Brevet FR2529933A1 — publié le 19840113

Couverture de protection contre les impacts de missiles passifs L'invention concerne une couverture de protection contre les impacts de missiles passifs. On appelle ici "missiles passifs" des objets circulant dans l'air et dont la vitesse et la masse sont susceptibles à elles seules d'endommager gravement des bâtiments. De tels objets peuvent être notamment constitués par des avions en perte de contrôle de navigation ou des éléments d'avions ayant explose en vol. Les bâtiments à protéger sont généralement des ouvrages importants dont l'endommagement est susceptible de provoquer des situations catasz trophiques considérables : ce sont parmi d'autres, les centrales nucléaires, les réservoirs de stockage de gaz liquéfié de grandes capacités, etc. La nature des accidents prévisibles est par exemple pour ceux-ci, les radiations, les grands feux de méthane. La protection de cette classe d'ouvrages doit évidemment être adaptée aux énergies d'impact envisagées. Les couvertures de protection utilisees actuellement sont constituées d'une paroi de béton armé et caractérisées par des dispositions particulières de ferraillages calcules pour éviter la perforation de la couverture en cas d'impact d'énergie moyenne. Si l'on cherche 9 adapter ce type connu de couverture au cas d'impacts d'énergie plus grande, le coût de construction de la couverture augmente sensiblement. La présente invention a pour but la réalisation d'une couverture de protection contre les impacts de missiles passifs, capable de supporter des impacts de grande énergie tout en conservant un coût de construction modéré. Cette couverture comporte une paroi de béton armé traditionnel ou de béton précontraint recouvrant la surface à protéger. Cette paroi de béton est elle-même couverte par un sommier amortisseur dont les e élé- ments sont - un platelage inférieur prenant appui sur la paroi de béton - un platelage supérieur disposé parallèlement au-dessus du platelage inférieur en laissant un intervalle entre les deux platelages, - et des entretoises métalliques s'étendant dans l'espace compris entre les deux platelages et dont les extrémités sont respectivement un pied fixé au platelage inférieur et une tête fixée au platelage supérieur. Certaines de ces entretoises de rigidite différente sont obliques et sont disposées selon une symétrie ternaire (12po). Les entretoises disposées normalement au platelage sont constituées par des tubes amortisseurs susceptibles de se raccourcir d'au moins 50% de leur longueur sous l'action d'tune force de compression longitudinale, par formation de plis dans leur paroi sans courbure sensible de l'axe du tube. Ces plis se succèdent aussi bien circonférentiellement que longitudinalement, de manière que tout impact important sur le platelage supérieur soit amorti par le raccourcissement de plusieurs tubes intéressés (au moins ceux présents dans l'aire géométrique d'impact) provoquant un nombre de plis croissant avec l'énergie absorbée. La présente invention a encore pour objet un procédé de construction d'une telle couverture, ce procédé étant caractérisé par le fait que l'on met d'abord en place ledit sommier amortisseur, autoporteur par la nature de la structure triangulée que constituent les platelages et l'ensemble des entretoises droites et obliques ; puis on construit la paroi de béton armé (ou précontraint) en suspendant les éléments de construction à ce sommier qui joue alors le rôle de support provisoire. Quand la paroi de béton a acquis la résistance définitive pour être auto-porteuse on positionne définitivement le sommier sur cette paroi et d'auto-porteur il devient protecteur. A l'aide des figures schématiques ci-jointes on va décrire ci-apres, à titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures, il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue partielle d'une couverture selon l'invention, en coupe selon un plan I-I de la figure 2, cette couverture, ayant la forme d'une calotte sphérique de direction générale horizon tale. La figure 2 représente une vue partielle de dessus de cette couver- ture, le platelage supérieur étant supposé enlevé complètement et d'au tres éléments étant supposés enlevés partiellement pour faciliter la compréhension. La figure 3 représente une vue simplifiée d'un tube amortisseur partiellement plissé à la suite d'un impact, en coupe par un plan passant par son axe. La figure 4 représente une vue également simplifiée du tube de la figure 3, en coupe par un plan horizontal IV-IV représenté sur la figure 3 et perpendiculaire à l'axe supposé vertical du tube. Les figures 5A et 6A représentent chacune une vue de côté d'un tube amortisseur muni d'amorces de plissement, ces amorces étant respectivement des trous et des empreintes. Les figures 5B et 6B représentent des vues partielles de ces tubes en coupe par des plans V-V et VI-VI passant par l'axe des tubes des figures 5A et 6A, respectivement. La figure 7 représente une vue partielle de dessus de la couverture à échelle plus petite que la figure 2, la surface de la calotte sphérique étant supposée déformée et appliquée sur un plan horizontal pour faciliter la compréhension de la disposition de la couverture. La figure 8A représente une vue du tube de la figure B, en coupe par un plan horizontal voisin de la tête de ce tube. Les figures 8B et 8C représentent des vues de côté du tube de la figure 8A, selon les flèches B et C de la figure 8A, respectivement. Conformément à la figure 1 un sommier amortisseur 2 selon ltinven- tion constitue une pré-structure de protection capable de dissiper l'énergie d'un impact et de transmettre des forces approximativement constantes à une paroi de béton armé sous jacente 4. Des tubes amortisseurs métalliques, cylindriques T1, T2 etc... sont assemblés rigidement à angle droit à des plaques de têtes P1h, P2h, étc... et de-pied Plb, P2b, etc... soudées aux platelages supérieur 10 et inférieur 12. Géométriquement le sommier peut être plan ou courbe, épousant la forme de la couverture supérieure ou latérale de la structure à protéger. Il s'agit ici d'une couverture supérieure en forme de calotte sphérique sensiblement horizontale. Le platelage supérieur 10 est soit comme représenté une tôle d'acier d'épaisseur suffisante pour éviter tout risque de perforation entre deux ou trois tubes voisins, soit une plaque de béton fortement ferraillée. Le platelage inférieur peut etre constitué comme représenté d'une tôle continue ou éventuellement être discontinu et constitué par des plaques de tôle soudées aux fers de compression de la paroi de béton sous jacente et constituant chacune le pied d'un tube amortisseur. Sous le choc résultant d'un impact, nait un ensemble de forces verticales ou obliques selon l'incidence de la trajectoire du corps percutant. L'application des composantes verticales CV de ces forces- au platelage supérieur au sommier engendre un flambement local des parois d'acier en tête des tubes, ce qui se traduit par la création de plis correspondant à des taux de déformation plastique élevés (voir figure 3 et 4). Ce processus progresse par influence sur la hauteur des tubes jusqu'à l'égalité de l'énergie dissipée dans les déformations et de l'énergie de l'impact. La formation de ces plis se fait suivant une disposition modale en "diamant" étroitement apparentée aux modes vibratoires du tube, ces modes se résumant en ondes longitudinales et lobes circonférentiels.L'énergie dissipée est élevée en raison du grand nombre de plis formés. Dans chaque plan horizontal de plissement on rencontre n plis en saillie si le mode vibratoire présente n lobes circonférentiels pour la fréquence fondamentale minimale. Les plis du plan de plissement suivant sont décalés de 1800/n ; dans le plan de plissement suivant on retrouve la même disposition de plis que dans le premier. L'extrémité de deux lobes concourants forme une sorte de cloison verticale analogue à un "nez" comme visible sur les figures 8A et 8B. Les figures 4 et 8A montrent la disposition des plis à trois lobes se succédant angulairement dans chaque plan de plissement.La disposition réelle des plis formés n'est qu'approximativement régulière, et elle est trop complexe pour pouvoir être décrite d'une manière parfaitement précise, les figures 3, 4, 8A, 8B, 8C devant être cdnsidérées seulement comme des approximations. Le point essentiel est qu'il existe une forte densité de plis par unité de surface du tube et que ces plis sont fortement accentués, ce qui permet l'absorption d'une grande quantité d'énergie par déformation du métal. En ce qui concerne l'occurence de chocs obliques, une disposition a été établie pour éviter tout déversement tangentiel. Cette disposition est visible sur les figures 1, 2 et 7. Elle est caractérisée par des entretoises obliques telles que E 1-2 réunissant chacune le pied d'un tube tel que T1 à la tête d'un tube adjacent tel que T2. Le premier chiffre incorporé dans la référence de chaque entretoise E 1-2 par exemple correspond au chiffre 1 incorporé dans la référence du tube T1 au pied duquel cette entretoise est fixée, et le second chiffre incorporé dans la référence de cette même entretoise E 1-2 correspond au chiffre 2 incorporé dans la référence du tube T2 à la tête duquel cette entretoise est reliée. Sur les figures 2 et 7 des fleches F indique le sens ascendant sur ces entretoises obliques, les points G indiquant l'extrémité supérieure de l'entretoise. Les tubes amortisseurs T9, T2... sont répartis de manière équidistante selon un réseau hexagonal, le sommet de tout tube amortisseur donné T1 étant relié aux pied de trois tubes amortisseurs T5, T6, T7 voisins par trois entretoises obliques "descendantes" décalées angulairement de 1200 autour de ce tube donné, le pied de ce tube donné (T1) étant relié aux sommets de trois autres tubes amortisseurs voisins T2, T3, T4 par trois entretoises obliques "ascendantes" E1-2, E1-3, E1-4 décalées angulairement de 1200 les unes par rapport aux autres autour de ce tube donné, et de 600 par rapport auxdites entretoises descendantes. L'inclinaison des entretoises obliques est de préférence comprise entre 300 et 450. Les entretoises obliques E1-2, E5-1 etc... ont une section plus faible que celle des tubes amortisseurs T1, T2, T5 de manière à flamber en cas de compression, cette section étant cependant suffisamment forte pour empêcher la rupture d'une entretoise oblique en cas de tension sous l'action d'un impact oblique provoquant le plissement de toute la longueur du tube amortisseur dont le sommet est relié à cette entretoise oblique. Les entretoises obliques peuvent etre constituées par exemple de plats d'acier, ou de tubes de section plus faible que celle des entretoises normales, susceptibles d'assurer le flambage sous forme de plis successifs se produisant lors de l'écrasement des tubes principaux. De préférence les tubes amortisseurs présentant une amorce de plissement au voisinage de leur sommet, de manière à éviter, en cas d'impact, que soit transmise une force initiale excessive à la paroi de béton sous-jacente. Cette amorce de plissement peut être constituée par des perforations 14 comme représenté sur les figures 5A et 5B pour le tube T1, ou par des empreintes 16 comme représenté sur les figures 6A et 6B sur un tube analogue T'1. Elle constitue un dispositif écreteur de la force limite de flambement définie par Timoshenko. Les tubes amortisseurs ont une section circulaire, le rapport de leur longueur à leur diametre étant inférieur à 4, le rapport de l'épaisseur de leur paroi à leur diamètre étant compris généralement entre 0,3 (chocs modérés) et 0,05 (chocs importants), la limite élastique de l'acier qui les constitue étant inférieure à 220 MPa et son allongement à la rupture supérieur à 30%. Dans un exemple d'aapplication schématique la limite d'élasticité de l'acier des tubes amortisseurs est 2,2 108 Pa, et son allongement à la rupture est de 30%. La distance entre les axes de deux tubes voisins est de 1,3 m. Le diamètre d'un tube est de 400 mm et l'épaisseur de sa paroi est de 18 mm. Si un élément de moteur d'avion pesant 1700 kg arrive à une vitesse de 100 m/s et enfonce le platelage supérieur dans un cercle de diamètre 3 m, il en résulte un raccourcissement de 7 tubes amortisseurs, sur une hauteur de 67 cm et la force appliquée à la paroi de béton sous jacente dans ce cercle reste approximativement constante et égale à 1 500 000 da N pendant tout le temps nécessaire à l'amortissement du choc. Il est classique de réaliser une paroi de béton armé capable de supporter une telle force dans un tel cercle, alors que la réalisation d'une paroi de béton armé capable à elle seule de supporter l'impact de ce moteur aurait été extrêmement coûteuse. La présente invention a également; pour objet un procédé de construction de la couverture. Lors de la construction des grands ouvrages de génie civil, les parois latérales sont d'abord édifiées. La construction de la couverture est alors entreprise. Celle-ei peut être réalisée par un ensemble d'élémenti préfabriqués, soit par bétonnage continu o dans ce cas, le ferraillage ou les câbles de précontrainte sont mis préalablement en place. A ces fins, on fait appel d'ordinaire, à des structure provisoires qui sont des échaffaudages. Pour les projets de grande hauteur et de grand diamètre, on monte à l'intérieur de l'enceinte, des tours en treillis que l'on assemble par des barres. L'ensemble de ces opérations demande beaucoup de soins et une stricte surveillance de l'étant du matériel standard souvent réutilisé et la vérification soigneuse de la stabilité. Selon l'invention on construit d'abord le sommier, et on met ce dernier en appui sur l'acrotère de la paroi verticale de l'ouvrage, par l'intermédiaire de vérins dont la course initiale est réglée de façon à laisser l'espace désirable à des -organes de manutention et à la libre circulation des ouvriers. Une fois la coupole de béton armé mise en place ; les vérins sont libérés en une manoeuvre d'ensemble, et le sommier est mis en appui sur la coupole. Les vérins sont soit laissés en place soit retirés, après calage correspondant. La présente invention présente notamment les avantages suintants : Simplification notoire du ferraillage de la paroi de béton, du fait que celle-ci reçoit, lors du choc, de la part du sommier amortisseur, une force presque constante (légèrement modulée lors de la formation des plis). Diminution des risques d'erreur quant à l'énergie d'impact susceptible d'être supportée sans perforation de la couverture. Economie substantielle de béton met facilité de mise en oeuvre. Possibilité de réaliser la paroi de béton (coupole) en dalles préfabriquées et d'utiliser le sommier qui est constituée en charpente tridimensionnelle pour recevoir des impacts obliques, comme structure porteuse provisoire pour la mise en place des dalles préfabriquées ; une fois le jointoiement de ces dernières fait, et la résistance acquise, le sommier peut être abaissé par retrait des supports provisoires et assis sur la coupole de couverture. REVENDICATIONS 1/ Couverture de protection contre les impacts de missiles passifs, cette couverture comportant- une paroi de béton armé (4) recouvrant la surface à protéger, cette couverture étant caractérisée par le fait que cette paroi de béton (4) est elle même recouverte par un sommier amortisseur (2) comportant lui même - un platelage inférieur (12) s'appuyant sur la paroi de béton - un platelage supérieur (10) disposé parallèlement au-dessus du platelage inférieur en laissant un intervalle entre les deux platelages, - et des entretoises métalliques (T1, E1-2) s'étendant chacune entre un pied (pli) fixé au platelage inférieur et une tete (P 1h) fixée au platelage supérieur - certaines au moins de ces entretoises (E1-2) étant obliques et s'étendant dans divers plans perpendiculaires aux platelages de manière que tout déplacement du platelage supérieur entraine une variation de longueur de certaines entretoises, - certaines au moins de ces entretoises (T1) étant constituée; par des tubes amortisseurs en acier doux capables de se raccourcir d'au moins 50% de leur longueur sous l'action d'une force de compresssion longitudinale, par formation de plis (PC, PS) dans leur paroi sans courbure sensible de l'axe du tube, ces plis formant à la fois des successions circonférentielles fermées s'étendant dans des sections droites (H1, H2) du tube et des successions longitudinales s'étendant selon la longueur du -tube, deux plis circonférentiellement successifs étant l'un un pli en creux (PC) et l'autre un pli en saillie vers l'intérieur (PS) et deux plis longitudinalement successifs étant aussi l'un un pli en creux et l'autre un pli en saillie, de manière que tout impact important sur le platelage supérieur soit amorti par raccourcissement d'au moins un de ces tubes amortisseurs avec formation de plis sur une fraction de sa longueur croissant avec l'énergie absorbée. 2/ Couverture selon la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdits tubes amortisseurs (T1) sont perpendiculaires aux platelages (10, 12) - les autres entretoises (E1-4, E6-1, E1-2) étant obliques, et s'étendant dans au moins deux directions de plans perpendiculaires au plate lage, la résistance à la compression de ces entretoises obliques étant plus faible que celle des tubes amortisseurs. 3/ Couverture selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les tubes amortisseurs (T1, T2...) sont répartis de manière équidistante selon un réseau hexagonal, le sommet de tout tube amortisseur donné (T1) étant relié aux pied de trois tubes amortisseurs voisins (T5, T6, T7) par trois entretoises obliques "descendantes" décalées angulairement de 1200 autour de ce tube donné, le pied de ce tube donné (T1) étant relié aux sommets de trois autres tubes amortisseurs voisins (T2, T3, T4) par trois entretoises obliques "ascendantes" (E1-2, E1-3, E1-4) décalées angulairement de 1200 les unes par rapport aux autres autour de ce tube donné, et de 600 par rapport auxdites entretoises descendantes. 4/ Couverture selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les entretoises obliques (E1-2, E5-1, etc...) ont une section plus faible que celle des tubes amortisseurs (tri, T2, T5 etc,..) de manière à flamber en cas de compression, cette section étant cependant suffisamment forte pour empêcher la rupture d'une entretoise oblique en cas de tension sous l'action d'un impact oblique provoquant le plissement de toute la longueur du tube amortisseur dont le sommet est relié à cette entretoise oblique. 5/ Couverture selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les tubes amortisseurs (T1, T2) présentent une amorce de plissement (14, 16) au voisinage de leur sommet, de manière éviter en cas d'impact d'appliquer une force initiale excessive à la paroi de béton sous jacente. 6/ Couverture selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les tubes amortisseurs (T1, T2, etc) ont une section circulaire, le rapport de leur longueur à leur diamètre étant inférieur à 4, le rapport de l'épaisseur de leur paroi à leur diamètre étant compris entre 0,3 et 0,05, la limite élastique de l'acier qui les constitue étant inférieure ou égale à 220 MPa et son allongement à la rupture supérieur à 30%. 7/ Procédé de construction d'une couverture selon la revendication 1, ce procédé étant caractérisé par le fait que l'on met d'abord en place-ledit sommier amortisseur (2) avec des platelages inférieur (12) et supérieur (10) continus pour le rendre autoporteur, puis on construit ladite paroi de béton armé (4) en suspendant les éléments de construction à ce sommier qui joue alors le rôle de support provisoire.