Brevet FR2559542A1 — publié le 19850816

La presente invention est relative à des voussoirs en fonte, assemblés les uns aux autres par boulonnage, utilisés dans a fabrication de collecteurs de grand diamètre ou pour le revêtement interne de galeries, puits de mine, tunnels, et plus généralement, dans les cuvelages, dans lesquels il convient d'assurer une étanchéité de l'extérieur vers l'intérieur pour éviter les infiltrations d'eau. Elle est relative egalement à l'assemblage étanche de tels voussoirs. Généralement les éléments de cuvelages, ou voussoirs, arrivent sur le chantier par panneaux de quatre, six ou huit éléments. On voit ainsi qu'il y a deux étanchéités à realiser, l'une lors de l'assemblage des éléments de cuvelage en panneaux, réalisée en usine, l'autre lors de l'assemblage des panneaux et réalisée sur le chantier. De plus ces panneaux ainsi formés doivent, pour permettre une pose aisée sur chantier, présenter des cotes précises et plus particulierement un rayon de courbure et une corde parfaitement déterminés. I1 est donc nécessaire de pouvoir rattraper, en usine lors de l'assemblage des voussoirs en panneaux, les écarts dimensionnels dus à la fois aux défauts de pi anéi té des surfaces planes (flancs) des voussoirs en fonte et aux tolérances de fabrication des voussoirs. La somme de ces ecarts dimensionnels a ete estimée, dans une hypothèse très défavorable, à quelques millimètres. On connait par le brevet FR 2 234 452 une garniture d'étanchéité pour voussoirs en acier, en élastomère de dureté inférieure à 390 Shore, l'étanchéité du joint étant assurée à la fois par le contact direct, métal-métal, des éléments de cuvelage grace au boulonnage de ceux-ci et par l'insertion de la garniture d'étanchéité à proximité des arêtes externes des voussoirs sur les flancs de ces derniers lors de leur assemblage. Mais dans ce cas le contact direct des différents éléments de cuvelage rend l'assemblage rigide et interdit tout rattrapage des écarts dimensionnels pouvant résulter de la fabrication des voussoirs. De plus l'étanchéité aux arêtes latérales des voussoirs constituees par l'intersection des flancs de ces derniers n'est pas assurée, les garnitures comprimees par les elements de cuvelage ne se joignant pas parfaitement aux carrefours constitués par la juxtaposition de quatre voussoirs. Enfin il n'est pas possible dans ce type de joint, de contrôler le taux de compression de la garniture d'étanchéité. Or l'expérience a montré que pour un taux de compression superieur à 40 % un élastomère vieillit de façon prématurée. Par ailleurs on connait par le brevet US 3 695 044, un joint d'étanchéité pour élément de cuvelage en béton, presentant une gorge menagee sur les flancs du voussoir dans laquelle est fixe par un moyen adhésif un matériau élastique d'étanchéité d'épaisseur supérieure à la profondeur de la gorge et de la largeur égale à celle de cette dernière, la compression de ce materiau lors du montage des éléments de cuvelage par boulonnage assurant l'étanchéité. Mais comme l'élastomère est un matériau incompressible sa "compression" dans une direction entraine son expansion dans une autre. Ainsi lors du montage du joint decrit dans le brevet US 3 695 044 la garniture comprimee s'etend en dehors de sa gorge de logement, dans l'espace compris entre les flancs des voussoirs. Entre les flancs espacés de deux voussoirs adjacents n'est interposé aucun moyen ou ciment de liaison ou autre matériau susceptible d'assurer la rigidité de l'ensemble des deux voussoirs. I1 en résulte, que, compte tenu des contraintes mécaniques que subissent les voussoirs, la compression de la garniture d'étanchéité n'est absolument pas contrôlée. Cette compression pouvant atteindre des valeurs excessives et inadmissibles, la perennité de la garniture n'est pas assurée.De plus la rigidité de l'ensemble n'étant pas assuré le dimensionnement et la forme du cuvelage ne peuvent être determinés avec précision. Enfin, là encore l'étanchéité n'est pas realisée au carrefour constitué par quatre voussoirs adjacents. On connaît enfin par le brevet FR A-2 264 962 un assemblage de deux panneaux de cuvelage, en fonte, conçu pour éviter l'infiltration entre les deux panneaux de matière de remplissage injectee entre la paroi rocheuse d'un tunnel et les voussoirs. Les panneaux comportent des portées ou surfaces d'appui complementaires, mais ne comportent pas de garniture d'étanchéité, puisque l'étanchéité à l'eau est assurée par la matière de remplissage. La Demanderesse s'est donc posé le problème de créer un joint d'étanchéité, pour éléments de cuvelage en fonte ou voussoirs, obtenu grâce à une simple garniture d'étanchéité en élastomère, assurant une étanchéité totale, y compris à l'eau, même aux angles des éléments de cuvelage, à des pressions extérieures de l'ordre de 10 bars, et permettant la fabrication en usine de panneaux, pas assemblage de voussoirs, présentant un rayon de courbure et une corde parfaitement déterminés, permettant une pose facile sur chantier, malgré des tolérances dimensionnelles pouvant atteindre quelques millimètres sur chaque voussoir. L'invention a pour objet un voussoir qui resoud ce problème. Le voussoir de l'invention, pour cuvelage en fonte de type à voile de forme générale parallélépipédique et incurvée, sur les flancs duquel est fixée, par un moyen adhésif, une garniture d'etanchéite élastique destinée à être comprimée dans un assemblage étanche de tels voussoirs, est caractérisé en ce qu il comporte sur chacun de deux angles opposés formés par deux flancs perpendiculaires une partie saillante ou protubérance sur laquelle est appliquée la garniture d'étanchéité. Grâce à cette partie saillante, il est possible de réaliser un assemblage étanche au carrefour angulaire de quatre voussoirs. L'invention a egalement pour objet un assemblage étanche de quatre voussoirs dont les flancs perpendiculaires sont ceinturés d'une garniture d'étanchéité, lesdits flancs étant de deux categories mâle, femelle en vis-à-vis, cette assemblage étant caractérisé en ce qu'il forme un carrefour à deux angles opposes formés par l'intersection d'un flanc mâle et d'un flanc femelle et à deux angles opposés formés par l'intersection de deux flancs de même nature mâle-mâ7le et femelle-femelle, et comporte au voisinage des voiles, deux parties saillantes opposées appliquant les angles des garnitures d'étanchéité correspondantes au contact l'un de l'autre et au contact des angles des garnitures d'étanchéité des deux autres voussoirs opposés, dépourvus de parties saillantes de sorte qu'au dit carrefour angulaire, aucun vide ne subsiste entre les garnitures d'étanchéité respective des quatre voussoirs. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre. Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple - La Fig. 1 est une vue en plan d'un élement de cuvelage selon l'invention vu par sa face superieure ou voile ; - La Fig. 2 est une vue en coupe longitudinale selon la ligne 2-2 de la Fig. 1 du voussoir selon l'invention ; - La Fig. 3 est une vue en coupe transversale selon la ligne 3-3 de la Fig. 1 du voussoir selon l'invention ; - La Fig. 4 est une vue partielle en perspective d'un angle d'un élément de cuvelage selon l'invention ; - La Fig. 5 est une vue partielle en perspective de angle opposé à celui représenté à la Fig. 4 d'un élément de cuvelage selon l'invention ; - La Fig. 6 est une vue en coupe partielle de la garniture d'étanchéité du joint selon l'invention ;; - La Fig. 7 est une vue partielle de la zone de contact de quatre voussoirs adjacents munis de leur garniture d'étanchéité selon l'invention, le voile de chacun des voussoirs n' étant pas représenté ; - La Fig. 8 est une vue partielle analogue à la Fig. 7 de la zone de contact de quatre voussoirs adjacents, dépourvus des parties saillantes selon l'invention, munis de leur garniture d'étanchéité ; - La Fig. 9 est une vue partielle en coupe selon la ligne 9-9 de la figure 7 illustrant le joint de l'invention constitué par deux flancs de deux éléments de voussoirs adjacents munis de leur garniture d'étanchéité. - La Fig. 10 est une vue schematique en perspective d'un tronçon circulaire complet de cuvelage. Suivant l'exemple d'execution des Fig. 1 à 3 et 10 et selon une structure connue chaque élément de cuvelage comprend une face superieure 1, ou voile, incurvée selon une courbe cylindrique et quatre faces latérales 2, ou flancs, à peu près perpendiculaires à ce voile 1. Comme on le voit plus particulièrement aux Figures 1-2 et 3, ces flancs sont de deux types 2a mâle et 2b femelle ou emboitement. Au voisinnage du voile 1, les flancs 2a, comme représentes plus particulièrement aux Figures 4 et 9, ont un profil 3,4,5,6 et 7 en escalier, en retrait par rapport au reste du flanc 2a, sont constitués sur leur face externe par un epaulement 3 (ou surface d'appui 3) parallèle au voile 1, qui relie une face 4, de hauteur h, à peu pres perpendiculaire à ce voile 1, à une autre face plane 5 perpendiculaire à cet épaulement 3. Cette face 5 est reliée à un autre épaulement 6 parallèle à l'épaulement 3 par l'intermédiaire d'une portée 7. Les flancs 2a se poursuivent par une face plane 11 perpendiculaire au voile 1.Au voisinage du voile 1 la partie périphérique des flancs 2b présente un profil à peu prés en équerre et en avancée, ou prolongement, par rapport au reste du flanc 2b. Comme représentés plus particulièrement aux Figures 5 et 9, ils présentent une face plane 8 reliee par l'intermédiaire d'une portée 9 à un prolongement 10 (ou surface d'appui 10) du voile 1, d'épaisseur e correspondant à la hauteur h de la face 4 du flanc 2a, et s'étendant sur toute la longueur du flanc 2b. En outre, comme on le voit à la Figure 9, la profondeur totale p du prolongement 10 et de la portée 9 est inférieure à la largeur L constituée par la face 6 la portee 7 et l'épaulement 3 et supérieur à la largeur totale 1 de la face 5 et de la portée 7. De plus comme on le voit plus particulièrement à la Fig 1 les faces 2a d'un panneau sont adjacentes ainsi que les faces 2b. Conformément à l'invention, les arêtes laterales opposées (ou angles opposés d'un voussoir) constituées, dans le mode de réalisation représenté, par les intersections de deux flancs 2a-2a ou 2b-2b de même type présentent chacune une partie saillante ou protubérance, 12a et 12b, de hauteur H correspondant à la hauteur de la face 5 comme on le voit plus particulièrement aux Figures 4 et 5.Les parties saillantes 12a et 12b prolongent, sur une partie de leur hauteur les arêtes à angle droit de deux flancs adjacents 2a-2a ou 2b-2b La partie saillante 12a située à l'intersection des faces 2a est constituée par un élargissement de l'épaulement 3 entrainant une diminution correspondante de la largeur de l'épaulement 6, toutes les autres dimensions du flanc 2a restant inchangées. De même la partie saillante 12b est située à l'intersection des flancs êb en-dessous du prolongement 10 du voile 1 et en retrait par rapport à ce prolongement 10.Cette partie saillante 12b est limitée à son extrémité supérieure par la portée 9 qui présente au-dessus de ladite partie saillante 12b un profil correspondant à cette dernière Les parties saillantes 12a et 12b forment un diedre d'angle aigu sur lequel est appliqué un bourrelet d'étanchéité 13. De plus, il va de soi que les parties 12a et 12b saillantes pourraient être situées aux deux arêtes laterales opposées constituées par l'intersection d'un flanc 2a et d'un flanc 2b. La partie saillante 12a raccorde deux faces 5 perpendiculaires et est en retrait par rapport aux faces perpendiculaires 11 du reste des flancs mâle 2a et à l'arête d'intersection des faces 11 (Fig. 4). La partie saillante 12 b raccorde deux faces 8 perpendiculaires et est en surplomb par rapport à l'arête de deux faces adjacentes perpendiculaires 8 du reste des flancs femelles 2b (Fig, 5). Comme représentée à la Fig. 6 la garniture d'étanchéité, en élastomère d'une dureté de 400 à 45" Shore, extrudable, est constituée d'un bourrelet 13 de section rectangulaire d'epaisseur c et de hauteur g superieur à c. L'épaisseur c inferieure à la largeur 1 de la face 2a est supérieure à la moitié de celle-ci. De même la hauteur i est légèrement inférieure à la hauteur H de la face 5 du flanc 2a diminuée de la hauteur de la portee 9 du flanc 2b. Ce bourrelet 13 est destiné à être posé, par des moyens adhesifs, sur les faces 5 et 8 des flanc 2a et 2b des voussoirs et sur les parties saillantes 12a 12b.Ce bourrelet 13 est positionne de maniere precise sur les flancs des éléments de cuvelage, grâce aux portées 7 et 9, sa face inferieure reposant sur la face supérieure de la portée 7 et sa face supérieure reposant sur la face inférieure de la portée 9. bors de l'assemblage des voussoirs, tant en usine que sur chantier, le montage des éléments de voussoirs est tel qu'un flanc mâle 2a d'un voussoir est toujours en vis à vis d'un flanc femelle ou emboitement 2b d'un autre voussoir et réciproquement. Ainsi, et comme representé plus particulièrement à la Fig. 9, l'assemblage de deux voussoirs délimite une gorge constituée par les faces 5-6-7 et 8, les portees 7 et 9 et la face inferieure du prolongement 10. A l'intérieur de cette gorge Sont en contact les bourrelets 13 des deux voussoirs adjacents. Le montage des plaques en usine se fait sur un gabarit de type connu, comme decrit par exemple par le brevet FR 2 259 944, où les différents éléments de cuvelage sont positionnés de façon à former des panneaux de longueur et de courbure déterminés. Les cotes precises des panneaux sont obtenues en rapprochant plus ou moins les flancs 2a-2b de deux voussoirs adjacents en emboîtant le prolongement 10 sur la surface d'appui 3 et donc en comprimant plus ou-moins leurs garnitures d'étanchéité élastiques 13 en vis-à- vis.Les dimensions respectives de la garniture 13 et de la gorge 5-6-7-8-9 resultant de la juxtaposition de deux voussoirs adjacents sont telles que le taux de compression de chaque garniture 13, lors du montage des panneaux en usine, est toujours situe entre 20 %, dans le cas d'un écartement maximal des voussoirs, et 40 %, dans le cas d'un contact parfait de deux voussoirs adjacents par les surfaces 8 et 11 des flancs 2a-2b en vis-à-vis. De plus, dans ce dernier cas de compression maximale de chaque garniture d'étanchéité 13 où le volume de la gorge 5-6-7-8-9 resultant de la juxtaposition de deux voussoirs est minimum, le volume de cette gorge est toujours superieur au volume des deux bourrelets 13 qu'elle contient. Une fois les panneaux mis aux cotes voulues, compte tenu des tolerances de fabrication des éléments de cuvelage, ces derniers peuvent ne pas être en contact par les faces en vis- -vis 8 et ll Ainsi pour réaliser la rigidite des panneaux que les garnitures d'étanchéité 13 n'assurent pas, on injecte entre les faces 8 et ll de deux voussoirs adjacents un beton de résine 14 dont le rôle est uniquement d'assurer la rigidité, et donc le maintien aux dimensions voulues des assemblages de voussoirs constituant des panneaux, ainsi que l'encaissement des efforts mecaniques de compression exercés par les terrains apres l'assemblage des panneaux sur chantier. En effet, lesdits efforts mecaniques ne sauraient être supportés par un bourrelet en élastomère, quelque soit la durete de ce dernier. En outre comme on le voit à la Fig. 7, l'assemblage des voussoirs, en usine ou sur chantier, est effectué de telle manière que le carrefour de quatre voussoirs presente deux angles opposés 16 de voussoirs constitues par l'intersection d'un flanc male 2a et d'un flanc femelle 2b et deux angles opposés 16a et 16b constitués par l'intersection de deux flancs de même type 2a-2a et 2b-2b.De plus comme on le voit toujours à la Fig. 7 les deux parties saillantes 12a et 12b des angles 16a et 16b sont en vis-à-vis c'est-à-dire à l'opposé l'une de l'autre et non adjacentes. I1 en résulté que les parties saillantes 12a 12b appliquent les angles 16a-16b des garnitures d'étanchéité 13 correspondantes au contact l'un de l'autre et au contact des angles 16 des garnitures d'étanchéité 13 des deux autres voussoirs opposés, des sorte qu'audit carrefour angulaire 16-16a-16b, aucun vide ne subsiste entre les garnitures d'étanchéité respectives 73 de chacun. des quatre voussoirs et qu'une étanchéité parfaite est réaliseeà ce carrefour. Comme connu, les panneaux sont assemblés à leur tour en anneaux de cuvelage complets (Fig. 10), et les anneaux sont assemblés bout à bout jusqu'à l'achèvement d'un cuvelage complet. A titre comparatif avec un assemblage de type antérieur connu, comme on le voit à la Fig. 8 dans le cas où les arêtes latérales constituees par l'intersection de deux flancs identiques (2a et 2b) sont dépourvues des parties saillantes 12a et 12b, le contact des garnitures 13 au carrefour de quatre voussoirs adjacents n'est pas réalisé. En effet, la compression de ces garnitures en cet endroit est insuffisante et il existe donc un vide 15 où l'étanchéité n'est pas assuree. Par contre comme on le voit à la Fig. 7 (invention) les parties saillantes 12a et 12b compriment les bourrelets 13 au carrefour constitué par la juxtaposition de quatre voussoirs adjacents. Ainsi l'étanchéité en ce carrefour est réalisée, le vide 15 ayant disparu. De plus grâce au fait que le volume minimal de la gorge 5-6-7-8-9 constituée par la juxtaposition d'un flanc 2a et d'un flanc 2b de deux voussoirs adjacents (Fig. 9), est supérieur au volume des deux bourrelets 13 qu'elle contient, la compression de ces derniers lors du boulonnage en usine des voussoirs est telle que la déformation résultante des garnitures 13 s'effectue à l'intérieur de ladite gorge 5-6-7-8-9 sans expansion ni interposition d'une partie de ces dernières (13) entre les faces 8 et 11 des flancs 2a et 2b en vi s-à- vis. Ainsi les garnitures d'étanchéité 13 ne risquent-elles pas de voir leur compression atteindre des valeurs supérieures à 40 % pouvant résulter d'un mouvement relatif des faces 8 et 11. Ainsi un vieillissement prématuré de la garniture en élastomère est-il évité. En outre, le fait que la compression minimale en usine des garnitures d'étanchéité soit superieure à 20 g, fait que, même s'il apparaît un certain écartement des voussoirs sur chantier, dû à des contraintes mécaniques très importantes rsltan des terrains, la compression minimale des garnitures est. toujours supérieure à 10 X. Ainsi le joint de cuvelage de l'invention pouvant fonctionner à des taux de compression des garnitures d'étanchéité pouvant varier de 10 à 40 %, ce joint peut donc absorber des écarts dimensionnels de l'ordre de 4 a 5 mm sur les dimensions des voussoirs en fonte. Enfin, grâce aux garnitures d'étanchéité 13 et au béton de résine 14 qui assure la rigidité d'assemblage des voussoirs, il est possible de livrer sur chantier des panneaux, (issus de l'assemblage de plusieurs voussoirs en fonte), qui soient etanches, qui présentent des cotes précises, ce qui facilite grandement leur assemblage en cuvelage sur chantier. En effet, il n'est plus nécessaire d'effectuer une opération supplémentaire d'étanchêification sur chantier, par exemple par matériau de remplissage, tous les panneaux étant totalement ceinturés par les bourrelets 13. Le beton de résine 14 assure la rigidité de l'assemblage sans interdire le rattrapage des tolérances de fabrication des voussoirs. Ainsi ce joint pour cuvelage de l'invention est un moyen simple pour assurer l'étanchéité d'un cuvelage, constitué par l'assemblage de voussoirs, en particulier en fonte, à des pressions pouvant atteindre 10 bars. REVENDICATIONS 1.- Voussoir de cuvelage en fonte à voile (1) de forme générale parallélépipédique et incurvée, sur les flancs (2a-2b) duquel est fixée, par un moyen adhésif une garniture d'étanchéité elastique (13) destinée à être comprimée dans un assemblage etanche de tels voussoirs, caractérisé en ce qu'il comporte sur deux angles opposés formés de deux flancs perpendiculaires (2a-2b) ou (2a-2a et 2b-2b) une partie saillante ou protubérance (12a-12b) sur laquelle est appliquée la garniture d'étanchéité (13). 2.- Voussoir suivant la revendication 1 caractérise en ce qu'une partie saillante (12a-12b) forme un diedre d'angle aigu. 3.- Voussoir suivant la revendication 1 du type à flanc mâle (2a) et à flanc femelle (2b ou emboitement ménageant entre eux, dans leur assemblage, sur une partie de leur hauteur totale, une gorge de logement (5-6-7-8) d'au moins une garniture d'étanchéité (13), caractérisé en ce que les parties saillantes (12a-12b) prolongent les arêtes à angle droit de deux flancs adjacents (2a,2a - 2b-2b) sur une partie (H) de la hauteur totale de ladite arête. 4.- Voussoir suivant les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que sur deux flancs mâles adjacents (2a) il comporte au voisinage du voile incurvé (1) un profil (3-4-5-6-7) en escalier et en retrait par rapport au reste du flanc (2a) proprement dit, ledit profil étant à épaulement (3 et 6) et portée (7) parallèle au voile (1) et à faces (4-5) perpendiculaires au voile (1). 5.- Voussoir suivant les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que deux flancs femelles adjacentes (2b) comportent au voisinage du voile incurvé (1) un profil à peu prés en equerre et en avancée ou prolongement par rapport au reste du flanc (2b), ledit profil étant à prolongement ou surface d'appui (10) du voile (1) et à portée (9) intermédiaire entre la face plane (8) du reste du flanc (2b) et le prolongement (10). 6.- Voussoir suivant les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que au-dessus de l'arête de deux plans mâles adjacents (2a) la partie saillante (12a) raccorde deux faces adjacentes perpendiculaires (5) du profil en escalier et est en retrait par rapport à l'arête de deux faces (11) adjacentes au reste des flancs (2a). 7.- Voussoir suivant les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que au-dessus de l'arête de deux flancs femelles adjacentes (2b) la partie saillante (12b) est en surplomb par rapport à l'arête de deux faces adjacentes perpendiculaires (8) du reste des flancs (2b). 8.- Assemblage etanche de quatre voussoirs dont les flancs perpendiculaires (2a-2b) sont ceinturés d'une garniture d'étanchéité élastique (13), lesdits flancs étant de deux catégories mâle femelle en vis-à-vis, caractérisé en ce qu'il forme un carrefour à deux angles opposés (16) formes par l'intersection d'un flanc mâle (2a) et d'un flanc femelle (2b), et deux angles opposés (16a-16b) formés par l'intersection de deux flancs de même nature mâle-mâle (2a) et femelle-femelle (2b), et comporte au voisinage des voiles (1) deux parties saillantes opposées (12a-12b) appliquant les angles (16a-16b) des garnitures d'étanchéité (13) correspondantes, au contact l'un de l'autre et au contact des angles (16) des garnitures d'étanchéité (13) des deux autres voussoirs opposés depourvus de parties saillantes, de sorte qu'au dit carrefour angulaire, aucun vide ne subsiste entre les garnitures d'étanchéité respectives (13) des quatre voussoirs. 9.- Assemblage étanche suivant la revendication 8 caractérisé en ce que entre le flanc mâle (2a) d'un voussoir et le flanc femelle (2b) d'un voussoir adjacent ménageant entre eux une gorge constituée par les faces (5-6-7-8) et les portées (7-9) et la face inférieure du prolongement (10) sont comprimées l'une contre l'autre les deux garnitures d'étanchéité (13) de deux voussoirs adjacents qui sont positionnées respectivement d'une part sur une face (5) et contre une portée (7) d'un flanc mâle (2a) et d'autre part sur une face (8) et une portee (9) d'un flanc femelle (2b). 10.- Assemblage étanche suivant la revendication 8 caractérisé en ce que un espace subsistant entre la face (11) d'un flanc mâle (2a) et la face (8) d'un flanc femelle (2b) est comblé par un béton de résine rigide (14).