Brevet FR2218436A1 — publié le 19740913

La présente invention, due aux travaux de Monsieur Jacques François Marie OGER, concerne les voussoirs utilisés dans la réalisation des cuvelages, notamment en fonte, destinés au revetement de tunnels, puits et autres ouvrages souterrains analogues. On connaît déjà, par exemple par le brevet français 1 403 831, des éléments de cuvelage ou voussoirs du type comprenant un voile en portion de cylindre dont le profil est ondulé dans le sens de l'axe du cylindre et qui est entouré d'un cadre rectangulaire à parois à peu près perpendiculaires à ce voile. Ces voussoirs sont assemblés entre eux à la fois dans le sens circonférentiel et dans le sens axial pour constituer un cuvelage. Les voiles des vous soirs connus de ce type présentant une ondulation sensiblement sinusoïdale, l'invention a pour but d'améliorer la résistance au moment fléchissant de ces voussoirs et, à cet effet, elle a pour objet un élément de cuvelage ou voussoir du type précité, caractériséen ce que son voile présente une ondulation à ondes à peu près rectangulaires.De-préférence, ces ondes sont à peu près carrées. Cette forme améliore en outre l'ancrage du cuvelage sur le terrain, obtenu par remplissage de ces ondes à l'aidé de béton. I1 est par ailleurs connu de réaliser les cuvelages en assemblant tous les voussoirs, tant dans -le sens circonférentiel que dans le sens axial, sur le lieu même de la mise en place du cuvelaqe, c'est-à-dire le chantier. Or,dans le cas de voussoirs moulés,notamment en fonte,les techniques modernes de moulage en fonderie,qui sont très mécanisées et par conséquent très économiques,ne sont toutefois habituellement pas conçues pour la réalisation de pièces dépassant certaines dimensions. Par contre, sur le chantier, on obtient le-meilleurrendement en posant des panneaux de dimensions relativement importantes. C'est pourquoi l'invention a également pour but de permettre une réalisation de cuvelages qui soit à la fois plus économique à l'usine et plus rentable au chantier. A cet effet, elle a pour objet un procédé de réalisation d'un cuvelage qui est caractérisé en ce qu'il consiste à préassembler en usine des panneaux constitués d'éléments juxtaposés, au moins au nombre de deux aussi bien dans le sens circonférentiel que dans le sens axial, et, après transfert au chantier, à poser directement de tels panneaux préassemblés pour constituer le cuvelage. De façon particulièrement avantageuse, on peut réaliser le préassemblage d'un panneau en usine sur un gabarit aux dimensions extérieures voulues et remplir à l'aide d'une matière de liaison les intervalles existant entre les éléments. On supprime ainsi dès l'usine les jeux pouvant exister entre les éléments du fait des tolérances de fabrication. La liaison se fait de préférence par collage ou par soudage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemples non limitatifs et en regard des dessins annexés sur lesquels: la Fig .1 est une vue en coupe transversale d'un cuvelage de tunnel réalisé conformément à ltinvention; la Fig. 2 est une vue en perspective et schématique de ce cuvelage; 1 la Fig. 3 est une vue en plan d'un panneau de cuvelage préassemblé conformément à l'invention, avec collage; la Fig. 4 est une vue de droite, à moitié en coupe suivant la ligne 4-4 de la Fig. 3, du panneau de cette figure; la Fig. 5 est une vue en coupe , suivant la ligne 5-5 de la Fig. 3, de l'un des voussoirs de ce panneau;; la Fig. 6 représente une vue analogue à celle de la Fig. 4 et totalement en coupe, pour une variante de voussoir conforme à l'invention, à préassemblage avec soudure; la Fig. 7 est un agrandissement d'une zone d'assemblage de deux voussoirs d'un tel panneau; la Fig. 8 représente une vue en perspective et en coupe d'une autre variante de voussoirs à assemblage à rotule; la Fig. 9 montre le détail du verrouillage d'une clé de voilte. Le cuvelage représenté par les Fig. 1 et 2 est cylindrique à section circulaire et il comporte des anneaux qui sont juxtaposés suivant le sens axial et sont constitués circonférentiellement de six nanneaux P ou 1 à 6 composés chacun de six voussoirs V juxtaposés, trois dans le sens circonférentiel et deux dans le sens axial. Chaque anneau comprend en outre une clé de voûte 7, composée uniquement de deux voussoirs juxtaposés dans le seul sens axial. Le cuvelage comprend encore un plancher 8 supporté d'une part par une poutre centrale 9 reposant sur une ligne de poteaux 10 et d'autre part par deux poutres latérales 11. Comme le montre la Fig. 2, les anneaux sont décalés dans le sens circonférentiel d'un demi-voussoir, alternativement à droite et. à gauche de sorte que les clés de voûte suivent grossièrement une liane brisée. Chaque voussoir V comprend un voile 12 en portion de cylindre qui est entouré d'un cadre rectangulaire à parois 13 normales à ce voile. Le voile présente une forme à. peu près carrée, d'environ 0,75 m de côté par exemple. Comme le montre la Fig. 5, le voile présente un profil ondulé dans le sens axial, à ondes à peu près carrées, c'est-à-dire présentant des parois à peu près parallèles 14, en réalité avec une légère dépouille pour favoriser le démoulage, réunissant des parois de fond 15 disposées alternativement suivant deux lignes parallèles, les deux parois de fond 15 extrêmes se raccordant aux deux parois 13 du cadre qui sont parallèles au sens de l'ondulation, l'une de ces deux parois 13 étant toutefois pus courte que le reste du cadre. Le voussoir ici représenté comprend, entre deux parois 13, trois parois 14 et quatre parois 15. Cette forme carrée du profil, à arêtes arrondies toutefois, assure au voussoir un excellent module de résistance. Pour assembler les voussoirs d'un même panneau, on accole les parois 13 de cadre des vous soirs voisins à la fois dans le sens circonférentiel et dans le sens axial et on les réunit au moyen d'une colle 16, à base de résine époxyde par exemple. On complète le collaqe par un boulonnage qui est réalisé à l'aide de boulons 17 entre les parois 13 des vous soirs voisins et qui comprime légèrement la couche de colle, préparant ainsi une meilleure résistance aux efforts autres que les efforts de cisaillement qui pourraient endommager le collage dans le cuvelage en service. Les voussoirs de la variante des Fig. 6 et 7 présentent a un voile 12 analogue à celui des voussoirs V, mais les parois 13a de bures cadres sont légèrement inclinées vers l'intérieur du cuvelage, partant à cet effet légèrement en retrait par rapport au contour extérieur du cadre,.à partir des parois de fond 15 extérieures, mais en laissant subsister des rebords -18 dans le flanc de ces. parois 15 jusqu'au contour extérieur . Les voussoirs sont assemblés d'une part entre les rebords 18 et d'autre part entre les bords libres 19 des parois 13a des voussoirs voisins, et ceci par soudure au plasma suivant des cordons 20.L'utilisation de ce type d'assemblage se traduit par une économie très sensible, la soudure étant pratiquée sans métal d'apport coûteux, sur les pièces simplement rapprochées bord à bord; de plus, la structure de la soudure peut, sous réserve d'un recuit à 9500C, être pratiquement la même que celle de la fonte de base et les caractéristiques mécaniques en sont excellentes. Les vous soirs Vb de la variante de la Fig. 8 présentent des parois de cadre 13b qui présentent des profils légèrement courbes, b l'un concave et l'autre convexe. Dans le cas des parois 13b axia- les, la paroi concave présente, à proximité de la surface du cuvelage et à une distance de celle-ci à peu près égale à l'épaisseur du voile, une rainure longitudinale à section en équerre 21 qui sert de logement à un joint de colle 22 qui est injecté au moment b de l'assemblage.Dans.le cas des parois 13b transversales, la paroi convexe présente un rebord 23 affleurant la surface extérieure et la parci concave présente deux épaulements en gradins ménagés à partir de la surface extérieure, l'un étant destiné à recevoir le rebord 23 du voussoir voisin tandis que l'autre ménage une cavité 24 à section rectangulaire qui sert de logement à un joint 25 également injecté au moment de l'assemblage. Cet assemblage à rotule présente les avantages suivants: il permet un centrage correct automatique des parois àréunir; il rend ensuite le dimensionnement correct des panneaux indépendant des tolérances de fonderie, la mise en place sur gabarit en usine étant en effet indépendante de ces tolérances et l'épaisseur des joints de colle injectés dans les rainures et cavités compensant l'écart dimensionnel des pièces moulées; il permet enfin un montage rapide des panneaux sur le chantier, au rythme même du creusement, les parois courbes 13b se centrant d'elles-mêmes sans précaution spé- ciale. Cet assemblage collé, comme celui des Fig. 3 et 4, est com plété par un boulonnage qui donne à la colle une légère précontrainte. Chaque disposition décrite, valable pour l'assemblage, en usine, des voussoirs constitutifs d'un panneau, s'étend à l'assemblage, sur chantier, des panneaux entre eux au fur et à mesure de la construction du cuvelage du tunnel. En usine, pour tous les modes de réalisation décrits ci-dessus, les voussoirs destinés à constituer un panneau sont présentés sur un aabarit d'assemblage, tel que celui représenté en 26 sur la Fig. 4, aux dimensions extérieures voulues pour le panneau, puis la colle est injectée pour former les joints entre les voussoirs; enfin, le boulonnage déjà indiqué vient compléter l'action du collage .Sur chantier, les panneaux sont mis en place immédiatement derrière la machine de creusement , sans précaution particulière , et les espaces réservés à l'injection de colle entre les panneaux ne sont remplis qu'après l'injection de béton à l'extérieur du cuvelage. Comme le montrent par ailleurs les Fig. 1 et 9, chaque clé de voûte 7 présente un cadre dont les parois longitudinales 27 ne sont plus radiales, mais divergentes de façon à permettre la mise en place de cette clé de l'intérieur du tunnel. Les parois adjacentes des vous soirs voisins présentent évidemment la même inclinaison de façon à permettre l'appui et l'assemblage de l'ensembe. Cet assemblage réalisé à l'aide de boulons 28 est verrouillé à l'aide de pièces 29 qui ont une section en L dont le jambage 30 b est appliqué contre l'une des deux parois 27 -ou 13b à l'aide du boulon d'assemblage 28 qui traverse des perçages 31 réalisés dans cette pièce et dans les deux parois, tandis que l'autre partie 32 du L est engagée, perpendiculairement aux deux parois, dans des lumières 33 et 34 ménagées dans ces deux parois aux dimensions de cette partie 32. Ces pièces 32 supportent ainsi la plus grande partie des efforts provenant du terrain et évitent un glissement des parois les unes sur les autres et par conséquent un cisaillement sans cela inévitable des boulons 28. La clé de voûte 7 peut ainsi parfaitement jouer son rôle bien que la forme divergente des parois 27 soit contre-indiquée à cet effet. On peut ainsi réaliser des panneaux de grande dimension par des assemblages peu onéreux de voussoirs moulés obtenus industriellement à grande cadence dans d'excellentes conditions de prix de revient. De plus, le choix de la fonte ductile permet de garder à ces panneaux de grandes dimensions- un poids relativement faible, compatible avec une excellente maniabilité sur le chantier; c'est ainsi qu'un panneau de six voussoirs peut peser moins d'une tonne. En ce qui concerne le profil des voussoirs, la répartition de la matière entre un voile relativement mince ( parois de fond 15) et des nervures d'une hauteur non négligeable (parois 14) se révée particulièrement avantageuse dans la variante à parois courbes de la Fig. 8, car elle permet d'avoir des surfaces en contact suffisamment grandes pour donner une bonne liaison et un centrage sûr. Cette même variante présente encore l'avantage de se prêter à une répartition des articulations entre panneaux, lors de l'assemblage sur le chantier, aux endroits de la périphérie présentant un moment fléchissant réduit ou nul, ceci dépendant des dimensions des voussoirs et de leur nombre par panneau. - REVENDICATIONS l voussoir de cuvelage du type comprenant un voile en portion de cylindre dont le profil est ondulé dans le sens de l'axe du cylindre et qui est entouré d'un cadre rectangulaire à parois à peu près perpendiculaires à ce voile, caractérisé en ce que son voile (14-15) présente une ondulation à ondes à peu près rectangulaires. 2.-Voussoir suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les ondes du voile (14-15) sont à peu près carrées. 3.-oussoir suivant l'une quelconque des revendications 1 et b 2, caractérisé en ce que les parois (13b) du-cadre rectangulaire présentent des profils courbes, l'une des parois d'un couple de parois opposées étant concave tandis que l'autre est convexe. 4.-Voussoir suivant la revendication 3, caractérisé en ce que chaque paroi (13b) concave du cadre rectangulaire présente un logement de joint (21, 25). 5.-Vnussoir suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, destiné à servir de clé de voûte ou de voussoir voisin d'une clé de voûte dans le sens circonférentiel, caractérisé en ce que chaque paroi longitudinale (27, 13b) de ce voussoir (7,V) présente, outre un passage (31) destiné à recevoir un boulon (28), une lumière (34, 33) destiné à recevoir une clavette (29) dont une partie repliée (30) est maintenue par ledit boulon (28). 6.- Procédé de réalisation d'un cuvelage, caractérisé en ce qu'il consiste à préassembler en usine des panneaux (P) constitués V a V b d'éléments (V, va, Vb) juxtaposés, au moins. au nombre de deux aussi bien dans le sens circonférentiel que dans le sens axial, et,après transfert au chantier, à poser directement de tels panneaux préassemblés (P) pour constituer le cuvelage. 7.-- Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'on réalise le pré-assemblage en usine de chaque panneau (P) sur un gabarit (26) aux dimensions extérieures voulues et en ce que l'on remplit à l'aide d'une matière de liaison (16, 20, 22-24) les intervalles existant entre les éléments (V, Va, Vb) de ce panneau, la même matière de liaison étant utilisée pour l'assemblage des panneaux (P) entre eux sur le chantier. 8.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 6 et b -7, caractérisé en ce que l'on assemble entre eux les éléments (V,Vb) à l'aide de joints de colle (16, 22-24). 9.- Procédé suivant la revendication 7 lorsqu'elle dépend de la revendication 6, caractérise en ce que l'on réalise les joints de colle (16) par injection après mise en place dans le gabarit (26). 10.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'après le dépôt et la prise du joint de colle (16), on complète l'assemblage des éléments (V) entre eux par un boulonnage (17). 11.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que l'on assemble entre eux les éléments (Va) par des joints soudés (20).