Brevet FR3037613A1 — publié le 20161223

DISPOSITIF ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN VOUSSOIR DE TUNNEL L'invention concerne un dispositif de fabrication d'un voussoir de tunnel et le procédé de fabrication associé, le voussoir étant destiné à comprendre des orifices obtenus lors du moulage du voussoir. Un tunnel est bâti de manière connue à partir d'une pluralité d'anneaux aboutés et rendus solidaires les uns des autres pour constituer une forme 10 cylindrique. Chaque anneau est constitué de plusieurs pièces préfabriquées en béton de forme cintrée appelées voussoirs. Un voussoir est fabriqué par bétonnage, du béton étant coulé dans un moule de forme adaptée, puis démoulé une fois le béton sec. Le moule 15 comporte deux parties, une partie inférieure et une partie supérieure ; le démoulage est réalisé en ouvrant la partie supérieure du moule pour avoir accès à la pièce moulée qui est alors soulevée par des moyens de levage adaptés, le voussoir pouvant peser plusieurs tonnes. 20 Pour assembler les voussoirs entre eux afin de former un anneau, les voussoirs comprennent des trous, borgnes ou non, obtenus lors du moulage, au niveau de leur chant. Les trous permettent de loger des moyens de liaison et de fixation pour raccorder au niveau de leurs chants les voussoirs et constituer un anneau. 25 Les trous réalisés au niveau du chant des voussoirs sont réalisés de manière connue lors du moulage du voussoir. Des tiges sont en effet présentes dans le moule. Elles sont retirées une fois le béton sec et la partie supérieure du moule ouverte, le retrait des tiges ménageant ainsi 30 les trous. Le retrait des tiges une fois la partie supérieure du moule retirée 3 0 3 76 13 2 ne pose aucune difficulté, puisqu'il est aisé pour le personnel en usine d'accéder aux côtés opposés d'un voussoir (chants du voussoir) qui sont positionnés dans un plan vertical. 5 Dans certaines utilisations de voussoirs, il est souhaité que les voussoirs soient également dotés d'orifices borgnes sur leur face générale interne, qui est usuellement nommée l'intrados. Ces orifices permettent de fixer des accessoires internes au tunnel, tels que des équipements électriques, des câbles ou gaines électriques, des tuyaux, des rails pour des tunnels de voie ferrée, etc. Habituellement, ces orifices sont réalisés par perçage radial après bétonnage, en raison de la complexité des formes de contre-dépouille . Cependant, le perçage engendre des microfissures, fragilisant les voussoirs au cours du temps qui sont soumis à des fortes contraintes de pression, au moins par le positionnement et l'assemblage des voussoirs entre eux, et de contraintes externes lors de l'utilisation d'un tunnel, à savoir des contraintes en pression et en vibrations. Pour éviter des opérations de perçage, le brevet français FR2993598 a proposé de réaliser les orifices borgnes sur l'intrados par moulage, lors du moulage de la pièce en béton. Ce document propose également, une répartition adéquate en superficie des orifices. Cependant, ce document ne détaille pas le procédé, ni le dispositif de moulage utilisés. Or, l'agencement des orifices dans l'intrados du voussoir soulève une difficulté majeure au regard du procédé de fabrication par moulage. En effet, si pour des trous borgnes au niveau du chant des voussoirs, le personnel accède très aisément aux côtés verticaux du voussoir pour retirer les tiges ou broches au niveau desdits chants, il n'en 3037613 3 est pas de même pour la partie inférieure du moule qui correspond à l'intrados du voussoir. Les moules pèsent des centaines de kilos, voire plusieurs tonnes pour les grandes dimensions de voussoirs. Or, la partie inférieure du moule est à même le sol, rendant inaccessible sa face de 5 dessous. Quand bien même, la partie inférieure serait disposée à hauteur du sol, il n'est pas envisageable pour des raisons de sécurité que le personnel, se positionne en-dessous du moule ou du voussoir après décoffrage, afin de retirer les broches. 10 Il est par ailleurs connu de réaliser des orifices grâce à des pièces d'insert ou du type douilles qui sont agencées dans le moule, le béton étant coulé dans le moule et autour des ces pièces. Après décoffrage du voussoir, les pièces d'insert emprisonnées dans le béton sont laissées en place et constituent les orifices. Cependant, chaque pièce d'insert présente une 15 forme spécifique imposant une coopération avec un système de fixation adapté à ladite forme. Or, il est souhaitable de procurer des orifices dont les pièces d'insert n'imposent pas à l'installateur des systèmes de fixation particuliers, et cela quelle que soit la destination des voussoirs. 20 L'invention a donc pour but de fournir un dispositif et un procédé de fabrication par moulage d'un voussoir afin de réaliser des orifices (borgnes ou non) par moulage sur l'intrados du voussoir, en toute sécurité durant les opérations d'intervention du personnel lors du décoffrage et garantissant un décoffrage impeccable, les orifices étant lisses sans 25 défaut, sans douille et/ou insert. L'invention est ainsi relative à un dispositif pour (dédié à) moule de voussoir destiné à la réalisation d'orifices dans un voussoir, comportant des éléments en saillie mobiles, caractérisé en ce que les éléments en 30 saillie sont rétractables mécaniquement, et en ce qu'il comporte des 3037613 4 moyens de manoeuvre mécanique reliés aux éléments rétractables, et des moyens d'actionnement reliés et contrôlant les moyens de manoeuvre. On entend par le qualificatif « mécaniquement », l'absence d'intervention 5 humaine. Les éléments en saillie destinés à former après retrait du moule les orifices, sont rétractables par des moyens autres que la main d'un installateur, contrairement à ce qu'il est usuel de faire pour le décoffrage lo au niveau du chant des voussoirs. Ainsi, l'invention permet de supprimer l'intervention humaine pour le décoffrage au niveau de l'intrados du voussoir, renforçant la sécurité et la fiabilité des opérations dans le processus de fabrication. 15 Selon une caractéristique, chaque élément en saillie rétractable est relié à des moyens de manoeuvre propres à chaque élément, et en ce que les moyens d'actionnement sont reliés à plusieurs moyens de manoeuvre pour commander concomitamment plusieurs éléments rétractables. Cela 20 permet de réduire les moyens de manoeuvre et d'actionnement pour la multiplicité d'éléments en saillie à manoeuvrer. On gagne ainsi en place et en coût de fabrication. A titre d'exemple, chaque élément en saillie est une broche, de préférence 25 en matière plastique, dotée à son extrémité proximale d'une bague d'étanchéité. La bague d'étanchéité, en position enfoncée de la broche dans la cavité du moule, coopère en interface avec la paroi du moule pour assurer l'étanchéité du moule lors de coulage du béton. 3037613 5 Dans un mode de réalisation, les moyens de manoeuvre associés à un élément en saillie comportent des systèmes de traction en translation, en particulier les moyens de manoeuvre comportent un câble de traction et un moyen de rappel élastique, tel qu'un ressort, le moyen de rappel étant 5 logé entre deux butées, l'une des butées étant associée au corps de l'élément en saillie tandis que l'autre butée opposée est associée au câble de traction. D'autres modes de réalisation de moyens de manoeuvre peuvent être 10 envisagés, tels que des systèmes de traction à articulation au lieu d'une traction en translation, ou encore des vérins pneumatiques ou hydrauliques. Chaque élément en saillie est un élément longiligne et le câble de traction 15 partant dudit élément s'étend parfaitement selon l'axe longitudinal médian de l'élément longiligne. Avantageusement, les moyens de manoeuvre comportent au moins une poulie de renvoi permettant de renvoyer le câble de traction dans une 20 direction distincte de celle à partir de laquelle le câble s'étend depuis l'élément en saillie, en particulier cette direction distincte étant perpendiculaire. A titre d'exemple, les moyens d'actionnement des moyens de manoeuvre 25 sont formés d'un arbre rotatif mobile en translation ; les moyens de manoeuvre sont mobiles en translation selon une course qui correspond à la longueur de rétraction de l'élément rétractable. L'invention est également relative à un ensemble comportant un moule 30 pour voussoir associé au dispositif de l'invention précité, le moule 3037613 6 comportant une paroi, à particulier l'intrados du voussoir, dotée de trous dans lesquels sont aptes à être engagés (mécaniquement) les éléments rétractables, les éléments rétractables étant destinés à conformer les orifices du voussoir (agencés radialement sur l'intrados du voussoir) lors 5 de la coulée du matériau de moulage, et être extraits hors du corps du voussoir moulé une fois le matériau de moulage sec. La paroi du moule est en particulier concave et forme un arc de cercle, les éléments en saillie étant introduits dans les trous de la paroi du moule, et 10 lesdits éléments en saillie s'étendent radialement et chacun étant destiné à être mobile en translation par rapport à la paroi du moule dans une direction perpendiculaire à la tangente du moule au niveau de chaque trou. 15 Enfin, l'invention est relative à un procédé de fabrication d'un voussoir en béton à partir d'un ensemble de l'invention précité, le procédé comportant les étapes successives suivantes : - introduction des éléments en saillie à l'intérieur du moule en traversants les trous de la paroi, l'introduction étant réalisée en 20 actionnant les moyens d'actionnement, en particulier en tournant l'arbre rotatif des moyens d'actionnement ; - coulée du béton dans le moule ; - une fois le béton sec, actionnement des moyens d'actionnement en sens inverse pour extraire concomitamment la pluralité d'éléments 25 en saillie hors du moule, - extraction du voussoir hors du moule. Le procédé consiste notamment à fabriquer des voussoirs pour tunnel, quelle que soit la destination du tunnel, les orifices fabriqués par le 3037613 7 procédé de l'invention étant en particulier destinés à accueillir des moyens de fixation pour fixer tous éléments en fonction de l'utilisation (conduites, d'eau, gaines de ventilation, conduites de câbles électriques, passerelles, traverses, etc.). 5 Les voussoirs obtenus par le procédé ou le dispositif de l'invention comportent des orifices agencés radialement sur l'intrados, qui obtenus par le procédé ou le dispositif de l'invention, sont dépourvus de toutes pièces d'insert ou douille. 10 La présente invention est maintenant décrite à l'aide d'exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l'invention, et à partir des illustrations ci-jointes, dans lesquelles : - La figure 1 représente une vue en perspective d'un voussoir; 15 - La figure 2 est une vue en coupe longitudinale du voussoir ; - La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un moule pour voussoir associé au dispositif de l'invention pour former des trous (ici borgnes) dans l'intrados du voussoir ; - Les figures 4a et 4b sont des vues en perspective de détail du 20 dispositif de l'invention, et montrant les éléments en saillie (broches) destinés à former les orifices après moulage, respectivement en position introduite dans le moule et rétracté hors du moule ; - Les figures 5a et 5b sont des vues respectivement de face et de 25 côté d'une broche ; - Les figures 6a et 6b illustrent en vue de dessus les moyens d'actionnement, correspondant respectivement aux positions introduite et rétractée des broches. 3 0 3 7 6 1 3 8 Le voussoir 1 illustré sur les figures 1 et 2 suit la forme d'un arc de cercle. Il comporte une face convexe 10 formant l'extrados du voussoir et une face opposée concave 11 formant l'intrados. 5 L'intrados 11 comprend dans l'épaisseur du voussoir une pluralité d'orifices 12, qui sont illustrés en pointillés sur la figure 1. Chaque orifice présente un axe longitudinal s'étendant radialement. Le voussoir 1 est en béton. 10 Les orifices 12 sont obtenus lors du moulage du voussoir dans un moule 3 tel qu'illustré sur la figure 3, et grâce au dispositif 2 de l'invention décrit ci-après en regard des figures 3 à 6b, le dispositif étant associé au et sous le moule 3. 15 Le moule 3 formant une cavité fermée, qui n'est pas visible dans son intégralité sur la figure 3, est délimité pour sa partie inférieure par une paroi inférieure 30 et pour sa partie supérieure par une paroi supérieure 31. 20 Selon l'invention, la paroi inférieure 30 est dotée d'une pluralité de trous traversants 32 dans lesquels sont aptes à coopérer des éléments en saillie 4 mobiles du dispositif 2 de l'invention. Les éléments en saillie 4 sont mobiles et destinés à être logés à l'intérieur du moule avant la coulée 25 du béton dans le moule, et à en être retirés une fois le béton sec pour ménager, dans le voussoir moulé, les orifices 12 de forme complémentaire aux éléments en saillie. Les éléments en saillie 4 sont mobiles en translation dans une direction 30 radiale au voussoir. 3037613 9 Dans l'exemple illustré, les éléments en saillie 4 sont de forme conique, telle que des broches, pour constituer (après moulage) des orifices 12. Les broches sont ici de moindre épaisseur que l'épaisseur de la cavité du 5 moule (qui correspond à l'épaisseur du voussoir) pour constituer des orifices borgnes. Le dispositif 2 de l'invention est agencé en-dessous de la paroi inférieure 30 du moule. 10 Selon l'invention et en regard des figures 3 et 4a et 4b, le dispositif 2 comporte une pluralité de broches 4 mobiles mécaniquement, des moyens de manoeuvre 5 reliés aux broches 4 pour assurer leur mobilité, et des moyens d'actionnement 6 reliés et contrôlant les moyens de manoeuvre 5. 15 Les broches 4 sont rétractables et mobiles en translation selon une direction parallèle à leur axe longitudinal. En outre, elles sont mobiles perpendiculairement à la tangente de la paroi inférieure 30 du moule passant par chaque trou 32. 20 Les broches 4 sont espacées les unes des autres. Elles s'étendent perpendiculairement à la tangente de la paroi inférieure 30 du moule passant par chaque trou 32. 25 Les broches sont dans un matériau adapté pour ne créer après décoffrage aucune contrainte au sein du voussoir à proximité des orifices , et pour faciliter son retrait. A titre d'exemple, les broches sont en matière plastique, telle qu'en nitrile, ou en un copolymère du type commercialisé par exemple sous le nom Ertacetal®. 30 303 7 6 1 3 10 En regard des figures 5a et 5b, chaque broche 4 comporte un corps d'introduction 40 destiné à être introduit dans le moule 3, et une extension inférieure 41 apte à être sollicitée pour faire coulisser le corps 40 dans et hors du moule. La broche 4 est dotée d'une bague d'étanchéité ou d'un 5 joint annulaire 42 au niveau de l'extrémité proximale 40B du corps 40, opposée à son extrémité libre 40A, pour être agencé en interface avec le moule et assurer l'étanchéité du moule lors de coulage du béton. L'extension inférieure 41 est emprisonnée dans un ressort de 10 compression de rappel 43 qui est positionné entre deux butées, une butée 44 dite supérieure qui est solidaire de l'extrémité proximale 40B de la broche 4, et une butée opposée dite inférieure 45. La butée inférieure 45 est dotée d'un trou pour le passage de l'extension 41 lorsque celle-ci est sollicitée, en particulier tirée vers le bas. 15 Afin de pouvoir solliciter (tirer sur) l'extension 41 et donc la broche 4 dans son ensemble, l'extrémité distale de l'extension 41 est pourvue d'un étrier 46 qui permet de fixer un câble de traction 50 des moyens de manoeuvre 5 (figure 4a). 20 Ainsi, la traction sur le câble 50 engendre l'extraction hors du moule du corps d'introduction 40 de la broche 4, comprimant le ressort 43. Lorsqu'il s'agit d'introduire le corps 40 de la broche 4 dans le moule, en relâchant la tension exercée sur le câble 50, le ressort de rappel 43 revient en position 25 de repos en entraînant l'extension 41, procurant l'introduction du corps 40 dans le moule. A chaque broche 4 sont reliés des moyens mécaniques de manoeuvre 5 qui sont aptes selon l'invention à assurer la mobilité de la broche dans une 30 direction coïncidant parfaitement avec l'axe longitudinal médian de la 3 0 3 7 6 1 3 11 broche 4, et selon une direction perpendiculaire à la tangente avec la paroi 30 et passant par le trou 32. Dans l'exemple de réalisation illustré, les moyens de manoeuvre 5 5 comportent, associé à chaque broche 4, un câble de traction 50 et le moyen de rappel élastique 43 (le ressort). En position introduite de la broche 4 dans le moule 3, le ressort de rappel 43 est détendu. En position rétractée de la broche hors du moule, le ressort 43 est comprimé. 10 D'autres moyens de manoeuvre pourraient être utilisés. Enfin, le câble de traction 50 est relié aux moyens d'actionnement 6. Les moyens d'actionnement 6 sont aptes à commander concomitamment 15 plusieurs moyens de manoeuvre 5 associés à plusieurs broches 4. Les moyens d'actionnement 6 n'étant pas dans l'axe de chaque broche et devant actionner concomitamment plusieurs câbles 50, les moyens de manoeuvre 5 comportent des poulies de renvoi 51 et 52 pour rediriger les 20 câbles 50 dans les directions idoines afin de parvenir jusqu'aux moyens d'actionnement 6. En regard des figures 4a et 4b, les moyens d'actionnement 6 comportent un arbre rotatif 60, actionnable ici manuellement, et une pièce d'interface 25 61 reliée d'une part d'un côté à l'arbre manoeuvrable 60, et d'autre part du côté opposé aux câbles 50 arrivant depuis les différentes broches 4. Les figures 6a et 6b illustrent le dispositif en vue de dessus, seuls deux câbles étant représentés. 30 3037613 12 Les câbles 50 sont fixés à la pièce d'interface 61 en étant agencés strictement parallèlement les uns aux autres. La pièce d'interface 61 permet de tirer par l'actionnement de l'arbre 60, concomitamment sur les câbles 50, et par conséquent sur les broches 4. En tournant l'arbre 60, on déplace la pièce d'interface 61, engendrant une traction des câbles 50. La course « d » de l'arbre 60 (figure 4b et figure 6b) correspond à la hauteur « d » de la broche 4 (figure 4a) introduite dans le moule 3 et correspondant à la longueur de l'orifice à réaliser. L'arbre rotatif 60 est par exemple une tige filetée dotée d'une tête de manoeuvre 62, la tige filetée coopérant avec une pièce taraudée fixe 63. En variante, l'arbre rotatif pourrait être actionné par des moyens 15 automatisés. Le procédé de fabrication selon l'invention d'un voussoir en béton est réalisé à l'aide d'un moule et du dispositif de l'invention précité. Le procédé comporte les étapes successives suivantes : 20 - introduction des éléments en saillie 4 (broches) rétractables mécaniquement à l'intérieur de la cavité du moule, de sorte à traverser les trous 32 de la paroi 30 du moule, l'introduction étant réalisée en actionnant les moyens d'actionnement 6, en particulier en tournant l'arbre rotatif 60 des moyens d'actionnement ; 25 - coulée du béton dans le moule ; - une fois le béton sec, actionnement des moyens d'actionnement 6 en sens inverse pour extraire concomitamment la pluralité d'éléments en saillie 4 hors du moule, l'extraction des broches 4 se 5 10 3037613 13 faisant en même temps ou non que l'ouverture de la paroi du moule ; - extraction du voussoir hors du moule. REVENDICATIONS1. Dispositif (3) pour moule de voussoir destiné à la réalisation d'orifices dans un voussoir, comportant des éléments en saillie (4) mobiles, caractérisé en ce que les éléments en saillie (4) sont rétractables mécaniquement, et en qu'il comporte des moyens de manoeuvre mécanique (5) reliés aux éléments rétractables (4) et des moyens d'actionnement (6) reliés et contrôlant les moyens de manoeuvre (5). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément en saillie rétractable (4) est relié à des moyens de manoeuvre (5) propres à chaque élément, et en ce que les moyens d'actionnement (6) sont reliés à plusieurs moyens de manoeuvre (5) pour commander concomitamment plusieurs éléments rétractables (4). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque élément en saillie (4) est une broche, de préférence en matière plastique, dotée à son extrémité proximale d'une bague d'étanchéité (42) 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de manoeuvre (5) associés à un élément en saillie (4) comportent des systèmes de traction en translation, en particulier les moyens de manoeuvre comportent un câble de traction (50) et un moyen de rappel élastique (43), tel qu'un ressort, le moyen de rappel étant logé entre deux butées, l'une des butées étant associée au corps de l'élément en saillie tandis que l'autre butée opposée est associée au câble de traction, chaque élément en saillie (4) étant un élément longiligne et le câble de traction (50) partant dudit élément s'étendant parfaitement selon l'axe longitudinal médian de l'élément longiligne. 3037613 15 5. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de manoeuvre (5) comportent au moins une poulie de renvoi (51, 52) permettant de renvoyer le câble de traction dans une direction distincte de celle à partir de laquelle le câble s'étend depuis 5 l'élément en saillie, en particulier cette direction distincte étant perpendiculaire. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement (6), de préférence formés d'un arbre rotatif mobile, sont mobiles en translation 10 selon une course qui correspond à la longueur de rétraction de l'élément rétractable (4). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de manoeuvre (5) sont des systèmes de traction à articulation, ou des vérins pneumatiques ou hydrauliques. 15 8. Ensemble comportant un moule (2) pour voussoir et un dispositif (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moule (2) comporte une paroi (30) dotée de trous (32) dans lesquels sont aptes à être engagés les éléments rétractables (4). 9. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce 20 que la paroi du moule est concave et forme un arc de cercle, les éléments en saillie (4) étant introduits dans les trous de la paroi du moule et en ce que lesdits éléments en saillie (4) s'étendent radialement et chacun étant destiné à être mobile en translation par rapport à la paroi du moule dans une direction perpendiculaire à la 25 tangente du moule au niveau de chaque trou. 10. Procédé de fabrication d'un voussoir en béton à partir d'un ensemble selon l'une des revendications 8 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes : 3037613 16 - introduction des éléments en saillie (4) à l'intérieur du moule en traversants les trous de la paroi, l'introduction étant réalisée en actionnant les moyens d'actionnement (6), en particulier en tournant l'arbre rotatif des moyens d'actionnement ; 5 - coulée du béton dans le moule ; - une fois le béton sec, actionnement des moyens d'actionnement (6) en sens inverse pour extraire concomitamment la pluralité d'éléments en saillie (4) hors du moule, - extraction du voussoir hors du moule.