon l'invention. Les figures 13 & 18 représentent différentes formes
de Jonction des extrémités de la couche extérieure.
La figure 1 représente, en coupe transversale, un revêtement de tunnel qui se compose à son tour de plusieurs voussoirs 2. Dans la zone de contact X de deux voussoirs, se trouve la plaque d'articulation 3 selon l'invention. Cette plaque peut mieux se voir sur la figure 2 qui représente de façon agrandie la zone de contact X de la figure 1, la plaque d'articulation 3 se
trouvant entre les voussoirs 2a et 2b.
De manière générale, la plaque d'articulation 3 se compose d'une couche d'âme souple 4 en caoutchouc ou en matière caoutchouteuse, qui est entourée par une couche extérieure 5 présentant une plus grande extensibilité et
une résistance plus élevée.
La couche extérieure 5 peut être constituée par un tissu, un non-tissé, un matériau obtenu par tressage ou tricotage de fils ou filaments. Elle est par exemple faite en acier, en verre, en aramide, en fibres de carbone, en fibres de polyester, ou en tout autre matériau similaire approprié. Avantageusement, la couche extérieure sera faite en matière plastique, et plus particulièrement en polyéthylène, en polyoxymnéthylène, en polyuréthane ou en polycarbonate. D'après la figure 3, on voit que la plaque d'articulation 3 se compose de la couche d'âme souple 4 en caoutchouc ou en matière caoutchouteuse, et de la couche extérieure 5. La couche extérieure est ici faite d'une seule couche de tissu de faible extensibilité et de résistance élevée, comme déjà
décrit précédemment.
La figure 4 représente cette même plaque d'articulation 3 de la figure 3 sous une forte contrainte de compression, avec formation de bourrelets 6a, 6b qui sont expulsés latéralement de la fente du béton. Si on le désire, la plaque peut présenter & l'état non sollicité
des bourrelets ou des amorces de bourrelet.
La figure 5 représente une plaque d'articulation qui est protégée extérieurement par une couche supplémentaire 7 qui la protège de l'usure et de l'humidité. Cette couche supplémentaire 7 peut par exemple être en caoutchouc ou en matière caoutchouteuse. Avantageusement la couche d'âme souple 4 et la couche ou gaine supplémentaire 7 sont faites d'un mélange de caoutchouc à base de polychloroprène, de d'EPDM, de caoutchouc nitrile ou d'autres sortes de caoutchoucs résistants au
gonflement, aux intempéries et aux produits chimiques.
De préférence la dureté Shore A de la couche d'âme 4 se situe entre 30 et 85, alors que la dureté de la couche extérieure 5 ou celle de la couche de protection supplémentaire 7 lui est supérieure (la couche extérieure de protection ayant par exemple une dureté Shore A
comprise entre 55 et 90).
La figure 6 représente une forme de réalisation favorable de l'arête du béton qui évite, par son arondi 8
la formation d'un coude dans la plaque d'articulation.
Bien entendu cette forme particulière de l'arête du voussoir s'applique à toutes les variantes de réalisation
de la plaque d'articulation.
La figure 7 représente une plaque d'articulation dont la couche protectrice 7 est plus épaisse dans la région des bords 9 que dans la région médiane 10, et la figure 8 représente cette même plaque d'articulation de la figure 7 sous une forte contrainte de compression, le bourrelet
11 étant expulsé latéralement hors de la fente du béton.
La figure 9 représente une plaque d'articulation dont la couche extérieure est en fait composée de deux couches 12 et 13, par exemple en tissu, en non-tissé, produits tressés ou tricotés, comme dans le cas d'une seule
couche.
La figure 10 représente une autre variante de plaques d'articulation dans laquelle se trouvent au milieu de la couche d'âme 4, des inclusions 14, qui sont ici représentées en deux couches. Ces inclusions peuvent être de même nature que la couche extérieure 5 ou de nature différente. Elles peuvent par exemple être en tissu (14), en fil, en tôle, en matière plastique ou en matériaux similaires. Avantageusement, les inclusions sont constituées de grillage ou de tissu à grosses mailles; de telles inclusions supplémentaires disposées à l'intérieur de l'âme souple présentent des trous traversants ou des
encoches, et de préférence dans la région des bords.
Au lieu d'utiliser des inclusions, on peut former des cavités 16 & l'intérieur de la couche d'âme souple 4 (figure 12). De telles cavités sont créées par une matière granulaire ou par des corps creux <par exemple des billes de verre ou de matière plastique remplies de gaz), Selon un autre mode de réalisation, les cavités sont remplies de gaz ou de liquide, et avantageusement elles sont remplies de caoutchouc non vulcanisé qui peut contenir des produits chimiques d'accélération. Si nécessaire, les produits chimiques d'accélération nécessaire à la vulcanisation du caoutchouc sont reçus par diffusion à partir de la couche souple qui entoure les cavités. Eventuellement encore, de telles cavités peuvent être remplies de matières qui durcissent lentement, afin d'attendre les tassements qui se produiront dans la construction <par exemple dans le
système de béton).
La figure 12 représente à titre d'exemple, une plaque d'articulation dans laquelle est formée, au milieu de la couche d'âme souple, une cavité 16 qui est ici remplie
de liquide.
La figure 11 représente la plaque d'articulation en cas de désalignement des surfaces de béton l'une par rapport à l'autre. Dans de telles conditions, il se forme un bourrelet 15 qui renforce le positionnement et
l'assujettissement de la plaque entre les deux voussoirs.
Les figures 13 à 18 représentent diverses variantes de la couche extérieure 5. Tout d'abord, la couche extérieure peut être réalisée sans ligne de joint et sans couture, par exemple sous forme tubulaire aplatie <non représentée>. Selon d'autres modes de réalisation, les extrémités de la couche extérieure se recouvrent sur une face ou sur les deux faces de la plaque, ou bien peuvent s'abouter
bord à bord.
Que le recouvrement se fasse sur une face ou sur les deux faces de la plaque, il peut s'étendre sur toute la largeur de la plaque (18b, figure 15) ou ne s'étendre que sur une certaine portion de cette largeur et avantageusement <18a, figure 14) dans la région du milieu
de la plaque.
Lorsque les extrémités de la couche extérieure s'aboutent bord à bord, la ligne de Joint (17, figure 13) peut se trouver dans la région du milieu de Ia plaque, ou dans toute autre région appropriée. Cette ligne de Joint peut avoir un tracé rectiligne, un tracé ondulé (19a, figure 16), un tracé en zig-zag (19b, figure 17), un tracé en forme de dents rectangulaires (19c, figure 18), un tracé en dents trapézoïdales (non représenté), ou tout
autre tracé approprié.
On notera qu'outre leur fonction d'articulation, les plaques selon l'invention peuvent avoir une fonction d'étanchéité. Bien entendu, les modes de réalisation qui viennent d'être décrits n'ont été donnés qu'à titre illustratif et d'autres types de plaques d'articulation peuvent être
réalisés sans s'écarter de la portée des revendications
annexées.
Claims (34)
1.- Plaque d'articulation en un matériau élastique, qui est placée entre des éléments en béton, en acier, en fonte ou en béton armé, en particulier entre les voussoirs d'un tunnel, caractérisée en ce que la plaque d'articulation (3) comporte une couche d'âme souple (4) en caoutchouc ou en matière caoutchouteuse, qui est entourée par une couche extérieure (5) présentant une
plus faible extensibilité et une résistance plus élevée.
2.- Plaque d'articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il s'agit, en ce qui concerne la
couche extérieure, d'un tissu ou d'un non-tissé.
3.- Plaque d'articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il s'agit, en ce qui concerne la
couche extérieure, de fils tressés ou tricotés.
4.- Plaque d'articulation selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce qu'il s'agit, en ce qui concerne le matériau de la couche extérieure, d'acier, de verre, d'aramide, de fibres de carbone, de fibres de polyester
ou de matériaux similaires.
5.- Plaque d'articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche extérieure est faite de
matière plastique.
6.- Plaque d'articulation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la matière plastique est constituée par un polyéthylène, un polyoxyméthylène, un
polyuréthane ou un polycarbonate.
7.- Plaque d'articulation selon l'une quelconque des
revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la couche
extérieure est faite d'une ou de plusieurs couches.
8.- Plaque d'articulation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la couche extérieure est réalisée
sans ligne de Joint et sans couture.
9.- Plaque d'articulation selon la revendication 7, caractérisée en ce que les extrémités de la couche extérieure se recouvrent sur une face ou sur les deux
faces de la plaque.
10.- Plaque d'articulation selon la revendication 9, caractérisée en ce que le recouvrement (18b) s'étend sur
toute la largeur de la plaque.
11.- Plaque d'articulation selon la revendication 9, caractérisée en ce que le recouvrement (18a) ne se trouve
que dans la région du milieu de la plaque.
12.- Plaque d'articulation selon la revendication 7, caractérisée en ce que les extrémités de la couche
extérieure s'aboutent bord à bord.
13.- Plaque d'articulation selon la revendication 12, caractérisée en ce que la ligne de Joint (17) se trouve
dans la région du milieu de la plaque.
14.- Plaque d'articulation selon la revendication 12 ou 13, caractérisée en ce que la ligne de Joint a un
tracé rectiligne.
15.- Plaque d'articulation selon la revendication 12 ou 13, caractérisée en ce que la ligne de Joint a un tracé ondulé (19a), en zig-zag (19b), en forme de dents
rectangulaires (19c) ou de dents trapézoïdales.
16.- Plaque d'articulation selon l'une quelconque des
revendications 1 à 15, caractérisée en ce que la couche
extérieure est protégée par une gaine supplémentaire (7)
en caoutchouc ou en matière caoutchouteuse.
17.- Plaque d'articulation selon la revendication 16, caractérisée en ce que la couche de protection (7) est plus épaisse dans la région des bords (9) que dans la
région médiane (10).
18.- Plaque d'articulation selon l'une quelconque des
revendications 1 à 17, caractérisée en ce que la plaque
présente des bourrelets <6a, 6b, 7, 11) sur les bords.
19.- Plaque d'articulation selon l'une quelconque des
revendications 1 à 18, caractérisée en ce que la plaque
est protégée contre les incisions et la formation de
coudes par des arrondis <8> des bords des voussoirs.
20.- Plaque d'articulation selon l'une quelconque des
revendications 1 à 19, caractérisée en ce que des
inclusions supplémentaires se trouvent à l'intérieur de
la couche d'âme souple.
21.- Plaque d'articulation selon la revendication 20, caractérisée en ce que les inclusions sont en tissu (14), en fil, en tôle, en matière plastique ou en matériaux similaires.
22.- Plaque d'articulation selon la revendication 20 ou 21, caractérisée en ce qu'il s'agit, en ce qui concerne les inclusions, de grillages ou de tissus à
grosses mailles.
23.- Plaque d'articulation selon l'une quelconque des
revendications 20 à 22, caractérisée en ce que les
inclusions supplémentaires disposées intérieurement
présentent des trous traversants.
24.- Plaque d'articulation selon l'une quelconque des
revendications 20 à 23, caractérisée en ce que les
inclusions présentent des encoches dans la région des bords.
25.- Plaque d'articulation selon l'une quelconque des
revendications 1 à 24, caractérisée en ce que des cavités
<16) sont formées à l'intérieur de la couche d'âme souple <4).
26.- Plaque d'articulation selon la revendication 25, caractérisée en ce que les cavités sont créées par une matière granulaire ou par des corps creux (par exemple des billes de verre ou de matière plastique remplies de gaz).
27.- Plaque d'articulation selon la revendication 25 ou 26, caractérisée en ce que les cavités sont remplies de gaz ou de liquide.
28.- Plaque d'articulation selon la revendication 25 ou 26, caractérisée en ce que les cavités sont remplies de caoutchouc non vulcanisé qui contient ou non des
produits chimiques d'accélération.
29.- Plaque d'articulation selon la revendication 28, caractérisée en ce que ces matières reçoivent leurs produits chimiques d'accélération par diffusion & partir
de la couche souple qui les entoure.
30.- Plaque d'articulation selon la revendication 25 ou 26, caractérisée en ce que les cavités sont remplies de matières qui durcissent lentement, afin d'attendre les tassements dans la construction (par exemple dans le
système de béton).
31.- Plaque d'articulation selon l'une quelconque des
revendications i à 30, caractérisée en ce que la couche
d'âme et la gaine supplémentaire sont faites d'un mélange de caoutchoucs à *base de polychloroprène, d'EPDK, de caoutchouc nitrile ou d'autres sortes de caoutchoucs résistants au gonflement, aux intempéries et aux produits
chimiques.
32.- Plaque d'articulation selon l'une quelconque des
revendications 1 à 31, caractérisée en ce que la dureté
Shore A de la couche d'âme se situe entre 30 et 85.
33.- Plaque d'articulation selon l'une quelconque des
revendications 1 à 32, caractérisée en ce que la couche
extérieure ou de protection est plus dure que la couche d'âme.
34.- Plaque d'articulation selon la revendication 33, caractérisée en ce que la couche extérieure ou de protection présente une dureté Shore A comprise entre 55
et 90.
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