Brevet FR2660352A1 — publié le 19911004

"Dispositif de support en caoutchouc stratifié utilisé contre les tremblements de terre" La présente invention concerne un dispositif de support en caoutchouc stratifié utilisé pour protéger les bâtiments et autres structures contre les tremblements de terre. Par suite1 l'invention a pour but de créer une construction qui évite à la zone périphérique de la plaque de caoutchouc d'être soumise à une tension élevée pendant une déformation de grande amplitude. Grâce à cette construction, la constante d'élasticité horizontale est maintenue sensiblement constante pendant les déformations de grande amplitude, ce qui supprime les risques de rupture des plaques de caoutchouc pendant ces déformations de grande amplitude, en augmentant ainsi la capacité de protection contre les tremblements de terre et la durée de vie du dispositif de support de caoutchouc stratifié. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif de support en caoutchouc stratifié, caractérisé en ce qu'il comprend un certain nombre de plaques rigides disposées alternativement entre des plaques de caoutchouc élastiques, et destiné à supporter un objet lourd de manière à permettre à cet objet d'osciller horizontalement et en ce que la zone périphérique au moins de chaque plaque élastique en caoutchouc interposée entre les plaques rigides, n'est pas collée à ces plaques rigides. Dans la disposition ci-dessus, la zone périphérique de chaque plaque élastique en caoutchouc est simplement maintenue par contact entre les plaques rigides, sans être fixée à celles-ci. Par suite, comparativement aux plaques de caoutchouc classiques complètement collées, les plaques de caoutchouc selon la présente invention peuvent se déplacer pratiquement librement par rapport aux plaques supérieure et inférieure rigides. Ainsi, lorsque les plaques supérieure et inférieure rigides effectuent un mouvement horizontal relatif, la zone périphérique de la plaque de caoutchouc suit ce mouvement et commence à rouler, de sorte que la force de tension latérale provenant de la zone intérieure est absorbée par le matériau de la zone périphérique en cours de déformation. De plus, comme la surface de la zone périphérique est grande, la force de tension agissant sur cette partie se trouve dispersée et minimisée. Par suite, le phénomène de durcissement de la zone périphérique au cours des déformations de grande amplitude ne se produit plus, ce qui évite à cette zone périphérique de se rompre et à la constante d'élasticité horizontale d'augmenter pendant les déformations de grande amplitude. L'invention sera décrite en détails en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels - les figures 1 (a), 1 (b) et 1 (c) sont des vues partielles, en coupe, d'un dispositif de support en caoutchouc stratifié selon la présente invention, ces vues représentant respectivement l'état non chargé, l'état comprimé en présence de cisaillement du dispositif de support - la figure 2 est une vue en coupe représentant l'état déformé du dispositif de support en caoutchouc stratifié selon l'invention - la figure 3 est un graphique représentant la caractéristique de cisaillement m du dispositif de support en caoutchouc stratifié selon l'invention, en fonction de la déformation horizontale de ce dispositif de support en caoutchouc stratifié, comparativement à la caractéristique n d'un dispositif de support en caoutchouc stratifié classique - la figure 4 est une vue de face représentant la construction commune de dispositifs de support en caoutchouc stratifié - la figure 5 est une vue de face représentant une construction d'immeubles anti-sismiques utilisant des dispositifs de support en caoutchouc stratifié ; et - les figures 6 (a), 6 (b) et 6 (c) sont des vues partielles, en coupe, d'un dispositif de support en caoutchouc stratifié classique, représentant respectivement l'état non chargé, l'état comprimé et l'état comprimé en présence de cisaillement de ce dispositif selon l'art antérieur. Comme matériau de fondation permettant de protéger les bâtiments et autres structures contre les tremblements de terre, on connaît, d'après la Description de Demande de Brevet Japonaise n 209 347/1982, un dispositif de support en caoutchouc stratifié, tel que celui représenté à la figure 4. Ce dispositif de support en caoutchouc stratifié 1 comprend un certain nombre de plaques d'acier 2 et des plaques de caoutchouc minces 3 disposées alternativement entre les plaques d'acier 2 et collées à celles-ci par vulcanisation. Dans ce dispositif, comme on peut augmenter considérablement le rapport entre la rigidité élastique verticale et la rigidité élastique horizontale, le dispositif supporte de façon stable un bâtiment 4 qui constitue un objet lourd, et, si un tremblement de terre devait se produire, le dispositif permettrait au bâtiment d'osciller horizontalement à faible vitesse avec une période plus longue que la période du tremblement de terre, en diminuant ainsi l'accélération d'entrée du tremblement de terre. Par suite, on peut réduire considérablement les caractéristiques de résistance aux tremblements de terre demandées aux bâtiments, par rapport au cas des fondations de structure rigide classique qui fixent un bâtiment directement au sol. En particulier, le dispositif de support selon l'invention facilite la construction des bâtiments de grande hauteur. Lorsqu'on observe le comportement des plaques de caoutchouc 3 du dispositif de support en caoutchouc stratifié 1, on observe les caractéristiques ci-après. Dans l'état non chargé, avant la mise en place du stratifié collé par vulcanisation, ce stratifié a été façonné de façon que chaque plaque de caoutchouc 3 soit creusée vers l'intérieur par rapport aux plaques d'acier 2, comme indiqué à la figure 6 (a). Dans l'état installé du stratifié, c'est-à-dire lorsqu'il est interposé entre le bâtiment et la fondation, chaque plaque de caoutchouc 3 se trouve comprimée et sa zone périphérique est bombée comme indiqué à la figure 6 (b). Après installation, si un tremblement de terre se produit en provoquant un déplacement horizontal de chaque plaque d'acier 2, l'ensemble du dispositif se déforme sous l'effet d'une contrainte de cisaillement, comme indiqué à la figure 6 (c), du fait que chaque plaque de caoutchouc 3 est collée par ses surfaces supérieure et inférieure aux plaques d'acier 2.A ce moment, la partie exposée de la zone périphérique de chaque plaque de caoutchouc est étirée obliquement, comme indiqué à la figure 6 (c) ; cependant, comme elle est également soumise à une tension latérale de la part de la zone intérieure, cette zone périphérique se trouve dans un état de tension extrêmement forte comparativement à la zone intérieure. En particulier, lorsqu'elle est très fortement déformée, cette zone périphérique devient plus dure en augmentant ainsi la constante d'élasticité horizontale, ce qui diminue la capacité de protection contre les tremblements de terre tout en provoquant la rupture de la zone périphérique comme indiqué en 3a à la figure 6 (c). Un dispositif de support en caoutchouc stratifié 5 selon la présente invention, tel qu'il est représenté aux figures 1 (a), 1 (b), 1 (c) et à la figure 2, comprend des plaques rigides 6 telles que des plaques d'acier, et des plaques élastiques 7 en caoutchouc naturel, en caoutchouc synthétique ou analogue, ces plaques 6 et 7 étant stratifiées alternativement les unes au-dessus des autres de façon que la zone périphérique de chaque plaque élastique en caoutchouc 7 ne soit pas collée aux plaques rigides 6. Ainsi, contrairement à la zone périphérique, la zone centrale seule est fixée aux plaques rigides par exemple par vulcanisation, la zone périphérique étant simplement en contact avec les plaques rigides. Dans ce cas, l'extrémité latérale de la plaque élastique en caoutchouc 7 est bombée vers l'extérieur et reliée aux surfaces supérieure et inférieure par une partie en forme d'arc, comme indiqué à la figure 1 (a). Cette configuration est préférable, car elle facilite le roulement. Lorsque le dispositif de support en caoutchouc stratifié 5 réalisé de la manière décrite ci-dessus, est monté entre un objet lourd tel qu'un bâtiment, et une fondation prévue pour cela, l'extrémité latérale des plaques de caoutchouc fait saillie vers l'extérieur du fait de la charge de compression, comme indiqué à la figure 1 (b). Lorsque le dispositif de support en caoutchouc stratifié 5 est déformé horizontalement pour une opération anti-sismique, comme indiqué à la figure 2, la zone périphérique de chaque plaque élastique en caoutchouc est déformée comme indiqué à la figure 1 (c).Cela sera maintenant décrit plus en détails. La surface non collée 7b de la zone périphérique 7a suit le mouvement des plaques rigides 6 avec une force de frottement prédéterminée, de façon que le matériau de la zone périphérique commence à rouler. A ce moment, comme le matériau de la zone périphérique n'est pas bloqué par les plaques rigides 6, ce matériau peut se déformer élastiquement plus librement que le matériau de la zone intérieure collée. Par suite, la force de tension dirigée vers l'extrémité latérale 7c du fait du déplacement horizontal relatif des plaques supérieure et inférieure rigides 6, et la force de tension dirigée latéralement à partir de la zone intérieure, sont dispersées, de sorte que la zone périphérique 7a n'est plus durcie même pour des déformations de grande amplitude.Par suite, le phénomène de rupture de la surface extérieure de la zone périphérique pendant les grandes déformations ne se produit plus, et la constante d'élasticité horizontale est maintenue sensiblement constante même pour des déformations de grande amplitude, ce qui permet d'obtenir des caractéristiques anti-sismiques restant efficaces même pour des tremblements de terre très importants. Le type de construction non collé décrit cidessus présente des caractéristiques telles que plus la charge est grande plus la force de frottement de la surface non collée 7b sur la plaque rigide 6 est grande, de sorte que la zone qui joue le rôle de ressort augmente en augmentant ainsi la constante d'élasticité. I1 en résulte qu'on peut utiliser un seul et même type de dispositif de support en caoutchouc stratifié aussi bien pour les bâtiments les plus lourds que pour des bâtiments moins lourds c'est-à-dire que pour obtenir la période intrinsèque primaire permettant de résister efficacement aux tremblements de terre, il faut utiliser une constante d'élasticité plus grande pour les bâtiments les plus lourds tandis qu'on utilise une constante d'élasticité plus faible pour les bâtiments plus légers. De plus, dans la forme de réalisation cidessus, la plaque élastique en caoutchouc 7 a été collée aux plaques rigides 6 sauf dans sa zone périphérique. Cependant, dans le cas où le dispositif de support en caoutchouc stratifié est utilisé pour une construction anti-sismique de bâtiments, comme la force de frottement produite par la pression de surface du fait de la charge est généralement beaucoup plus grande que la force de cisaillement produite, on peut laisser toute la surface non collée, le maintien des plaques supérieure et inférieure rigides 6 et de la plaque élastique en caoutchouc 7 étant assuré simplement par cette force de frottement. Dans ce cas, le processus de collage devient inutile, ce qui abaisse les coûts de fabrication. De plus, dans cette construction où toute la surface reste non collée, il est nécessaire de maintenir constante la relation de position entre les plaques supérieure et inférieure rigides 6 et la plaque élastique en caoutchouc 7, pendant qu'on installe le dispositif sous un bâtiment. Comme moyens pour cela, on peut envisager l'utilisation d'éléments de fixation provisoires pour fixer momentanément le dispositif sur ces plaques d'extrémités supérieure et inférieure rigides, l'utilisation d'un élément en caoutchouc d'absorption d'énergie vibratoire réalisé par exemple dans un matériau tel qu'un corps élastoplastique, un corps viscoélastique, du plomb ou un caoutchouc à forte atténuation, pour entourer le dispositif de support en caoutchouc stratifié de manière à obtenir une construction anti-sismique qui soit également anti-incendie. Dans la construction anti-sismique présentant un effet d'atténuation des vibrations, et dans la construction anti-sismique qui résiste au feu, comme le dispositif de support en caoutchouc stratifié placé à l'intérieur se trouve protégé de l'air extérieur, sa durée de vie est prolongée. En particulier, dans le cas de la construction antisismique présentant un effet d'atténuation des vibrations, on peut supprimer la sensation d'anxiété psychologique, liée au dispositif de support en caoutchouc stratifié de type sans collage des surfaces, que les couches élémentaires doivent se déplacer latéralement (ce qui s'est avéré n'être rien d'autre qu'une extrême anxiété) ; ainsi, les habitants ressentent une plus grande confiance dans la capacité du bâtiment à supporter les tremblements de terre. De plus, outre sa fonction de protéger les bâtiments contre les tremblements de terre, le dispositif de support en caoutchouc stratifié selon l'invention peut également être utilisé comme un amortisseur de machines. Dans la présente invention, comme on rend la zone périphérique de chaque plaque élastique en caoutchouc indépendante des plaques rigides, au lieu de la coller à celles-ci, on empêche ainsi la zone périphérique d'être durcie pendant les déformations de grande amplitude, ce qui évite de l'endommager et augmente la constante d'élasticité horizontale en fournissant ainsi une plus grande capacité de résistance aux tremblements de terre. REVENDICATION Dispositif de support en caoutchouc stratifié caractérisé en ce qu'il comprend un certain nombre de plaques rigides (6) disposées alternativement entres des plaques de caoutchouc élastiques (7), et destiné à supporter un objet lourd de manière à permettre à cet objet d'osciller horizontalement et en ce que la zone périphérique au moins de chaque plaque élastique (7) en caoutchouc interposée entre les plaques rigides (6), n'est pas collée à ces plaques rigides.