Brevet FR2305584A1 — publié le 19761022

a présente invention concerne les dispositifs d'étanchéité des joints entre voussoirs des cuvelages béton armé, du type dans lequel il est prévu des cordons de joint en matière viscoélastique sur les tranches des voussoirs voisins délimitant des joints, ces cordons s'appuyant les uns sur les autres par leurs faces dirigées vers l'extérieur, dans le cuvelage assemblé, et étant par ailleurs munis sur leurs faces de support de moyens renforecant leur action élastique tels que des rainures délimitant des nervures. De tels cuvelages constitués de voussoirs en béton armé s'emploient surtout pour des ouvrages souterrains tels que les métropolitains. Pour des cuvelages utilisés en général sous forme complète, c'est à dire fermée sur elle-meme, on assemble et relie entre eux des anneaux constitués eux-memes de plusieurs voussoirs en béton armé. I1 existe ainsi des joints s'étendant aussi bien en direction transversale qu'en direction longitudinale ou axiale de l'ouvrage. L'étanchéité de ces joints constitue la condition nécessaire pour obtenir l'imperméabilité de cet ouvrage qui est réuni à la roche par l'intermédiaire d'injections effectuées dans 11 espace annulaire séparant le cuvelage de cette roche. Cette obtention de l'imperméabilité exige de maintenir la plus faible possible l'atténuation de l'élasticité des cordons de joint au cours de la vie de l'ouvrage. On cherche à remplir cette condition à l'aide d'un comportement favorable au vieillissement de ces cordons. L'élasticité doit par ailleurs etre la plus élevée possible, ce qui s'obtient en profilant au moins la face des cordons qui s'appuie sur les surfaces correspondantes des tranches des voussoirs. On connaît déjà des dispositifs d'étanchéité des joints entre voussoirs de cuvelage en béton armé dans lesquels il est prévu pour chaque cordon un logement ménagé dans la tranche du voussoir associé. Ce logement est constitué par une partie en retrait en forme de canal dans laquelle s'engage le cordon. Ce dernier présente sur sa face disposée dans le logement des rainures- annulaires qui délimitent des nervures. Le contour de ce cordon se trouve ainsi comme denté sur cette face, les profils des dents servant à accroître l'élasticité du cordon. Les cordons connus sont par ailleurs constitués en une matière élastomère. Etant donné que ces cordons- connus ne peuvent recouvrir qu'une partie des surfaces des voussoirs délimitant les joints, lors de l'injection, la matière injectée, par exemple un ciment d'injection, pénètre dans les joints Or, du fait de la pression élevée d'injection, cette matière injectée peut également passer derrière les nervures considérées. Il en résulte donc une réduction notable de l'élasticité d'origine pour des raisons d'ordre structurel, ce qui se traduit donc par une chute de cette élasticité. A cette chute s'ajoute l'affaiblissement dû à la nature du matériau, résultant du comportement au vieillisssement de la ma trière élastomère utilisée pour le cordon.Dans ces conditions, on ne peut en général pas obtenir la condition normalement exigée d'obtention d'une réduction maximale d'élasticité de 30 4/ sur une période de 50 ans. C'est pourquoi l'invention a pour objet de fournir un dispositif d'étanchéité du type précité dans lequel la réduction d'ordre structurel de l'élasticité se trouve supprimée ou tout au moins fortement diminuée, une réduction notable de la chute d' élasticité due à la nature du matériau pouvant par ailleurs résulter d'une réalisation particulière conforme à l'invention. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif caractérisé en ce que, entre chaque cordon de joint et sa surface de soutien sur la tranche du voussoir associé, se trouve disposée une bague qui supporte ce cordon et qui est réalisée en une matière dont le comportement viscoélastique est identique ou au moins ana-logue à celui de ce cordon. ~ Ces bagues coopèrent avec les cordons de joint en faisant apparaître sur les surfaces de soutien des forces élastiques im- portantes qui dans la plupart des cas empêchent totalement ou au moins notablement la pénétration de la masse coulée entre les éléments de la structure, ce qui supprime ou réduit la chute d'élasticité d'ordre structurel.Lorsque par ailleurs ce dispositif se trouve réalisé conformément à l'étant antérieur de la technique in diqué plus haut, les cordons présentent dans ce cas les nervures décrites, les bagues supportent les pressions élastiques correspondant à la déformation de ces dernières. On peut alors partir de 1' hypothèse que dans la direction des x, c'est à dire transversalement aux joints, les zones des bagues correspondant aux entredents ne participent que dans une mesure négligeable A l'obtention de la pression élastique. Si en conséquence on ne considère que la parie du profil qui se trouve en application, la chute de l'élasticité suivant la direction des x qui assure l'effet d'étanchéité se trouve maintenue au minimum.Si l'on part d'une pression élastique p = 1,5 kp/cm2, on obtient pour la pression résiduelle la plus faible possible après une période prolongée ~convenable une valeur de Pkx min = 1,26 kp/cm. Il se produit un effet particulièrement avantageux sur la réduction de la chute d'élasticité due à la nature du matériau lorsque, à la manière connue, les cordons de joint sont réalisés en une matière élastomère et les bagues en matière thermoplastique. De manière particulièrement surprenante, il s'est avéré avantageux d'utiliser pour les bagues et/ou pour les cordons de joint une matière d'étanchéité, connue en soi, de type bituinineux et contenant un copolymère d'éthylène et qui jusqu'ici n'a été utilisée que pour la réalisation de recouvrements résistants aux acides et étanches à l'eau qui n'étaient pratiquement sounis a' aucune pression d'étanchéité.Cette matière est constituée par environ 45 à 50 % en poids d'un mélange d'un produit de copolymérisation de l'éthylène et d'uné faible proportion de bi-tume, présentant une résistance aux fissures de contrainte de plus de 60 h, environ 40 % en poids d'une poudre d'anthracite contenant éventu- ellement 30 ) en poids de cendres ( ramené à la poussière d'anthra- cite) et présentant éventuellement également une granulométrie de 30?, et le reste de polyéthylène haute pression (D-OS 2 156 782). Cette matière se coule en général, par exemple par in Jection. Il s'agit d'une matière thermoplastique qui. se caractérise, lors de l'application dtun effort de traction uniaxial, par un allongement à la rupture très élevé s'élevant partiellement à 900 ,. Elle présente un module d'élasticité à la traction de l'Gr- dre de Et = 600 kp/mm2. Lors de l'application d'un effort de compression, cette matière ne peut se déformer que d'environ la moitié. Son module d'élasticité à la compression s'élève à environ Fc = 120 kp/cm. Son comportement à la striction ne différencie pas la matière sollicitée à la compression de celle sollicitée à la tractien. on coefficient de striction de t = 0,47 montre que cette matière est une matière thernoplastic.ue à capacité d'écoulement élevée, ce qui constitue préciserent une propriété très souhaitable pour les bagues d'étanchéité des oints. Cette matière est totalement dépourvue d'écoulement à froid. Une fois montés les voussoirs du type décrit plus haut, on ne peut la plupart du temps pas éviter les déplacements transversaux et longitudinaux des segments. Si ces déplacements ont lieu avant l'injection, les contraintes sur les bagues constitues par la matière précitée demeurent en général faibles.Même si on abaisse le module d'élasticité de la matière injectez jusqu'à 1200 kp/cm2, il demeure toujours un rapport de Ed (matière d'injection) 1.200 = = 100 Ec (matière des bagues) 120 Ainsi, même dans des conditions d'injection extrêmement défavorab- les, les bagues demeurent encore cent fois plus souples que la matière d'injection et ne peuvent donc être influencées dans leur comportement d'élasticité et d'étanchéité par cette matière d'in- jection pénétrant entre les nervures. Cette matière des bagues s'avère en outre résistante a l'usure, de sorte qu'elle ne subit aucun endommagement sérieux même lors de faibles mouvements relatifs survenant encore après l'injection. Lors de la pose des bagues dans les voussoirs, il eut se faire que, en particulier à la jonction entre les joints des bagues et les joints longitudinaux, il apparaisse des deormations localisées.La matière des bagues présente comme propriété Te fait que de fortes déformations locales se résorbent au cours du temps en raison du fluage auquel il faut s'attendre. lia dureté Shore A de la matière des bagues- s'e1lève après vieillissement ne valeur comprise entre 67 et 70. rle- essais de résistance aux intempéries s'étendant sur une courte période de 28 jours ont donné une idée de la modification de cette dureté Shore A sous une influence extérieure.Ces essais ont été custi- tuée par 1. un stockage de 28 jours dans une atmosphère normale, 2. une exposition de 28 jours dans une atmosphère con stante d'eau de condensation, 3. une exposition de 28 jours dans un appairez de Kester nich, 4. une exposition de 28 jours ss un rayonnement de lampe à arc à électrodes de charbon, 5. une exposition de 28 jours à un rayonnement ultravio let, 6. une exposition de 28 jours à une émission de rayon nement de xénon, 7. une exposition de 28 jours à une atmosphère humide variable. Le tableau suivant montre les variations présentées dans ces différents essais par la dureté Shore A et par le module d' élasticité à la traction. Exposition 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Dureté Shore A 67 70 72 73 75 74 71 Module d'élasticité à la traction 59 51 52 59 60 49 54 en kp/cm2 Ce tableau montre que la dureté Shore de la matière des bagues n'est accrue que de manière peu importante même par une exposition poussée aux intempéries. D'autres essais ont démontré que la surface des bagues ne présente aucun phénomène de décomposition dans les conditions d'exposition ci-dessus. Il apparait au contraire une modification chimique se manifestant jusqu'à 30ji ou 1/50 mm. Des essais de rayonnement UV ont montré clairement la formation d'une couche superficielle de protection qui constitue un écran pour la masse intérieure contre les agents agressifs. lie stockage de corps échantillons constitués par la même matière que les bagues, pendant plusieurs années dans le lac de Chemiesee, avec des valeurs de pli de 7,0 à 3,2, n'a conduit, lors d'un allongement de 500 %, à aucune modification des propriétés mécaniques. On peut donc qualifier le matériau des bagues de résistant au vieillissement. Pour cette raison, suivant une autre caractéristique de l'invention, le cordon de joint lui-même peut également être réalisé dans la matière considérée plus haut. lies bagues sont de préférence constituées par des pièces coulées par injection. D'autres caractéristiwues et avantages de l'invention ressortiront de la description oui va suivre, à titre d'exemple de réalisation non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels la Fig. 1 est une vue en perspective, en coupe et avec des arrachements partiels, d'un oint longitudinal entre deux voussoirs voisins d'un anneau la Fig. 2 représente l'écrasement et le fluage en pour cent en fonction de la contrainte de compression en kp/cm. lies voussoirs 1 et 2 partiellement représentés sur la Fig. 1 sont réalisés en béton armé et présentent des surfaces frontales ou tranches 3 et 4 se faisant face dans l'anneau assemblé, le même dispositif d'étanchéité que celui qui va être décrit pour ces tranches 3 et 4 se retrouvant sur les tranches 5 et 6 qui leur sont perpendiculaires. Les tranches 3 et 4 présentent chacune une gorge 7 ou 8 dont le profil en section transversale a à peu près la forme d'un trapèze, les petites bases 9 et 10 de ces trapèzes constituant chacune la surface de fond de ces gorges. Dans ces dernières sont logés des cordons de joint 11 et 12 qui sont appliqués suivant le contour des voussoirs et sont associés l'un à l'autre, chacun de ces cordons présentant des faces 13 et 14 qui correspondent aux faces convergentes de la section des gorges 7 et 8 et auxquelles se raccordent des surfaces convergentes 15 et 16. Les dos 17 et 18 des deux cordons stoppaient l'un sur l'autre, tandis que les surfaces situées à l'opposé et tournées vers les surfaces de support présentent un profil formé de rainures 19 et de nervures 20 délimitées par celles-ci. Les cordons li et 12 s'appuient par ces nervures 20 sur des bagues 21 et 22 coulées en matière thermoplastique, par exemple par injection, ces bagues suivant également le contour des voussoirs et reposant sur la petite base 9 ou 10 des gorges 7 et 8, de sorte -que les nervures 20 s'appuient sur les faces de ces bagues 21 et 22 qui sont tournées vers l'extérieur. Les bagues présentent avantageusement un profil en section transversale de forme rectangulaire de manière à s'appuyer par toute leur surface sur le fond des gorges 7 et b. La Fig. 2 donne en ordonnées l'écrasement et le fluage en pour cent correspondant au cas où les bagues sont réalisées dans le matériau indiqué plus haut et utilisé de tanière avantageuse conformément à l'invention, les abcisses correspondant aux contraintes de compression en kp/cm2. Sur l & courbe 40 sont portés les fluages E xk après 9 ans ou des périodes relativement longues, tandis que sur la courbe 41 sont portées les valeurs correspondantes pour l'écrasement élastique Ex. On peut prévoir aux angles des voussoirs des pièces moulées présentant un profil s'écartant du profil normal des bagues. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'étanchéité des joints entre voussoirs d'un cuvelage en béton armé, du type dans lequel il est prévu des cordons de joint en matière viscoélastique sur les tranches des voussoirs voisins délimitant un joint, ces cordons s'appuyant les uns sur les autres par leurs faces dirigées vers l'extérieur, dans le cuvelage assemblé, et étant par ailleurs munis sur leurs faces de support de moyens renforgant leur action élastique tels qwè des rainures délimitant des nervures, caractérisé en ce que, entre chaque cordon de joint (11, 12) et sa surface de soutien (9, 1) sur la tranche (3, 4) du voussoir associé (1, 2), se trouve disposée une bague (21, 22) qui supporte ce cordon (11, 12) et qui est réalisée en une matière dont le comportement viscoélastique est identique ou au moins analogue à celui de ce cordon. 2 - j)ispositif suivant la revendication 1, caraçtérisé en ce qu'au moins les bagues (21, 22) sont réalisées en une maibère thermoplastique. 3 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendica tions 1 et 2, caractérise en ce que la matière themo-olas-1;îque est constituée par une matière d'étanchéité bitumineuse contenant un copolysière d'éthylène, avec environ 45 à 50 % en poids d'un mélange d'un produit de copolymérisation de l'éthylène et d'une faible proportion de bitume, présentant une résistance aux tis- sures de contrainte de plus de 6000 h. 4 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 9 3, caractérisé en ce que les bagues (21, 22) sont consti- tuées par des pièces coulées. 5 - Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les bagues (21, 22) sont extrudées. 6 - Dispositif suivant l'une quelconque des revend ea- tiens 1 à 5, caractérisé en ce que les bagues t21, 22) sont consti- tuées par des pièces coulées par injection. 7 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le profil en section transver sale des bagues (21, 22) est rectangulaire. 8 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendica tions 1 à 7, caractérisé en ce que les bagues présentent des pièces de forme aux angles des voussoirs.