FR2692618A1 - Isolateurs parasismiques pour bâtiments et ouvrages d'art. - Google Patents

Isolateurs parasismiques pour bâtiments et ouvrages d'art. Download PDF

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Abstract

La présente invention a pour objet des isolateurs parasismiques pour bâtiments et ouvrages d'art. Ils sont constitués de deux éléments monoblocs en matériau dur soldiaires respectivement de l'infrastructure et de la superstructure du bâtiment, l'un de ces éléments étant formé d'une plaque horizontale de frottement (7) comportant en son centre un tronc cône (2), le second ayant la forme d'une calotte circulaire (1) à fond plat coiffant ledit tronc de cône en laissant un espace annulaire dans lequel est disposé au moins une couronne amortissante (3, 3') remplissant tout ou partie dudit espace, des couches simples ou multiples (17, 18) de polymère souple étant interposées horizontalement dans l'épaisseur des éléments monoblocs. Ils sont destinés à être interposés entre l'infrastructure et la superstructure de constructions leur permettre d'éviter de subir les effets des agressions sismiques.

Description

ISOLATEURS PARASISMIQUES POUR BATIMENTS
ET OUVRAGES D'ART
La présente invention a pour objet des isolateurs parasismiques pour bâtiments et ouvrages d'art, interposés entre une infrastructure solidaire du sol et
une superstructure.
Ces isolateurs, véritables appuis parasismiques, sont principalement composés de deux éléments monoblocs désolidarisés et destinés à être interposés entre l'infrastructure et la superstructure de toutes sortes de bâtiments et ouvrages d'art édifiés, en vue de permettre à ces constructions d'éviter de subir les
effets des agressions sismiques les plus violentes.
Les dispositifs parasismiques connus à ce jour sont de deux types distincts ils sont soit basés sur une possibilité de glissement avec frottement permettant un déplacement limité, soit conçus à partir de plots en élastomère, souvent frettés, dont on utilise la distorsion Dans le premier cas le déplacement du bâtiment n'est pas amorti et les déplacements latéraux importants peuvent entraîner des chocs extrêmement durs pouvant être la cause de ruptures du dispositif antisismique luimême, ou même du bâtiment à protéger Les plots en élastomère, naturel ou synthétique, frettés dans le deuxième cas voient leurs caractéristiques évoluer avec le temps, ce qui logiquement devrait entraîner leur remplacement périodique, de plus ces dispositifs ne permettent pas de contrôler totalement l'amplitude des mouvements dus aux
secousses sismiques.
Les dispositifs décrits dans les brevets FR 86 10780, FR 88 00237 et PCT/FR 90/00056 déposés par le même
inventeur suppriment en partie ces inconvénients.
En effet, ils permettent à la fois d'amortir les mouvements aussi bien verticaux que latéraux entraînés par un séisme, et de contrôler l'amplitude de ces mouvements, tout en les freinant En outre, ils sont constitués de matériaux extrêmement stables dans le temps et résistant parfaitement aux différences de température, aux micro-organismes et aux agressions chimiques Ces dispositifs sont constitués de deux éléments monoblocs réalisés dans un matériau dur, imputrescible et possédant une très grande résistance à l'abrasion, solidaires respectivement de l'infrastructure et de la superstructure du bâtiment, l'élément inférieur étant constitué d'une plaque horizontale de frottement comportant en son centre un tronc de cône, l'élément supérieur étant constitué d'une calotte circulaire à la concavité tournée vers le bas venant coiffer l'élément inférieur de manière à ce que le fond de la concavité repose sur le sommet du tronc de cône et les bords inférieurs sur la plaque de frottement de l'élément inférieur, un espace annulaire entre les deux éléments permettant un déplacement relatif latéral, lesdits éléments étant complétés d'une ou deux couronnes réalisées en un matériau également imputrescible et possédant des caractéristiques élevées d'amortissement aux chocs, solidaires de la paroi latérale interne de l'élément supérieur et/ou de la paroi latérale du tronc de cône de l'élément inférieur et remplissant tout ou partie
de l'espace annulaire.
Cependant, la conception de ces dispositifs fait qu'ils ont peu d'efficacité pour des séismes ayant
une amplitude inférieure à 0,2 sur l'échelle de Richter.
Ceci est dû au coefficient de frottement des matériaux utilisés, indice qui jusqu'à présent est voisin de 0,2 Or la législation actuelle impose un coefficient inférieur ou égal à 0,05 pour ce type de dispositifs, précisément pour qu'ils soient à même d'agir même pour des secousses de
très faible amplitude.
La présente demande est relative à des perfectionnements fonctionnels apportés aux brevets FR 86 10780, FR 88 00237 et PCT/FR 90/00056 pour étendre leur
champ d'action aux faibles secousses.
Ces perfectionnements consistent d'une part en silicones de démoulage mélangés au polymère lors du moulage, polyuréthanes démoulant et/ou en des films ou projections ou épaisseurs de Kevlar ou d'aramide et dérivés à très faible coefficient de frottement recouvrant toutes ou parties des surfaces de frottement de l'un ou des deux éléments pouvant être placés à l'intérieur des moules de fabrication constituant l'isdlateur parasismique et/ou, d'autre part, de couches simples ou multiples de polymère souple interposées horizontalement à un niveau quelconque dans toute l'épaissseur de la matière de l'élément inférieur et/ou de l'élément supérieur, la déformation de ces couches permettant d'absorber des secousses de faible amplitude sans glissement desdits
éléments.
Sur les dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif d'une des formes de réalisation de l'objet de l'invention: Les figures 1 et 2 montrent en perspective les éléments supérieur et inférieur, séparés, Les figures 3, 4 et 5 représentent des coupes
transversales de trois versions du dispositif assemblé.
Le dispositif, figure 1 à 5, est constitué d'un élément supérieur 1 en forme de calotte cylindrique à fond plat 5 dont la partie creuse est dirigée vers le bas, solidaire de la superstructure du bâtiment, d'un plot ou tronc de cône 2 solidaire de la surface portante, et d'une ou deux couronnes amortissantes 3, 3 ', 3 " indépendantes ou solidaires de l'un ou des deux éléments 1, 2 et situées dans un espace annulaire 4 ménagé entre le tronc de cône
inférieur 2 et la calotte supérieure 1.
L'élément inférieur 2 comporte à sa base une plaque horizontale de frottement 7 sur laquelle repose le bord inférieur 10 de l'élément supérieur 1 Les angles 8, 9 de la paroi latérale 16 du plot 2 avec sa surface horizontale supérieure 6 et avec la plaque 7 sont arrondis pour éviter des amorces de rupture et un effet de raclage lors des déplacements latéraux Pour les mêmes raisons, les angles 13, 14, 15, 15 ' formés par les parois latérales internes 11 et externes 12, 12 ' de l'élément supérieur 1
avec le fond 5 ou le bord inférieur 10 dudit élément.
La couronne amortissante 3 est solidaire de la paroi latérale interne 11 de l'élément supérieur 1 alors que la couronne 3 ' est solidaire de la paroi latérale 16 du plot inférieur 2 Ces deux couronnes peuvent être remplacées par une couronne unique 3 " solidaire des parois latérales des éléments supérieur Il et inférieur 16, ou de l'une des deux, ou encore totalement indépendante et éventuellement distante des parties 13, 11, 14 de l'élément supérieur 1 et/ou 8, 16, 9 de l'élément inférieur 2, le reste remplissant suivant nécessité la totalité de l'espace annulaire intercalaire 4 La couronne 3 " devant pouvoir se distordre aisément en prenant en
compte le phénomène de fluage naturel des polymères.
Afin de diminuer le coefficient de frottement, les surfaces horizontales en contact 5, 6 et 10, 7 ainsi que toutes autres surfaces pouvant l'être éventuellement lors du glissement l'un par rapport à l'autre des deux éléments 1 et 2 peuvent être revêtues de silicones de démoulage inclus au moulage et/ou des polyuréthanes démoulant et/ou des films ou de projections ou épaisseurs de Kevlar ou fibre d'aramide ou dérivés ayant un coefficient de frottement très faible Ces revêtements divers peuvent être prévus sur les surfaces des deux éléments 1, 2 ou sur un seul et peuvent être appliqués à
l'intérieur des moules lors de la fabrication.
L'absorption des secousses de faible amplitude pourra être obtenue avant glissement des éléments 1 et 2 grâce à des couches simples ou multiples 17, 18 de polymère souple interposées horizontalement à un niveau quelconque dans toute l'épaisseur de matière de l'élément inférieur 2, et/ou supérieur 1, une ou des épaisseurs de polymère souple pouvant être, ou ne pas être de même épaisseur sur un niveau identique dans les éléments 1 et 2 La distorsion d'une ou plusieurs couches permettant d'absorber les secousses de faible amplitude avant
glissement desdits éléments.
L'absorption des faibles secousses avant glissement des éléments 1, 2, est également obtenue par distrorsion des couronnes amortissantes 3, 3 ', 3 ", ainsi
que des couches horizontales simples ou multiples 17, 18.
Les parois latérales 12, 12 ' de l'élément supérieur 1, pourront soit être verticales 12, soit avoir une certaine inclinaison 12 ' dans le même sens que le cône 2, formant une surface périphérique tronconique, et servant à augmenter la résistance de l'ensemble 1, augmentant ainsi la surface de contact du bord inférieur ', du bas de l'élément supérieur 1, facilitant également le démoulage des pièces coulées L'angle extérieur 15 ' de la base 10 ' faisant jonction avec le côté oblique 12 '
restant arrondi.
Dans tous les cas le débord de la plaque la plus grande 7, par rapport à la base 10, 10 ' est dans toutes les directions égal à 1,5 fois le glissement
maximal calculé sur 3600 surfacique.
Les élément inférieur 2 et supérieur 1, peuvent être inversés et renversés c'est à dire que la calotte cylindrique ou tronconique 1 est solidaire de la surface portante et disposée en partie basse avec la partie creuse dirigée vers le haut, alors que le plot ou tronc de cône 2 est solidaire de la superstructure du bâtiment et disposée en partie haute, la position de tous les isolateurs étant impérativement semblable des éléments pour une même construction Les seules particularités pour différencier le sens d'utilisation des éléments, l'appellation de endroit, ou envers, consistent en des inscriptions visibles en saillie et coulée dans la masse à la fabrication des éléments, et des spécifications
annotées sur tous documents pouvant les représenter.
L'isolateur parasismique décrit modifie dans un sens favorable le comportement dynamique des structures vis-à-vis du séisme, il est composé sans frettage d'aucune
matière ferrugineuse.
En associant uniquement une gamme de polymère extrêmement résistante mécaniquement, alternée par des polymères plus souples résistant à l'écrasement et permettant un déplacement important par balancements, puis par glissements contrôlés sur 3600 et comportant intérieurement un système avec force de rappel, retrouvant de ce fait sa place initiale après sollicitations en assurant un coefficient de frottement dont les variations
sont négligeables dans l'espace et dans le temps.
Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, obtenus par des dispositifs similaires.

Claims (3)

    REVENDICATIONS Isolateur parasismique pour bâtiments et ouvrages d'art constitués, d'une part, de deux éléments monoblocs en matériau dur imputrescible possédant une très grande résistance à l'abrasion, soldiaires respectivement de l'infrastructure et de la superstructure du bâtiment, l'un de ces éléments étant formé d'une plaque horizontale de frottement ( 7) préférentiellement circulaire comportant en son centre un tronc cône ( 2), le second élément ayant la forme d'une calotte circulaire ( 1) à fond ( 5) plat venant coiffer le premier élément de manière à ce que ledit fond de la concavité soit en contact avec le plan horizontal ( 6) situé au sommet du tronc de cône ( 2), et le bord périphérique ( 10, 10 ') horizontal en contact avec la plaque de frottement ( 7), un espace annulaire ( 4) entre la paroi latérale interne ( 11) de la calotte circulaire ( 1) et la paroi latérale ( 16) du tronc de cône ( 2) permettant un déplacement relatif latéral et, d'autre part, d'au moins une couronne amortissante ( 3, 3 ', 3 ") solidaire ou non de la paroi latérale interne ( 11) de la calotte circulaire ( 1) et/ou de la paroi latérale ( 16) du tronc de cône ( 2), remplissant tout ou partie dudit espace annulaire ( 4), se caractérisant par le fait que les surfaces horizontales ( 5, 6 et 10, 7) en contact de l'un ou des deux éléments monoblocs, ainsi que toutes surfaces pouvant l'être éventuellement lors du glissement relatif de ces deux éléments, sont revêtues en totalité ou en partie d'un produit à très faible coefficient de frottement tel que silicones de démoulage inclus au moulage, polyuréthanes démoulant et/ou de films ou projections ou épaisseurs de Kevlar ou d'aramide et dérivés, ces produits pouvant être placés à ltintérieur des moules de fabrication lors du coulage de l'isolateur parasismique.
  1. 2 Dispositif suivant la revendication 1, se caractérisant par le fait que des couches simples ou multiples ( 17, 18) de polymère souple résistant à l'écrasement, permettant d'absorber les secousses de faible amplitude avant glissement des éléments monoblocs, sont interposées horizontalement à un niveau quelconque dans toute l'épaisseur de matière desdits éléments, ces couches de polymère souple pouvant être, ou ne pas être de même épaisseur sur un niveau identique dans les deux éléments. là 30 Dispositif suivant l'une quelconque des
    revendications précédentes, se caractérisant par le fait
    que les angles ( 8, 9) de la paroi latérale ( 16) du tronc de cône ( 2) avec sa surface horizontale supérieure ( 6) et avec la plaque de frottement ( 7), ainsi que les angles ^*C ( 13, 14, 15, 15 ') formés par les parois latérales internes ( 11) et externes ( 12, 12 ') de la calotte circulaire ( 1) avec le fond ( 5) ou le bord périphérique ( 10, 10 ') de celle-ci, sont arrondis pour éviter des amorces de rupture
    et un effet de raclage lors des déplacements latéraux.
    Dispositif suivant l'une quelconque des
    revendications précédentes, se caractérisant par le fait
    que les parois latérales externes ( 12 ') de la calotte circulaire ( 1) sont inclinées par rapport à la verticale dans le même sens que les parois ( 16) du tronc de cône ( 2), -formant une surface périphérique tronconique augmentant la résistance de ladite calotte circulaire ainsi que la surface de contact du bord périphérique ( 10 ') et facilitant également le démoulage des pièces coulées, le débord de la plaque de frottement ( 7), par rapport aux dits bords périphériques étant dans tous les cas égal à 1,5 fois le glissement maximal calculé sur 360 surfacique
    dans toutes les directions.
  2. 50 Dispositif suivant l'une quelconque des
    revendications précédentes, se caractérisant par le fait
    qu'une couronne amortissante unique ( 3 ") non solidaire de la paroi latérale interne ( 11) de la calotte circulaire ( 1) et de la paroi latérale ( 16) du tronc de cône ( 2) est disposée dans l'espace annulaire ( 4) ménagé entre ledit tronc de cône et ladite calotte circulaire, ladite couronne remplissant ou non la totalité dudit espace annulaire. 60 Dispositif suivant l'une quelconque des
    revendications précédentes, se caractérisant par le fait
    que l'élément monobloc formé par la plaque horizontale de frottement ( 7) et le tronc cône ( 2) est en partie basse et est solidaire de la surface portante, alors que l'élément monobloc constitué d'une calotte circulaire est en partie
    haute et est solidaire de la superstructure du bâtiment.
  3. 7 Dispositif suivant l'une quelconque des
    revendications 1 à 5, se caractérisant par le fait que
    l'élément monobloc formé par la plaque horizontale de frottement ( 7) et le tronc cône ( 2) est en partie haute et est solidaire de la superstructure du bâtiment, alors que l'élément monobloc constitué d'une calotte circulaire est
    en partie basse et est solidaire de la surface portante.
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