Brevet FR2427446A1 — publié le 19791228

L'objet de la présente invention est un dispositif d'appui pour bâtiments ou ouvrages d'art destiné à protéger ceux-ci contre les effets destructeurs des séismes. On sait que, en cas d'un tremblement de terre, le terrain de fondation est soumis surtout à de brusques mouvements horizontaux alternés. Lorsque la liaison entre une structure et sa fondation est rigide, un tel déplacement, du fait de l'inertie de la structure, transmet à sa base de fortes accélérations latérales qui, souvent, en provoquent sa destruction. Certains dispositifs connus, pour l'amortissement de cet effet destructeur, interposent entre la structure et sa fondation un appareil qui, dans certaines limites, autorise un libre dépla- cement de la fondation par rapport à la structure limitant ainsi fortement la transmission de ces accélérations, Des appareils connus de ce genre permettent le glissement de la structure par rapport à la fondation lorsque la secousse atteint un certain degré d'intensité jugé dangereux. Le glissement est amorcé dès que le coefficient de frottement entre deux surfaces d'appui en contact ne suffit plus à I'empêcher ou bien, dès qu'une pièce de retenue, de résistance déterminée qui l'empèche, se trouve rompue. Un autre dispositif connu est constitué par une série de plaques superposées rendues solidaires de la structure entre lesquelles sont disposées des plaques maintenues en butée contre les parois d'une botte remplie de matière visqueuse. Sous 11 effet du séisme, lorsque la fondation a tendance à se déplacer latéralement, il se produit un laminage du liquide visqueux entre les deux séries de plaques et les efforts transmis par la fondation à la structure se trouvent amortis. L'inconvénient de ces deux sortes de dispositifs connus réside en ce que, en cas de séisme, la structure se trouve finalement déplacée par rapport à sa fondation et, comme ces dispositifs ne comportent pas de moyens de rappel, la structure doit entre remise en place par exemple au moyen de vérins. Un autre moyen connu d'amortir les effets des séismes consiste à placer la structure à protéger sur des appuis connus dits en "élastomère fretté", constitués par une superposition de couches d'élastomère séparées par des tôles d'acier qui, empêchant l'écrasement de l'élastomère, assurent ainsi le frettage de celuici. Dans le cas d'un déplacement latéral de la fondation, l'appui est soumis à une distorsion et, en raison de son élasticité, une faible partie seulement de l'effort horizontal est transmise initialement à la structure. Cependant, ce dispositif présente un inconvénient du fait du faible coefficient d'amortissement de l'énergie des élastomères usuels. En cas de secousses successives, il se produit une accumulation d'énergie dans l'élastomère et, par un effet de résonance ou de "balançoire", lteffort transmis à la structure devient de plus en plus important et peut conduire à sa destruction. Par contre,l'avantage de ces appuis consiste à présenter, en raison de I'élasticité de I'élastomère, un moyen de rappel de la structure qui se trouve automatiquement remise en position moyenne après le séisme. L'invention permet de cumuler les avantages de ces diverses réalisations connues en évitant leurs inconvénients. Selon l'invention, la construction ou structure à protéger repose sur sa fondation par l'intermédiaire d'au moins un appui formé d'un empilement de tôles liées entre elles par des couches de matière adhésive sur au moins une partie de leur étendue, cette matière étant, pour une partie de ces telles au moins, un élastomère déformable, ledit appui étant caractérisé par le fait qu'une partie au moins de la surface de certaines tales coopère avec des moyens capables, par frottement, lors des déplacements relatifs de ces tales à l'encontre de la distorsion de l'élastomère, d'absorber au moins une partie de l'énergie de déplacement. Ces moyens peuvent agir par frottement interne, par exemple laminage de fluides, ou par frottement externe contre les surfaces de tôles en regard ou à la fois par frottement interne et externe, comme ce serait le cas pour une couche de grains anguleux, du sable par exemple, interposée entre des tôles en déplacement relatif. Ces moyens peuvent âtre placés à l'intérieur de l'élastomè- re, par exemple sous forme de charges granuleuses dans celui-ciR ou bien ils peuvent prendre place dans des espaces libres ménagés dans les couches d'élastomère; ces espaces peuvent être des cavités fermée, de contour circulaire par exemple, recevant, sous forme de pastilles, élastiques ou déformables, ou ttiéme sous forme de liquide visqueux rendu fluide par chauffage > une matière capable d'absorber l'énergie. Ces cavités fermées peuvent titre multiples et réparties sur toute la surface des couches d'élas tomère.On peut aussi prévoir dans chaque couche d'élastomère une unique cavité centrale, dont le contour peut titre parallèle à celui du plan de l'appui, cavité à l'intérieur de laquelle est avantageusement introduit un produit à très forte viscosité associé à un remplissage solide qui en freine les déplacements. Moins avantageusement, lesdits espaces libres pourraient aussi cotre ouverts, en répartissant par exemple chaque couche d'élastomère en bandes parallèles, la matière absorbant lténer- gie occupant les intervalles entre ces bandes. Meme en cas d'une forte distorsion latérale de l'empilement (amplitude égale à la hauteur de ltempilement), les déplacements relatifs de deux toles voisines de cet empilement sont faibles, de sorte que l'effet d'absorption d'énergie par frottement interne ou externe entre ces tôles est limitée. Pour accroître cet effet, dans une forme avantageuse de réalisation de l'invention, les tôles qui, dans le déplacement relatif de la fondation et de la structure, subissent par rapport à l'une de ces deux parties, la plus grande amplitude 8 déplacement, débordent ledit empilement et, entre deux tôles deLnrdantes consécutives, et intercalée une plaque fixe dans son plan par rapport à l'autre de ces deux parties, les interva?les entre tôles et plaques étant remplis de matière absorbant l'énergie par frottement. Ainsi des déplacements appréciables apparaissent entre tôles et plaques et l'absorption d'énergie en est favorisée. En cas de séisme, les déplacements relatifs entre la fondation et la structure se produisent initialement au niveau de la face inférieure de l'empilement, lorsque la fondation bouge, la structure étant immobile par inertie, et au niveau de la face supérieure de l'empilement lorsque le mouvement étant amorcé, les secousses de sens alterné apparaissent. Or l'expérience montre que le large spectre de fréquence de telles secousses englobe avec grande probabilité, la ou les fréquences propres de la structure de sorte qu'apparaissent de très dangereux et destructeurs phénomènes de résonance. De préférence donc l'effet d'amortissement du déplacement relatif de la structure et de la fondation est recherché au niveau de la face supérieure de l'empilement, ctest-à-dire que les tôles débordantes sont les tôles supérieures et les plaques sont rendues fixes dans leur plan par rapport à la fondation. Le dessin annexé fera bien comprendre comment l'invention peut être mise en oeuvre. La figure 1 est une vue en perspective d'un élément d'une première forme de réalisation de l'invention. La figure.2 est une coupe suivant le plan II de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe verticale d'une variante de réalisation de celle qui est montrée par les figures 1 et 2. La figure 4 montre en coupe agrandie partielle une variante de la figure 3. La figure 5 est une vue en coupe verticale d'une variante de réalisation dont la figure 6 montre, avec coupes et arrachements, la vue en perspective. Sur les figures 1 et 2, de manière en soi connue, des tôles 1 superposées sont solidarisées entre elles par couches d'élastomère 2 vulcanisées contre les faces en regard de ces tôles. L'élastomère ayant un coefficient d'élasticité faible, la tôle inférieure reposant sur une fondation et la tôle supérieure supportant une structure, cette dernière peut se déplacer horizontalement en toute direction sur une distance correspondant environ à la hauteur de 1' empilement. Après déplacement, l'élastomère assure le retour de la structure à sa position d'origine. Pour amortir, soit le mouvement aller, soit le mouvement de retour de la structure selon l'invention, des pastilles 3 sont logées dans les couches d'élastomère. De telles pastilles peuvent entre faites de sable à grains anguleux agglomérés par une substance fortement visqueuse telle que le brait ou solide mais facilement déformable ou destructible. Un déplacement relatif des tôles est ainsi freiné par le frottement interne aux pastilles des grains les uns contre les autres et par le frottement externe des grains superficiels contre les faces des tôles. Dans la réalisation montrée par la figure 3, la structure 4 repose sur sa fondation 5 par l'intermédiaire de l'empilement 6. Celui-ci comprend, entre les tôles extrtmes épaisses 31 et 32, respectivement liées à la structure et à la fondation, un empilement de tôles 33 plus minces et de couches d'élastomère 34 évidées pour ménager en leur zone centrale les cavités superposées 35. Ces cavités peuvent avoir un contour quelconque, de préférence parallèle à celui de l'appui, en général circulaire ou rectangulaire. Chaque cavité contient une plaque 36 dont les bords 36a sont biseautés à 45' en admettant que le déplacement horizontal maximal d'une tôle par rapport à l'autre est égal à l'épaisseur de la couche d'élastomère. Les vides subsistant dans chaque cavité sont remplis à chaud de brai liquide, ou autre matière fortement vis queuse > par exemple grace aux ajutages 37 et 38 (le premier de remplissage, le second d'évacuation d'air) et aux canaux 39 et 40 percés dans les tôles 33 et les plaques 36. On peut aussi, à la fabrication, remplir ces vides avec un produit élastomère de composition convenable et dépourvu de vulcanisantJde façon qu'il reste visqueux alors que les couches 34 contenant le vulcanisant adhèrent aux tôles 33 ainsi que 31 et 32. Dans une telle réalisation 7'amortissement par frottement se produit, d'une part, dans les intervalles étroits 39 compris entre la face supérieure des plaques 36 et les faces inférieures des tôles, d'autre part, sous l'action de l'écoulement dans la rigole périphérique 40 de chaque cavité, de la matière visqueuse passant lors d'une distorsion de l'appui de l'espace qui se rétrécit vers celui qui s'élargit. Afin d'accrottre cet effet de freinage par circulation du liquide visqueux, les plaques 36 peuvent entre remplacées par un jeu de cadres (ou d'anneaux) concentriques 41 et 42 alternativement fixées aux tôles 33, ou bien aux tôles extrêmes 31 et 32, les tôles intermédiaires 33 étant alors évidées en leur centre, de façon à ménager des conduits annulaires 43 qui, lors des distorsions de 11 appui, chassent de leurs parties rétrécies la matière visqueuse vers leurs parties élargies. L'appui montré sur la figure 3 peut aussi entre réalisé en deux parties, à savoir la partie périphérique annulaire exécutée dans un moule de vulcanisation et la partie centrale construite dans l'espace central de cette partie périphérique entre les tôles extrêmes de fermeture 31 et 32. Dans la réalisation montrée par les figures 4 et 5, le dispositif permettant avec freinage le déplacement relatif de la fondation et de la structure est enfermé dans une botte formée d'une paroi latérale rectangulaire, robuste 7 assemblée par soudure à une plaque de fond 8, encastrée dans la fondation et fixée par les équerres 9 qui en outre renforcent la paroi 7. Au centre du fond 8 de la botte est fixé (par collage ou vulcanisation) un empilement de tôles 9 et de couches d'élastomè re 10 réalisé à la manière usuelle c'est-à-dire sans moyens d'amortissement. Cet empilement est surmonté par les t8les 11, 12 et 13, de p -s grande étendue en toutes directions que les tôles 9, et assemblées entre elles par les couches d'élastomère 16 de plus forte dureté Shore que les couches 10 de façon à avoir une plus faible distorsion que ces dernières, quoique cette condition ne soit pas impérative. A la périphérie, les intervalles entre tôles Il et 12 d'une part, 12 et 13 d'autre part, emprisonnent des plaques 14 et 15 respectivement qui sont en forme de cadres dont le périmètre extérieur correspond avec un léger jeu à celui du contour intérieur de la paroi 7. Ainsi toute amorce de déplacement de ces cadres les amène en butée contre ladite paroi. Dans la réalisation représentée où le nombre des tôles intermédiaires 12 est réduit à l'unité, la tale extrême inférieure Il faisant partie de itempilement de tales agrandies est de plus forte épaisseur que la ou les tôles 12, tandis que la tôle 13 est de plus grande dimension encore que les tôles 11 et 12 pratiquement égales entre elles, de façon à recouvrir, en toute position, le dispositif 6. Comme les cavités du dispositif montré sur la figure 3, le dispositif 6 est rempli d'une matière à très haute viscosité 17, par exemple du brai, mis en place à chaud de sorte que les intervalles 18 entre tôles (11, 12, 13) et plaques (14, 15) sont occupés par cette matière Enfin des baguettes de joint 20 peuvent être placées sur la tranche de la paroi 7 au contact de la tôle 13 pour empêcher la fuite de matière visqueuse et un orifice de remplissage (non représenté} dont la forme dépend de la structure et de la fondation, peut être prévu pour compléter le remplissage en brai du dispositif 6 si besoin est. En cas de séisme, ctest-à-dire d1un brusque déplacement de fondation par rapport à la structure ou vice-versa, ce déplacement se trouve freiné par le laminage de la matière à haute viscosité, dans les intervalles îa, ce qui réduit à la fois l'ampleur et la vitesse du déplacement et diminue les conséquences d'éventuels effets de résonance. La matière visqueuse éventuellement comprimée brusquement dans des espaces confinés tels que 21 est empêchée d'avoir des effets destructeurs sur les plaques ou cadres tels que par le renforcement 14 ou les tôles telles ww dtépaisseur de tcelles-ci et en y ména- geant des ouvertures judicieusement placées.La circulation périphérique de cette matière visqueuse ajoute son effet de freinage à celui du laminage. Enfin l'empilement de tôles et d'élastomère (9,lu) étant normalement fabriqué d'avance en usine, ltempilement de tôles 11, 12, 13 avec les couches 16 et les cadres 14 et 15 interposés peut être aussi préparé à l'avance, les deux ensembles étant ultérieurement réunis et fixés par une couche adhésive 23. On remarquera que le dispositif représenté sur les figures 5 et 6 ne gêne en rien le jeu normal des dilatations de la structure entraSnant la distorsion des couches 10 puisque les écoulements de matière visqueuse s'effectuent alors avec des vitesses extrt- mement réduites et qu'ainsi l'effet de freinage par viscosité est négligeable. La disposition montrée sur les figures 5 et 6 est très favorable à l'amortissement des mouvements relatifs entre fondation et structure, cependant l'agencement amortisseur pourrait aussi être situé du côté de la fondation, l'empilement élastique 9, 10 étant alors situé du côté de la structure portée, autrement dit le dispositif montré sur les figures 3 et 4 pourrait atre retourné, la botte 7, 8 étant alors renversée et fixée à la structure. Les fuites de brai peuvent en ce cas etre empêchées par un rebord étanche porté par la fondation, en remarquant que dans ce cas, l'empilement 9, 10, peut se trouver au-dessus et en dehors de la couche de matière visqueuse dont la hauteur est alors limitée à l'enroba- ge des tôles élargies. Bien entendu, pour le cas de secousses sismiques prévisibles de très grande ampleur, il est possible de prévoir des tôles agrandies ayant un effet amortisseur à la fois vers la face supérieure et vers la face inférieure de ltempilement de tôles 9 et de couches d'élastomère 10. L'invention s'applique à toutes les constructions ou structures, spécialement à celles dont les risques de détérioration peuvent avoir de graves conséquences, telles que les centrales atomiques qui peuvent, même avec une faible probabilité être affectées par les séismes. REVENDICATIONS 1. Dispositif amortisseur effets sismiques pour une structure, dispositif dans lequel celle-ci repose sur sa fondation par l'intermédiaire d'au moins un appui formé d'un empilement de toles liées entre elles par des couches de matière adhésive, sur une partie au moins de leur étendue, cette matière étant, pour une partie de ces tôles au moins, un élastomère déformable, caractérisé par le fait qutune partie au moins de la surface de certaines tôles coopère avec des moyens capables, par frottement lors des déplacements relatifs de ces tôles à l'encontre de la distorsion de l'élastomère, d'absorber au moins une partie de l'énergie de déplacement. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens agissent par frottement interne. 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le frottement est externe et exercé au contact des tôles. 4.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le frottement interne résulte du laminage d'une matière visqueuse. 5.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le frottement résulte de la circulation dans une cavité, au moins pratiquement, fermée, d'une matière visqueuse à travers des passages de section réduite. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait qu'au moins un espace fermé entouré par une couche d'élastomère au moins adhérant aux tôles est occupé par a1: groins un solide ménageant un espace libre annulaire rempli d'une matière visqueuse. 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'un intervalle étroit rempli de matière visqueuse subsiste entre une tôle et la face en regard du solide. 8.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le - fait qutune pluralité de solides en forme de contours fermés con- centriques sont alternativement solidaires de deux tôles parallèles fermant une cavité remplie de matière visqueuse. 9.- dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les tôles situées vers lune des deux faces de ltempile- ment au moins sont agrandies et débordent cet empilement et, entre deux tôles débordantes consécutives est intercalée une pla que, fixe dans son plan par rapport à la partie (structure ou fondation) située du côté de la face opposée de l'empilement, les intervalles entre tôles et plaques étant remplis de matière absorbant l'énergie de translation relative par frottement. 10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les plaques sont en forme de cadres dont le contour intérieur est plus petit que celui des tôles agrandies. 11. Dispositif selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé par le fait que le bord extérieur des cadres est appuyé contre une paroi fixée à la partie située vers ladite face opposée de l'empilement. 12.- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que la paroi d'appui délimite une enceinte dans laquelle est emprisonnée une matière à haute viscosité pénétrant les intervalles entre le bord externe des tôles agrandies et le bord interne des cadres. 13.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la couche de matière adhésive comprise entre deux tôles agrandies est de dureté plus grande que la couche d'élastomère comprise entre deux tôles non agrandies.