Brevet FR2602254A1 — publié le 19880205

La présente invention concerne un nouveau type de joint d'ouvrages d'art et son procédé d'exécution. Le présent type de joint convient pour des souffles de 10 à 60 mm. ; ceci signifie que pour des ouvrages équipés d'un joint à chaque extrêmité du tablier, dans une région où les écarts de température sont de 600, de tels joints pourraient théoriquement convenir jusqu'à des portées de 200 m. Ces 15 dernières années, les progrès en matière de joint d'ouvrages d'art ont été considérables ; des solutions nouvelles sont apparues, plus simples, plus économiques, plus sûres et plus performantes. La difficulté pour un joint soumis à la circulation réside davantage dans la fixation que dans la matière susceptible de suivre les mouvements du joint. Le demandeur, notamment, a introduit les joints fixés au tablier en béton par simple collage au lieu des boulons et fers à béton traditionnels, sujets à la fatigue. Ce type de joint à fait l'objet du brevet français nO 79/21124 qui a été étendu pratiquement à tous les pays industrialisés t de tels joints sont maintenant installés dans la plupart des pays du monde pour des souffles allant de 25 à 90 mm. Un autre type de joint est apparu, il y a quelques années pour les souffles de 10 à 30 mm. Il est réalisé de la façon suivante : on découpe le béton bitumineux de surface sur 25 cm. de part et d'autre du joint, mettant à nu le vide du joint et la surface du tablier en béton t ce vide est aveuglé avec un T ou une plaque métallique : une feuille de plastique permet de désolidariser plus ou moins du tablier, le matériau constituant le joint le volume délimité latéralement par le béton bitumineux de surface, le tablier et l'odurateur de joint au fond est rempli d'agrégats de granulométrie ouverte sans sable, ni filler, permettant une bonne pénétration du liant.Les agrégats sont alors arrosés avec un bitume contenant des élastomères, éventuellement du filler, et chauffé entre 100 et 1400 ; un tel liant jouit de iopriétés visco-élastiques. Lorsque le liant arrive au même niveau que la surface du béton bitumineux, le joint est considéré comme terminé t on peut ouvrir à la circulation lorsqu'il est refroidi. On conçoit qu'un tel joint soit très économique, mais il présente de nombreux défauts - le bitume élastomère est très mou aux températures élevées qu'on rencontre sur les chaussées, très dur aux températures basses - les changements de volume dus aux mouvements du joint se traduisent par des bombements en été, des dépressions ou des fissures en hiver. La présente invention a pour objet de remédier à tous ces inconvénients en offrant un joint plus sûr et plus performant tout en étant plus économique. Ce résultat a pu être obtenu par la mise en oeuvre de deux moyens qui constituent les éléments fondamentaux de la présente invention. Nous avons vu que dans les procédés classiques, les produits généralement utilisés étaient des produits thermoplastiques, mis en oeuvre à température élevée. De par leur nature, ces produits présentent de fortes variations de consistance en fonction de la température : aux températures moyennes, ils ont un comportement visco-élastique, c'est-à-dire que soumis à une déformation, ils ne retrouvent que partiellement l'état initial quand la contrainte ayant entrainé la déformation a cessé t dest évidemment gênant pour un joint soumis durant sa durée de vie à des millions de déformations. Un des moyens de notre invention consiste à faire appel à des élastomères thermodurcissables, obtenus par polymérisation au moment de la mise en oeuvre, soit grâce à l'humidité de l'air, soit mieux, par mélange de deux composants réagissant l'un sur l'autre. Parmi les produits utilisés possédant une grande élasticité à toutes les températures rencontrées, on peut citer les silicones, les polyuréthanes, les polyuréides. Le demandeur, qui a une grande expérience dans l'utilisation de ces derniers qui sont un des éléments essentiels de son invention faisant l'objet du brevet nO 79/21124, a tendance à les préférer. Les polyuréthanes sont, en effet, d'une mise en oeuvre difficile en matière de travaux publics, en raison de leur sensibilité à l'humidité. Les silicones qui donnent aussi de bons résultats sont d'un prix élevé. Le produit utilisé devra posséder un allongement à la rupture supérieur à 150 % mesuré sur éprouvette 180 à toutes les températures comPrises entre -15 et + 40 C ; une élasticité supér- rieure à 92 @ ; une adhérence excellente tant au béton bitumineux scié qu'au béton du tablier de l'ouvrage. Un mastic à base de polyuréides est particulièrement avantageux tant en ce qui concerne son coût que ses qualitas pour cette utilisation. I1 sera constitué d'un mélange de polyuréides et de résines époxy dans la proportion de 65 à 95 % de polyuréïdes, et de 35 à 5 % de résines époxy, additionné de plastifiants et de filler et de diluants, afin d'ajuster les caractéristiques physiques. Comme filler, on préfèrera les fillers siliceux. Comme plastifiants et diluants, on pourra utiliser les brais de bouille de cokéfaction à haute température, fluxés avec des huiles de goudron distillant au-delà de 2800 : des résines de coumarone indène - des phtalates - des adipates, sans que cette liste soit limitative. Comme résine époxy, on préfèrera celles obtenues par ré- action d'un époxy liquide, telle que la 828 - DX 214 de Shell, par exemple, avec une polyamine aliphatique ou cycloaliphatique, telle que la triméthylhexaméthylènediamine, l'aminoéthylpipérazine, la bis aminocyclohexylméthane, la 33'diméthyl 44' diamino dicyclohexylméthane. Les polyuréides seront obtenus par réaction des aminEs citée s plus haut avec un polyisocyanate contenant de 2 à 5 % de NCo bloqués par un phénol. Comme phénol, on peut utiliser, sans que cette liste- soit limitative, le phénol, les crésols, terbuthylphénol, n#xyl- crésols, etc... L'exemple cité plus loin précisera les conditions de mise en oeuvre d'un tel mastic. Un tel matériau constitue un mastic de grande qualité pour assurer l'étanchéité des fissures dans les maçonneries ou servir de joint entre dalles de béton de routes et pistes d'aviation. Dans ce dernier cas, le mouvement du joint est de quelques fl0rr. le changement de volume du joint étant peu important, il suffit de remplir le vide du joint avec le mastic en question , le ménisque concave qui se forme avec le mastic avant polymérisation suffit s ménager un volume suffisant pour éviter le débordement du mastic lors du resserrement du joint. Dans 1 cas d'un pont ou les mouvements du joint sont de plusieurs cm., la variation de volume du vide du joint lors des variations de longueur de l'ouvrage ne peut être absorbée dans les mêmes conditions t elle entrainerait soit des gonflements de la surface du mastic lors des dilatations du tablier de l'ouvrage, soit des e lors des rétractions de l'ouvrage, toutes choses insupportables pour la circulation. Le demandeur a étudié la façon de remédier à ces inconvénients : c'est le deuxième moyen mis en oeuvre faisant l'objet de la présente demande. Il consiste à placer un ou plusieurs tuyaux creux en élastomère dans le vide devant astre rempli de mastic, et à couler ensuite le mastic qui enrobe les tuyaux. De cette façon, on ménage à l'intérieur du mastic un vide déformable qui, lors des mouvements du tablier de l'ouvrage, absorbe les variations de volume du joint et évite les creux et bombements du mastic. Les tuyaux seront de préférence de section oblongue, grossièrement elliptique ; le grand axe de l'ellipse étant perpendiculaire au mouvement du joint. Les tuyaux pourront avantageusement être remplis de mousse élastique, par exemple de mousse souple de polyuréthane de densité 30 à 50 kg/m3 ayant une très forte proportion de vide ; cette mousse en rigidifiant légèrement le tuyau facilite leur mise en oeuvre sans changer leurs performances. Le nombre de tuyaux utilisés est proportionnel à la déformation attendue du joint, et à sa variation de volume. Lorsque le mouvement du joint est important, disons supérieur à 20 mm., et qu'on est amené à utiliser plus de 2 tuyaux, il est bon de renforcer la partie adjacente au joint, constituée par le béton bitumineux scié. En effet, lorsque le joint travaille en traction en hiver lorsque le pont se rétracte, le béton bitumineux qui a une mauvaise résistance à la traction peut, suivant sa qualité, mal supporter les contraintes qui lui sont transmises et se fissurer t pour éviter cet inconvénient, il suffit d'interposer entre le bloc de mastic et le béton bitumineux, un élément en mortier de résine collé au tablier qui, lui, adhère à la fois au mastic, au tablier de l'ouvrage et au béton bitumineux, et doué d'une rasistance à la traction et au cisaillement de plus de 100 bars, permet d'éliminer totalement cette difficulté.Ces deux éléments en mortier de résine situés de chaque côté de bloc de mastic ont une largeur comprise entre 2 et 6 cm. t augmenter leur largeur au delà de 6 cm. ne présente aucun intérêt : leur composition est analogue & celle du mortier de scellement et de fixation du joint utilisé dans le brevet du demandeur nO 79/21124. Ce procédé d'une mise en oeuvre simple et économique permet d'obtenir un joint d'ouvrages d'art parfaitement silencieux et confortable pour l'usager. Les exemples suivants permettent de se rendre compte de la mise en oeuvre de l'invention. Soit à réaliser un joint pour un pont ayant des travées de 50 m. de longueur. Une coupe du joint est représentée par la figure I. On scie le béton bitumineux de surface (1) à environ 4 cm. de part et d'autre du joint (2). Ce béton bitumineux est évacué et le béton du tablier (3) mis à nu et nettoyé. Un T en aluminium (4) est placé au-dessus du vide du joint pour l'obturer : un film plastique en PVC ou polyéthylène (5) est placé au-dessus du T de façon a éviter le collage du mastic sur le T. La: largeur de ce film est telle que la surface (6) du tablier (3) ne sera pas recouverte sur au moins 2 cm. de largeur, permettant ainsi au mastic d'adhérer fortement au tablier et de réaliser une étanchéité parfaite du joint. Deux tuyaux oblongs (7) dont la section a 5 cm. de long et 2 cm. de large en élastomère (caoutchouc naturel ou synthétique, néoprène, EPT), remplis de mousse sont placés dans le volume ménagé apurés l'enlèvement du béton bitumineux. On coule alors un mastic à base de polyuréides (e) jusqu' ce que son niveau supérieur vienne affleurer la surface du béton bitumineux t après polymérisation du mastic, le joint est terminé et la circulation peut être admise sur l'ouvrage. Le mastic est un élément important, déterminant pour la qualité du joint. Il sera obtenu par mélange de 2 constituants A et B. Le constituant A aura les compositions suivantes t - Epikote 828 s 5 parties (résine Epikote vendue par Shell Chimie) t - polyisocyanate comportant 3 % de NCo libre, bloqués au phénol t 20 parties t - phtalate de butyl t 5 parties COMPOSANT B - filler siliceux : 30 parties - goudron de viscosité 10' au BRTA/4 mm. 30 : 30 parties - 33' diméthyl 44 diamino dicyclohexylométhane : 3 " - tridiméthylaminoéthylphénol de Rohm et Hass : @ parties Les 10 secondes au BRTA/4 mm. à 30 correspondent à une mesure de viscosité bien connue dans l'industrie des goudrons et dérivés. Le mastic est obtenu par mélange de 30 parties de k avec 65 parties de B ; il se présente, au moment du mélange, sous forme d'un liquide visqueux qui coule facilement et permet de remplir complètement le vide laissé au joint. Après polymérisation, c'est un solide élastique d'aspect caoutchoutique ayant un allongement de l'ordre de 300 % et une élasticité de 94 %. Dans l'exemple que nous venons de prendre, le mouvement du joint était d'environ 1,5 cm. Supposons qu'au lieu de 50 mètres, les travées aient une longueur de 100 m. : le mouvement du joint est alors de l'ordre de 3 à La figure II est donc, dans ce cas, une coupe transversale du joint. Le principe est le même que dans le cas précédent. Le béton bitumineux a été scié à 6 cm. de part et d'autre des lèvres du joint : le T en aluminium (4) obture le vide du joint le film de polyvinyl (5) placé au-dessus.empêche le mastic de coller au T, mais laisse une surface de tablier libre sur laquelle le mastic peut adhérer. Le joint comprend : 3 tubes oblongs (7) au lieu de 2 ; les flancs en béton bitumineux ont cette fois été renforcés de fa çon à éviter la fissuration éventuelle du béton bitumineux lorsque le joint travaillera à la traction t cèci est obtenu par l'interposition entre le béton bitumineux et le mastic (8) de deux élé- ments (9) en mortier de résine adhérent à la fois au mastic constituant essentiel du joint, au béton bitumineux et au tablier. Ces éléments ont une largeur de 3 cm. La composition du mortier de résine est la suivante - résine à base de polyuréldes : 16 parties - agrégats C/10 mm. : 100 parties Ces agrégats ont une granulométrie continue comportant 10 @ de fil- ler, 6O -' d'éléments de C,08 à 5 mm., 30 % de 3 à 10 mn. La résine utilisée comprend 60 @ de polyuréïdes, 15 d'époxy et 25 % de plastifiants et de diluants. Sa résistance à la traction mesurée à 20 sur éprouvettes I@@ est supérieure à 50 bars et son allongement à la rupture supérieur à 150 @. Ce mortier de résine, mis en oeuvre sous forme d'une pâte visqueuse, présente après polymérisation une très grande résistance au cisaillement, supérieure à 103N par cm. de section ; il supporte les efforts de traction du mastic constituant le joint sans rien transmettre au béton bitumineux. Le mastic constituant la masse du joint enrobant les 3 tuyaux oblongs a la même composition que dans le cas précédent. tes joints exécutés suivant la technique faisant l'objet de la présente demande sont parfaitement silencieux et confortables. REVENDICATIONS 1) - Joint de dilatation pour ouvrages en breton, caractérisé en ce qu'il est constituépar une masse élastique coule en place, à base de résine thermodurcissable dans laquelle sont ménagés des vides absorbant les variations de volume dus aux mouve ments de l'ouvrage, grâce à des tubes en élastomère t 2) - Joint de dilatation selon la revendication 1) oU les tubes en élastomère ont une section oblongue 3) - Joint de dilatation selon les revendications 1) et 2) où le nombre de tubes peut varier de 1 à 5 suivant le mouvement du joint t 4) - Joint de dilatation selon les revendications 1) et 2) où la masse élastique est constituée par un mastic à base de poly uréIdes de composition suivante 20 à 40 % de filler - 20 à 40 oW de plastifiants 20 à 40 % de polyuréïdes - 5 à 10 % de résine époxyde ; 5) - Joint de dilatation selon les revendications 1) - 2) et -8) où les tubes sont remplis de mousse élastique.