Brevet FR2654163A1 — publié le 19910510

La présente invention concerne un élément tubulaire à zone privilégiée de rupture, son mode de fixation sur un support permettant son remplacement aisé et rapide, son application notamment dans le domaine de la construction et son procédé de fabrication. On entend, dans la présente description, par élément tubulaire, tout élément creux cylindrique de section quelconque, susceptible d'être porté, amarré, encastré, ou inséré dans une pièce-socle ou bloc jouant le rôle de support, cet élément tubulaire servant de poteau, pieu, tringle, barreau, voire même canalisation. On sait que de tels éléments tubulaires, en particulier lorsqu'ils servent de pieux, poteaux ou barreaux, sont parfois soumis à des chocs ou des efforts brutaux et violents conduisant la plupart du temps à leur détérioration ou à leur rupture, ce qui nécessite leur remplacement. Lorsqu'ils sont encastrés ou noyés dans un support quelconque, il arrive aussi que l'on soit obligé, pour effectuer ce remplacement, de dégrader ce support aussi. C'est le cas lorsque l'amarrage, l'insertion ou la fixation de l'élément tubulaire dans ou sur ce support est réalisé par cimentation, voire même bétonnage. En outre, la réalisation des éléments tubu laires actuellement connus qui sont en un matériau relativement continu et homogène ne permet pas de prévoir, en cas de choc ou d'une action brutale et violente, la zone où ltélément tubulaire présentera un défaut ou sa zone de rupture, de félure ou de cassure. Or il peut être très utile de conférer à l'élément tubulaire une zone de cassure privilégiée. En effet la présence d'une telle zone peut s'avérer précieuse pour éviter que lors d'un choc l'élément tubulaire ne se brise en un endroit quelconque susceptible de faire une blessure ou d'occasionner un dommage. Par ailleurs si ltélément tubulaire se brise en un endroit prévu à l'avance son remplacement peut etre facilite. On connaît par le document EP-A-0 049 726 un élément tubulaire destiné aux panneaux de signalisation routière. La zone de cassure privilégiée est déterminée par le fait que l'élément tubulaire est divisé en deux parties raccordées au moyen d'un manchon dont la résistance en sens longitudinal excède celle en sens transversal. Un tel élément tubulaire est de structure relativement complexe ce qui en augmente le prix à la fabrication. Par ailleurs le système proposé pour conférer à ltélément tubulaire une zone privilégiée de cassure est de plus inesthétique. Dans un premier de ces aspects la présente invention pallie cet inconvénient en proposant un élément tubulaire comportant au moins une zone de rupture présen- tant une moindre résistance mécanique dans le sens radial tout en ne nuisant pas à la résistance mécanique dans le sens longitudinal caractérisé en ce qu'il est, au moins partiellement, réalisé en un matériau composite comportant au moins une couche de fibres bobinées de part et d'autre de ladite zone, avec un premier angle prédéterminé par rapport à l'axe de l'élément tubulaire, et, dans la zone avec un second angle prédéterminé par rapport à l'axe, le second angle étant plus grand que le premier angle, de telle sorte que ladite zone présente un affaiblissement de sa résistance mécanique dans le sens radial, par rapport à la résistance mécanique de l'élément en sens axial. Grâce à ces dispositions la présente invention réalise son objectif. On observera en effet que le fait d'augmenter l'angle de bobinage des fibres dans la zone privilégiée de rupture, a pour effet de diminuer la résistance mécanique de l'élément tubulaire dans le sens radial, tout en ne nuisant pas à la résistance mécanique de L'élément tubulaire dans le sens longitudinal. En cas de choc ltélément tubulaire cassera donc au niveau de la zone privilégiée de rupture. Dans un mode de réalisation préféré, l'angle de bobinage, qui est de 100 de part et d'autre de la zone de rupture passe, progressivement, dans la zone de rupture de 100 à un maximum de l'ordre de 80 - 850. Idéalement, les meilleures performances sont obtenues avec un angle maximum de 900 Par ailleurs le fait de réaliser l'élément tubulaire en un matériau composite avec au moins une couche de fibres bobinées a pour effet de diminuer considérablement le prix de revient dudit élément, notamment par rapport à l'élément tubulaire de l'art antérieur mentionné plus haut. En effet les matériaux composites à base de fibres de verre ou de carbone sont de moins en moins chers. De plus le procédé de fabrication des éléments tubulaires essentiellement par bobinage a également pour effet d'en reduire le prix. La présente invention vise, d'autre part, un moyen de fixation, d'amarrage, ou d'ancrage d'un élément tubulaire tel que succinctement décrit, ce moyen autorisant l'ancrage ou la fixation rapide et facile de l'élément tubulaire pour que, notamment en cas de dégradation de ce dernier, son remplacement rapide et aisé se fasse sans affecter la structure de ltélément-support dans lequel ltélément tubulaire est ancré, inséré ou fixé. Ces objectifs sont atteints, selon l'invention, en prévoyant dans la section de cet élément tubulaire destinée à être ancrée ou insérée dans l'élément-support, au moins un élément de paroi déformable ou extensible dans le sens radial sous l'action d'une force exercée par un moyen agissant depuis l'intérieur dudit élément tubulaire pour amener cet élément de paroi déformable à faire saillie à l'extérieur dudit élément tubulaire. Avantageusement, dans un mode préféré de réalisation particulièrement simple à mettre en oeuvre, l'élément de paroi déformable est réalisé sous la forme d'une ou plusieurs languettes. Suivant une autre caractéristique de ce mode de réalisation préféré le moyen destiné à exercer l'effort depuis l'intérieur de l'élément tubulaire dans le sens radial, vers l'exterieur, est simplement constitué par une enceinte logée à l'intérieur dudit élément tubulaire, de dimensions telles qu'elle délimite un volume sensiblement correspondant au volume intérieur du segment d'ancrage. L'enceinte est faite en un matériau souple déformable de sorte que tout gaz puisse être introduit depuis l'extérieur, sans autre intervention, se traduisant par une élévation de pression contre lesdites languettes forçant celles-ci à s'écarter et à fortement s'appuyer sur les parois du puits, fixé dans le sol et recevant l'élément tubulaire, s'opposant ainsi à une extraction intempestive de l'élément tubulaire hors dudit puits. D'autres caractéristiques et les avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale axiale d'un mode de réalisation possible d'un élément tubulaire selon 1 invention - la figure 2 est une vue schématique en élévation de l'élément de la figure 1 illustrant une caractéristique importante de l'invention - la figure 3 est une vue analogue à la figure 1, suivant une autre échelle, l'élément tubulaire comportant à sa base un moyen possible servant à exercer les forces nécessaires à sa fixation ou à son ancrage dans un puits de maçonnerie, la figure 3a schématisant ladite action. En se référant à ces dessins, on a représenté, sur la figure 1, un élément tubulaire selon l'invention, réalisé en un matériau composite à fibres de tout type connu. Cet élément tubulaire comporte trois segments (1, 2, 3), le segment 2 formant entre le segment d'ancrage I et le segment supérieur 3 une zone annulaire du moindre résistance dite "zone de rupture On comprendra alors aisément que si l'on utilise cet élément tubulaire comme poteau, par exemple comme poteau de signalisation routière, le segment d'ancrage 1 étant inséré dans le sol ou une portion de la chaussée 4 et que pour une raison quelconque, un choc brutal et violent exerçant une force dans le sens de la flèche F affecte la portion aérienne 3 de ce poteau, ce dernier, en raison de l'existence même de la zone de rupture de plus faible résistance se rompra ou se cassera au niveau de ce segment. La figure 2 illustre une caractéristique importante de l'invention. En effet, d'une manière générale conformément à cette dernière, l'élément tubulaire est au moins partiellement réalisé en matériaux composites comportant au moins une couche de fibres 12 bobinées. Plus précisément le bobinage des fibres est différent selon que l'on considère la zone annulaire de rupture 2 ou les segments 1 et 3 disposés de part et d'autre de la zone annulaire 2. Conformément à l'invention ladite couche de fibres est bobinée de part et d'autre de la zone de rupture avec un premier angle prédéterminé par rapport à l'axe 13 du tube. Dans le mode de réalisation présentement décrit l'angle de défilement des fibres est de l'ordre de 100 par rapport à l'axe 13 du tube dans les segments 1 et 3. il est supérieur à cette valeur (par exemple 150). Conformément à l'invention dans la zone de rupture les fibres sont bobinées avec un second angle prédéterminé par rapport à l'axe du tube. Dans un mode de réalisation préféré, l'angle de bobinage, qui est de 100 de part et d'autre de la zone de rupture passe, progressivement, dans la zone de rupture de 100 à un maximum de l'ordre de 80 - 850. Idéalement, les meilleures performances sont obtenues avec un angle maximum de 900. Dans le mode de réalisation choisi et représenté sur la figure 2 deux couches de fibres sont bobinées en sens inverse : une couche de fibres 12 bobinées de droite à gauche et de bas en haut (par rapport à la figure 2) et une seconde couche bobinée au dessus de la première de fibres 12' bobinées de gauche à droite et de bas en haut (par rapport à la figure 2). On observe que l'angle de défilement des fibres 12 ou 12' est le même par rapport à l'axe 13 du tube. Cet angle pourrait être sensiblement différent ; toutefois dans la zone de rupture 2 les fibres 12 et 12' ont un angle de défilement qui s'approche de 900 par rapport à l'axe du tube. Dans ce mode de réalisation le matériau composite est le suivant : Résine époxy. Type RCA5. Grâce à l'ensemble de ces dispositions et notamment aux angles de défilement des fibres 12 et 12' la zone de rupture 2 présente en sens transversal une résistance mécanique sensiblement moins élevée que celle des segments 1 et 3 disposés de part et d'autre de la zone, tout en ne nuisant pas à la résistance mécanique du tube dans le sens axial. Avec un tube présentant les caractéristiques suivantes, les résultats ci-après sont prévus 1) Caractéristique du tube - longueur : 2,5 mm - diamètre extérieur : 90 mm - épaisseur : 2,5 mm - trois couches de fibre (3) 1) Une couche de fibres parallèles à l'axe du tube. 2) Une couche avec bobinage constant et inférieur à 150 par rapport à l'axe du tube, y compris, dans la zone de rupture. 3) Une couche avec bobinage variable de 15 à 850 dans la zone de rupture. - Résine époxy. Type RCA5. Ancrage dans le sol - 30 cm sous le niveau du sol (qui est le niveau zéro) - zone de rupture niveau zéro 2) Résultat attendu = - Rupture au niveau de la zone de rupture en cas d'un choc dans une zone d'impact située à un mètre au-dessus du sol, correspondant à un impact d'une masse de 50 Kg, lancée à l'horizontale à 26 Km/h. En cas d'endommagement d'un poteau et de rupture de ce dernier, surtout s'il s'agit d'un poteau de signalisation routière, il faut en envisager le remplacement. A l'heure actuelle, la partie du poteau se trouvant dans le sol (dans le cas présent, le segment 1, figure 1) est ancrée dans ce dernier par scellement au mortier ou au ciment, si bien que l'opération de remplacement du poteau implique une attaque de l'ensemble au sol, ce qui représente l'apport d'outils spécialisés, la réfection d'un puits, le rescellement au ciment ou par bétonnage, etc. L'aspect de l'invention présentement décrit vise à proposer un moyen de fixation d'un élément tubulaire tel que son remplacement soit aisé et ne nécessite pas une attaque de l'ensemble du sol comme exposé ci-dessus, dans l'hypothèse où l'élément tubulaire est implanté dans le sol. D'une manière générale, conformément à cet aspect de l'invention, le segment d'ancrage comporte au moins un élément de paroi déformable ou extensible dans le sens radial, sous l'action d'une force exercée par un moyen agissant depuis l'intérieur de l'élément tubulaire. Dans le mode de réalisation choisi et représenté l'élément de paroi déformable ou extensible se présente sous forme d'une ou plusieurs languettes 5 obtenues en réalisant dans le segment d'ancrage 1 une pluralité de saignées 6 longitudinales. Ces languettes sont susceptibles d'être repoussées vers l'extérieur sous l'action d'une force exercée depuis l'intérieur de l'élément tubulaire par tout moyen approprié. Ainsi si l'on décide d'implanter l'élément tubulaire dans le sol il sufffit de réaliser dans ce dernier un puits 4a de diamètre égal ou légèrement supérieur au diamètre externe de l'élément tubulaire et ensuite, après avoir introduit le poteau dans le puits 4a, d'agir sur les languettes 5 de telle sorte que ces dernières soient sollicitées vers l'extérieur (flèches f, figure 3a), et prennent appui sur la paroi interne du puits 4a. De ce fait l'élément tubulaire (ou le poteau constitué par cet élément tubulaire) est solidement maintenu en position d'ancrage tant qu'une force est exercée sur les languettes dans la direction des flèches f. En revanche lorsqu'on souhaite enlever le poteau, pour le remplacer ou par suite d'un endommagement de ce dernier, il suffit d'annuler la force f de telle sorte que l'élément tubulaire, ou plus précisément son segment d'ancrage puisse facilement coulisser à l'intérieur du puits. Tout moyen mécanique commandé d'une façon appropriée peut être utilisé pour exercer la contrainte susmentionnée sur les languettes 5. Cependant, suivant un mode de réalisation préféré, il est prévu à cet effet une enceinte 9 à parois souples et déformables qui est logée à l'intérieur du segment d'ancrage 1 dudit élément tubulaire, cette enceinte étant susceptible d'être alimentée en un gaz comme l'air, ou en un fluide comme l'huile, admis par une canalisation 7 et un orifice 8 en tant qu'air comprimé, ou fluide sous pression. Dans ce mode de réalisation l'enceinte 9 est un élément du type baudruche comportant sur ses parois externes des zones 10 de plus forte résistance à la contrainte et destinées à garantir une déformation radiale de la baudruche s'appliquant sur les langues ou languettes 5 auxquelles elles font face, de manière à solliciter ces dernières de façon plus efficace. il suffit, lorsque l'action désirée est obtenue et l'intensité d'ancrage réalisée, de maintenir la pression à l'intérieur de ladite baudruche pendant toute la période pendant laquelle le poteau doit rester en place où n'a subi aucun dommage. Mais si, pour une raison quelconque, on souhaitait retirer ce poteau ou si celui-ci venait à être accidenté c'est-à-dire "cisaillé" au droit de la zone 2, en vertu même de sa constitution, il suffira d'extraire la partie ancrée 1 dont les langues ou languettes 5 ne sont plus sollicitées contre la paroi interne du puits 4a en raison de la chute brutale (accidentelle ou commandée) de la pression de l'air au sein de la baudruche. Cette opération d'extraction peut se faire le plus simplement et le plus rapidement possible sans porter atteinte, en quoi que ce soit, à la structure du puits 4a, aucun matériau du type ciment, béton ou autre n'ayant été utilisé pour assurer l'ancrage du poteau. On se rend ainsi compte de tout l'intérêt que procure l'invention, aussi bien pour ce qui est de la structure du poteau qui comporte une zone annulaire d'affaiblissement que pour ce qui est de son mode d'ancrage dans un élément-support. On se rend également compte des possibilités multiples d'application de l'invention, aussi bien dans le domaine de la signalisation routière que dans le domaine du bâtiment et des travaux publics à partir du moment où un poteau, un pieu, un tube, un barreau, sont destinés à être ancrés dans un sol ou dans une paroi et sont exposés à des risques de rupture ou d'endommagement nécessitant un remplacement rapide voire immédiat. L'invention répond à ces besoins et d'une façon ne nécessitant aucune dégradation du "support", le minimum de moyens de mise en oeuvre pour la pose et la dépose, avec un maximum de simplicité, présidant à cette pose et cette dépose. Bien entendu, tout matériau composite constitutif de l'élément tubulaire répondant, d'une part, à la condition de rupture imposée dans un secteur déterminé de cet élement et d'autre part aux spécifications auxquelles cet élément doit répondre, pourra être utilisé. De même, tout élément tubulaire répondant à ces exigences pourra comporter, sur ou dans le tronçon destiné à être ancré, tout moyen approprié pour solliciter les parois de ce tronçon vers l'extérieur pour constituer, conformément à l'invention, le moyen d'ancrage proprement dit au sein d'un puits réalisé dans l'élément-support auquel cet élément tubulaire est destiné. il va du reste de soi que la présente invention nta été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et que toute modification pourra y être apportée sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Elément tubulaire comportant au moins une zone de rupture (2) présentant une moindre résistance mécanique dans le sens radial tout en ne nuisant pas à la résistance mécanique dans le sens longitudinal caractérisé en ce qu'il est, au moins partiellement, réalisé en un matériau composite comportant au moins une couche de fibres (12) bobinées de part et d'autre de ladite zone, avec un premier angle prédéterminé par rapport à l'axe (13) de l'élément tubulaire, et, dans la zone de rupture (2), avec un second angle prédéterminé par rapport à l'axe (13), le second angle étant plus grand que le premier angle, de telle sorte que ladite zone présente un affaiblissement de sa résistance mécanique dans le sens radial, par rapport à la résistance mécanique de l'élément en sens axial. 2. Elément tubulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier angle est inférieur ou égal à 150 et, de préférence, égal à 100. 3. Elément tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1, 2, caractérisé en ce que ledit second angle présente une valeur variable entre celle du premier angle et une valeur maximale 4. Elément tubulaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur maximale est de l'ordre de 850 5. Elément tubulaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur maximale est de l'ordre de 900 6. Elément tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comportant un segment de part et d'autre de la zone, caractérisé en ce que l'un des segments (1 ou 3), situé de part et d'autre de la zone annulaire de moindre résistance (2), est destiné à son ancrage dans un élément-support (4). 7. Elément tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte, au voisinage de la zone de rupture, un segment d'ancrage comportant un élément de paroi déformable ou extensible dans le sens radial (5) sous l'action d'une force (f) exercée par un moyen agissant depuis l'intérieur dudit élément tubulaire pour amener cet élément de paroi déformable à faire saillie à l'extérieur de l'élément tubulaire. 8. Elément tubulaire selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément de paroi déformable se présente sous forme de languettes (5) découpées dans la paroi du segment d'ancrage de l'élément tubulaire. 9. Elément tubulaire selon l'une quelconque des revendications 7,8, caractérisé en ce qu il comporte, à l'intérieur du segment destiné à l'ancrage (1), une enceinte gonflable (9) destinée à agir sur ledit moyen de paroi déformable (5) pour réaliser l'ancrage proprement dit. 10. Application d'un élément tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 à la réalisation de poteaux ou de pieux dans le domaine de la construction notamment.