Brevet FR2240350A1 — publié le 19750307

L'invention concerneun cintre à éléments préfabriqués tels que les cintres destinés à étayer le revêtement intérieur de tunnels ferroviaires. Lorsque le revêtement intérieur de tunnels ferroviaires se dégrade, il est d'usage courant d'étayer ce revêtement intérieur en attendant-de pouvoir le réparer, par-un doublage en madriers disposés en long, maintenu en place par des cintres disposés suivant des sections du tunnel à des distances régulières les uns des autres et réunis par des entretoises. Ces cintres sont de forme ~adaptée au profil du tunnel, pour maintenir le doublage au contact de l'intrados de la voûte, et sont constitués d'éléments en profiles métalliques convenabLement cintrés, assemblés sur place. Or les profils des tunnels ferroviaires sont très variés, ayant été conçus à des époques diverses, par des auteurs différents traversant des terrains de consistance variee- et ayant été prévus pour une ou plusieurs voies; il arrive même qu'un tunnel change de profil par zones. Il en résulte que la forme des cintres servant à étayer le revêtement de voûte peut être différente- suivant chaque cas; Le procédé-usuel d'étayement-consistait, lorsqu'il s'avérait utile, à relever le profil du tunnel dans la zone à étayer, à établir en bureau d'étude la forme des cintres à utiliser, à faire réaliser les éléments de ces cintres, puis à les monter par assem- blague.Il était courant d'utiliser des tronçons de rails usagés que l'-on cintrait convenablement et que l'on assemblait à l'aide d'éclisses comme les rails sur une-voie de chemin-de-fer. Les éléments de cintres ainsi réalisés-étaient rarement réutilisables. Afin de pouvoir utiliser des éléments interchangeables, réuti Lisibles pour diminuer le coûtdes étayages, et disponibles sur parc pour réduire les délais de mise en oeuvre, on a réalisé des séries de profils de longueur variable, cintrés en arc de-cercle avec des rayons variables approchant les rayons effectifs des profils de tunnel, afin de pouvoir reconstituer avec une bonne appro ximation le profil de la zone de tunnel à étayer, par une combinaison judicieused'éléments appartenant à ces séries.Cette reconstitution approchée du profil de tunnel fait apparaître au raccordement les éléments des points anguleux oubliais variables, que le système de joint d'éléments doit absorber, toute assurant la rigidité de l'assemblage pour résister aux effets de déformation ex ercés par le revêtement deg-bé. Le procédé de jonction courant dans les applications de ce genre consiste à brider les éléments juxtaposés par serrage entre des plaques de brides latérales rapprochées par des boulons. Ce procédé de jonction n'apporte pas la sécurité désirable du fait de la faible inertie des brides par rapport à celle des éléments. Dans une technique voisine, les profilés ont une forme de gouttière de section en trapèze isocèle ouvert sur le grand cté parallèle, et sont ainsi emboitables, les profils intérieur et extérieur des sections étant complémentaires. Le blocage du biais est obtenu par insertion de coins entre deux profilés successifs, le maintien en position étant obtenu par bridage comme précédemment. Cet embottement n'autorise pas des biais importants, ni des raccordements entre rayons très différents. On a envisagé la réalisation de cintres articulés en forme de chatne maintenus au contact du doublage de la voûte par arc-boutement sous l'effet de vérins agissant sous les piédroits; on utilise de tels cintres pour maintenir le coffrage d'une voûte en béton; mais outre que de tels cintres articulés sont de réalisation coû- teuse et nécessitent l'utilisation permanente de vérins, il faudrait pouvoir bloquer efficacement les articulations du cintre pour éviter une déformation sous l'effet d'une poussée locale. L'invention a pour objet un cintre d'étayage perfectionné,composé d'éléments choisis dans une gamme d'éléments préfabriqués assemblés par des joints indéformables. L'invention propose à cet effet un cintre d'étayage composé d'éléments oblongs préfabriqués, caractérisé essentiellement en ce que les éléments préfabriqués sont des poutrelles qui présentent des faces terminales planes, et en ce que les moyens de liaison entre deux éléments successifs comportent d'une part des moyens de calage prismatiques insérés au contact entre les faces terminales planes de ces éléments, et d'autre part des moyens de serrage desi5 dits moyens de calage interconnectant lesdits éléments. Ces moyens de serrage comportent de préférence des boulons à haute résistance. Selon le dispositif proposé, les sollicitations extérieures sur les poutrelles sont transmises au moyen de calage prismatique par l'intermédiaire des faces terminales planes des éléments de cintre, sous forme de réactions normales à ces faces planes, et donc normales aux faces en contact dudit moyen de calage; les réactions en compression sont absorbées par la résistance à l'écrasement du moyen de calage, tandis que les réactions en traction sont supportées par des boulons à haute résistance. On obtient donc ainsi un joint indéformable. Les caractéristiques et avantages de 1'invention ressortiront -d'aiLleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure I représente schématiquement une coupe transversale drun-tunnel étayé par un cintre suivant l'invention. La figure 2 est une coupe longitudinale d'un joint dfàssembla- ge de deux éléments de cintre. La figure 3- est une vue en coupe d'une des plaques terminales dlun élément de cintre. La figure 4 est une-vue en plan de la même plaque terminale. La figure 5 est une coupe d'une cale prismatique d'un certain modèle. La figure 6 est une vue en pian d'une cale prismatique. Les figures 7, 8 et 9 sont des coupes décales prismatiques de différents modèles. Suivant la forme de réalisation choisie et représentée sur la figure- I on voit que le cintre d'étayage est formé d'une succession d'éléments 3 ou poutrelles; entre deux éléments successifs se trouve-un joint d'assemblage 4. Les éléments de cintre 3 sont - choisis dans une gamme d'éléments de-divers rayons de cintrage et longueurs, de façon que le doublage 2 de madriers-épouse au mieux l'intrados du revêtement l de la voûte du tunnel. La figure 2 montre de façon plus précise la constitution du joint d'assemblage; des plaques terminales-ll et llr sont soudées aux extrémités de poutrelles cintrées 12 et 12', perpendiculairement à l'arc général de ces poutrelles; uneIément de cintre est constitué d'une poutrelle 12 terminée par deux plaques 11. Entre les plaques terminales ll et Il' est inséré un moyen de calage prismatique 13 constitué, dans le cas de la figure 2, par deux cales prismatiques 23 et 23': ce moyen de calage prismatique est en contact par ses faces dièdres avec les faces terminales ll et l1'. Des boulons 14 traversent-de part en part l'ensemble formé par les deux plaques ll et ll' et lè moyen de calage 13, et portent par les faces planes en regard de leur te té 15 et - de leur écrou 16 sur les faces planes de rondelles hémisphériques 17 rengagées dans les logements 18 en forme de segments sphériques de m8me diamètre que les rondelles-17, ces logements étant usinés dans les plaques terminales ll et Ilt. Une plaque frontale 11, représentée plus en détail sur lesfigures 3 et 4 a une forme rectangulaire inscrivant la section d'une poutrelle en I, représentée en traits mixtes par 19, aux extrémités de laquelle cette plaque est soudée par une de ses faces qui sera dite face arrière. Dans cette face arrière sont usinés quatre logements 18 en forme de segments sphériques prolongés par des alésages cylindriques coaxiaux 21 qui débouchent sur la face opposée à la face arrière'et qui sera dite face avant. Ces alésages 21 sont de plus petit diamètre que le logement 18, mais sont adaptés à laisser passer les tiges des boulons 14 avec un jeu suffisant pour permettre un débattement angulaire desdites tiges, et se terminent en débouchant sur la face avant de la plaque 11 par un congé 22. Comme on peut le voir sur la figure 2, les rondelles hémisphériques 17 sont percées d'un alésage central 23 adapté à laisser passer la tige des boulons 14 et peuvent s'engager par leurs surfaces sphériques dans les logements 18 des plaques frontales 11, formant avec ces logements 18 une articulation à rotule. Le moyen de calage prismatique 13 est formé par la juxtapposition de cales prismatiques telles que représentées sur les figures 5 à 9. Comme on le voit sur la figure 6, un cale dièdre 23, en plan, a la forme d'un rectangle ayant sensiblement les mêmes dimensions qu'une plaque frontale 11. et comporte également des alésages correspondants en position à ceux desdites plaques frontales pour laisser le passage à la tige des boulons 14. Vues latéralement comme sur les figures 5, 7, 8 et 9, les cales prismatiques ont une section en forme de trapèze isocèle allongé, l'angle formé par les deux cotés longs non parallèles du trapèze définissant l'angle dièdre des faces de la cale.Les cales appartiennent à un nombre limité de modèles différant par leur angle dièdre : le groupement d'un exemplaire de chaque modèle constitue un jeu de cales; les figures 5, 7, 8 et 9 représentent les quatre modèles d'un tel jeu. Les angles dièdres des-modèles d'un jeu de cales prismatiques sont des multiples entiers différents de l'angle dièdre le plus faible, et de la série des multiples est choisie de façon à pouvoir, par juxtapposition de cales de mEme modèle ou de modèles différents, obtenir des empilages constituant la série complète des multiples successifs de l'angle dièdre unité, le nombre de cales étant aus-si réduit que possible.Selon l'exemple choisi, l'angle dièdre unité mesure. 0,01 radian, la cale ayant l'angle dièdre unité est représentée figure 5, la cale de la figure 7 a un angle dièdre de trois unités, celle de la figure 8 un angle dièdre de cinq unités, celle de la figure 9un angle de douze unités. L'assemblage d'un cintre selon l'invention peut être décrit comme suit : les éléments de cintre ayant été choisis dans la gamme- de rayons de cintrage et de longueurs de manière à épouser au mieux le profil du tunnel, et les angles dièdres de raccordement des. éléments ayant été déterminés, pour chaque raccordement on constitue un moyen de calage 13 ayant l'angle déterminé par empilement de cales 23; ce moyen de calage ainsi constitué est inséré entre les plaques terminales Il et 11' des deux éléments successifs 12 et 12'correspondant au raccordement. Les boulons 14 munis sous leur téte d'une rondelle hémisphérique 17 sont passés dans 5 les alésages en regard des plaques terminales et des cales prismatiques.Les écrous 16 sont mis en place après insertion d'une s-econde rondelle 17 sur la tige du boulon 14. Au serrage des écrous 16 les rondelles hémisphériques 17 s'orientent dans leurs logements 18 et assurent-une portée à plat sur les faces au contact de.a tte de l'écrou. L'effort de serrage se transmet donc suivant l'axe du boulon et ne provoque pas de contraintes tendant à la flexion du boulon ou à sa rupture par porte-à-faux de la té- te QU de 1écrou. La solidarisation en un bloc de l'ensemble des plaques termi naines Il et 11' et des cales 23, obtenue par le serrage de boulions, assure une jonction, à l'angle désiré, des éléments de cintre 12 et 12'; cette jonction interdit tout déplacement relatif des éléments de cintre, tant-angulairement que longitudinalement; en effet les efforts dûs à la pesée de la voûte, meme localisés,qui sont transmis par le doublage aux éléments de cintre, se traduisent par des réactions uniquement axiales sur les boulons de serrage, ce qui assure une sécurité maximale à l'assemblage. Selon une forme préférée de réalisation de l'invention, les cales sont munies de marques permettant d'identifier leur angledièdre; ces marques sont des encoches, dont le nombre est caractéristique de l'angle dièdre, situées sur llextrémité effilée des cales, de manière à rester -visibles lorsqu'elles sont en place sur un cintre, et à pouvoir être identifiées au toucher. REVENDICATIONS 1.- Cintre d'étayage de tunnel se composant d'éléments oblongs préfabriqués assemblés par des moyens de liaison, caractérisé en ce que les éléments préfabriqués sont des poutrelles qui présentent des faces terminales planes, et en ce que les moyens de liaison entre deux éléments successifs comportent, d'une part des moyens de calage prismatiques insérés au contact entre les faces terminales planes de ces éléments, et d'autre part des moyens de serrage desdits moyens de calage interconnectant lesdits éléments. 2.- Cintre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les faces terminales planes desdits éléments sont définies par des plaques, et en ce que lesdits moyens de serrage comportent des organes ayant, d'une part une partie en forme de tige traversant des trous ménagés dans lesdites plaques et dans lesdits moyens de calage, et d'autre part deux parties externes saillantes venant en appui derrière lesdites plaques. 3.- Cintre suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ladite partie en forme de tige traverse librement lesdits trous. 4.- Cintre suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites parties saillantes sont en appui sur lesdites plaques par l'intermédiaire de rondelles montées à rotule sur lesdites plaques. 5.- Cintre suivant la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites rondelles sont hémisphériques et possèdent normalement à leurs faces planes des alésages adaptés à laisser passer ladite partie en forme de tige, et en ce que lesdites plaques possèdent sur leur face arrière des logements en forme de secteur sphérique de même diamètre que lesdites rondelles hémisphériques, et adaptés à recevoir ces rondelles, lesdits logements- étant prolongés par des alésages cylindriques débouchant sur la face avant des dites plaques et étant adaptés à laisser passer lesdites par- ties en forme de tige. 6. - Cintre suivant une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que lesdits organes sont des boulons se composant d'une vis formant ladite tige avec une tête formant une desdites parties saillantes, et d'un écrou formant l'autre partie saillante. 7.- Cintre suivant une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits éléments sont adaptés à être choisis dans une gamme d'éléments de divers rayons de cintrage et longueurs. 8.- Cintre suivant une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de calage prismatiques comportent une ou plusieurs cales choisies dans une gamme de cales de divers angles dièdres. 9.- Joint d'assemblage=pour des éléments d'un cintre suivant une des revendications l à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une ou pIusieurscales prismatiques insérées-entre des faces terminales planes de deux éléments successifs, tandis que des boulons interconnectent ces éléments en prenant appui sur des rondelles montées à rotules et maintiennent lesdites cales serrées entre lesdites faces.