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Procédé et dispositif pour l'exécution de oonstruo- tions monolithes en béton armé.
Dans ses brevets et publications antérieurs, le Demandeur a montré que l'on peut améliorer considérablement les qualités du béton armé en utilisant pour la constitution des armatures, des aciers à haute limite élastique soumis à une tension préalable suffisamment élevée pour qu'il y subsiste des tensions qui déter-
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minent dans le béton des systèmes de contraintes permanen- tes, lesquelles modifient avantageusement celles qui ré- sultent des efforts auxquels la pièce est soumise en service. On obtient ainsi des pièces jouissant de qualités exceptionnelles de résistance et de prix de revient.
L'emploi de ces procédés exige des matériels dont le poids, le prix, et les difficultés de manipula- tion croissent avec la dimension des éléments à fabriquer et qui finissent par être non maniables, ce qui a gêné jusqu'ici leur application à la construction de grands édifices monolithes.
Le procédé qui fait l'objet de la présente in- vention permet d'étendre les avantages des précontraintes permanentes, imposées aux matériaux, à des constructions en béton armé de dimensions quelconques possédant toutes les propriétés des constructions monolithes exécutées en place, moyennant l'emploi d'un matériel peu coûteux et maniable.
Pour réaliser une construction dans le procédé de l'invention, on détermine, comme s'il s'agissait d'une construction monolithe, par l'application des principes de la résistance des matériaux, ses formes et ses dimensions ainsi que ses armatures et l'état élastique qu'il convient de donner à celles-ci avant coulage du béton qui doit les enrober, pour obtenir après la prise et les diverses déformations du béton le système de contraintes le plus favorable à la bonne tenue de la construction.
Cet état élastique comporte des tensions, varia- bles entre zéro et la limite élastique du métal, soit d'une armature à l'autre, soit le long d'une même armature.
Ceci fait, on partagera la masse du béton de @ #la construction, en éléments de dimensions telles qu'ils
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correspondent à des moules maniables et formés en général d'organes susceptibles de nombreux réemplois. Lesdits éléments seront coulés séparément ou successivement, les armatures demeurant ininterrompues et traversant les coffrais des intersurfaces entre éléments contigus, par des ouvertures appropriées.
Le tracé de ces intersurfaces sera fait de telle sorte due, dans la construction en service, les efforts élastiques s'exerçant normalement à elles, soient tou- jours des compressions, sauf en cas d'efforts très peu importants. Ceci peut toujours être réalisé moyennant une distribution convenable d'armatures tendues, traver- sant ces intersurfaces.
Avant le coulage d'un premier élément de béton, on placera les armatures qui le traversent, au moins sur la longueur de cette traversée, dans l'état élastique prévu.
Dans le cas le plus général, ceci s'obtienara conformément aux brevets belges antérieurs du Demandeur, n 364.207 du 2 Octobre 1929 et N 384.300 du 19 Novembre
1931, en saisissant chaque barre ou groupe de barres d'armatures entre des ancrages provisoires formés par des pinces ou autres moyens, que l'on sollicitera par l'action de vérins, de manière à allonger l'armature, en prenant appui sur desorganes de transmission des effoits, en général extérieurs à la pièce à exécuter.
Après avoir attendu un durcissement suffisant du béton du premier élément, on placera les armatures intéressant le deuxième élément dans l'état de tension, prévu dans la traversée de ce deuxiéme élément-
Pour les armatures de cet élément non solidaires du premier, on procédera comme pour celui-ci; pour les ar- matures communes au. premier et au deuxième élément, on
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devra modifier l'intensité des s-ollicitations qui leur étaient jusque là appliquées, par un changement des conditions d'em- ploi des ancrages et vérirs.
Ceci implique en général la créa- tion d'efforts locaux entre les armatures et le béton du deuxième élément et en outre l'application à l'ensemble da cet élément d'une force opposée à la résultante des supplé- ments de sollicitations appliqués aux diverses armatures qui le traversent, ce qui suppose l'agencement de dispositifs de liaison appropriés formant points d'appui entre les organe: ou vérins de mise en tension et le béton du premier élénent.
En général les efforts locaux ainsi demandés au béton du premier élément, avant coulage du second, seront d'un ordre très élevé ; ils impliquent des résistances du béton rarement atteintes dans la pratique courante et seule- ment après un très long délai.
Dans la très grande majorité des applications industrielles, la nécessité de prévoir un délai important entre les opérations de moulage d'un élément et d'ajuste- ment des tensions avant moulage de l'élément suivant, nuirait à l'intérêt du procédé. Mais il est connu que le durcissement.du béton peut être accéléré par des opérations dont on peut anplifier les effetsen les associant dans un certain ordre, de manière à réduire les délais autant qu'il est nécessaire pour les applications envisagées. On connaît depuis longtemps l'effet favorable des vibrations.
Le Deman- deur a constaté que l'association dans certaines conditions d'une compression à la vibration améliore considérablement les résultats obtenus par celle-ci seule, tant au point de vue de la vitesse de durcissement que de la qualité finale du béton et que les bétons ainsi traités peuvent être chauf- fés sans précautions ni risques au-delà même de 100 ; ce qui #
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permet d'atteindre en moins de deux heures, pour des bétons normaux en Portland ordinaire, des résistances de plusieurs centaines de kilos par cmê qui après durcis- sement définitif peuvent dépasser largement 1000 K. par cm2.
On a donc ainsi le moyen d'obtenir très rapidement le dur- cissement voulu du béton.
Le procédé de l'invention implique une organi- sation des opérations de moulage des éléments successifs de manière que le béton puisse être, dans le cas le plus général, vibré, comprimé et chauffé; dans les cas exception- nels où la rapidité d'exécution n'offrirait pas d'intérêt on pourra ne pas utiliser le chauffage ou même la compres- sion.
La méthode générale qui vient d'être aécri te permet dans tous les cas la solution du problème posé, mais dans les divers problèmes concrets, elle est presque toujours susceptible de simplifications résultant de ce que les condi- tions particulières d'une application donnée permettent en général l'exécution simultanée ou mené conjuguée d'o p é- rations à priori distinctes. Dans presque toutes les applications, les opérations de mise en tension ou d'augmentation de tension de certaines armatures et -de mise en compression du béton, peuvent, au moins partiellement, être conjuguées de telle sorte que l'une résulte de l'autre.
I1 suffit pour cela de maintenir des parois du moule contre la pression exercée par le béton en reliant les armatures à ces parois, ce qui devient particulièrement facile quand ces armatures traversent normalement les parois et se prolongent au-delà (cas du coffrage d'une intersurface entre deux éléments successifs). On peut alors, ou utiliser la rési s- tance des armatures pour résister à une poussée hydrauli- que du béton, créée par tous moyens connus, qui tend les armatures à un taux facile à prévoir et à régler; ou au
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contraire, mettre les armatures en tension par action de vérins spéciaux, agissant contre la parbi du moule, libre par ailleurs et provoquant de ce fait la compression du béton.
Dans ces deux cas, les efforts nécessaires à la création des tersions dans l'élément considéré, sont reportés à l'élément précédent, dans lequel sont scellées les armatures ainsi mises en tension, d'abord provisoirement par les forces hydrauliques dont le béton frais comprimé est le siège, et dont on pourra faciliter la transmission en maintenant un état de vibration énergique, ensuite défi- nitivement par le même béton, une fois durci.
Dans l'un ou l'autre cas, la transmission des efforts imposés au premier élément par l'action sur ces armatures n'a pas à être faite aux vérins par des dispositifs de liaison spéciaux et on peut en faire l'économie totale ou partielle.
Une autre simplification peut être réalisée toutes les fois qu'il est possible d'incorporer une armature à un premier élément sans tension préalable. On évite ainsi l'emploi d'un ancrage provisoire e pour cette e armature.
En général toute armature comporte vers son extrémité une zone de fatigue nulle ou faible, qu'il h'y a pas intérêt à tendre et qui forme ancrage ; ce tte simplification est donc d'un usage fréquent. On peut dais certains cas la répéter pour les deux extrémitésd'une armature et éviter ainsi l'emploi de tout système de pince mé- canique '
La modification de l'état de tension des armatures entre l'exécution de deax éléments successifs 'peut n'intéresser qu'une partie des armatures, il peut aussi
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arriver qu'un même état de tension soit commun à plusieurs éléments successifs; on peut en profiter pour faire l'économie de plusieurs opérations de réglage des tensions.
Les applications qui vont être décrites ci-après, suffiront à faire comprendre les principes de l'invention et leur caractère de généralité. Il doit être bien compris qu'elles ne sont que des exemples qui pourraient être multipliés à l'infini et que la méthode proposée peut s'étendre à toute construction en béton soumise à des efforts quels qu'en soient l'importance et la destination.
On décrira d'abord en regard des fi g. 1 à 4 l'exé- cution d'une couverture de halle de grande portée au moyen de poutres comportant une âme verticale et deux semelles.
La fig. 1 est une coupe transversale d'un dispositif de moulage d'une de ces poutres.
La fig. 2 est une coupe longitudinale partielle.
La fig, 3 est une coupe horizontale de la fig. 1 selon III - III.
La fig. 4 est une vue schématique en élévation verticale de l'ensemble d'une installation de moulage .
La fig. 4a est une coupe partielle en plan selon IVa IVa, représentant la fixation des armatures sur la base du moule.
L'armature de la poutre est formée d'une série de barres horizontales c, c1, c2, c3... groupées dans la membrure inférieure, de barreshorizontales u réparties uniformément, de barres verticales j, j1,
Toutes ces barres pourraient être en acier par exemple à 100 K. par mm2 de limite ae rupture et 80 K. de limite élastique, obtenue par étirage préalable. De plus il sera prévu des armatures en acier quelconque, transversales aux premières pour améliorer leur ancrage
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pour un effet de frettage du béton.
Les armatures en acier dur seront tendues de telle sorte que, compte tenu de tous les efforts imposés à la poutre tant de flexion que de cisaillement et de toutes les déformations du béton (déformations par retrait, déformations élastiques et plastiques) il subsiste en celui-ci en tout point, des compressions permanentes.
Il est clair que par ce moyen, on élimine toute possibilité de fissuration de la poutre. On peut dès lors envisager des taux de contraintes au cisaillement, de l'ordre de grandeur des contraintes de compression, par suite bien plus élevées que les maxima couramment acceptés. D'autre part, les contraintes maxima de cimpression sont considérablement moins élevées que dans le béton armé ordinaire. Le schéma de ces contraintes est en effet (fig.l) une ligne telle que Al Bl pour le béton armé ordinaire ce serait une ligne A2 B2, où 01 B2 représente la déformation du béton, OA2 la déformation de l'acier.
Pour l'exécution de la poutre considérée, on commence suivant la méthode générale à délimiter des éléments de béton à couler successivement. En ce cas, ils peuvent être divisés en quatre catégories :
1 - éléments enrobant à, la ibis des parties des armatures.±. de même longueur, voisines de leurs extrémités et des parties des armatures l qui y pénètrent (voir par exemple élément 11, figure 2);
2 - éléments enrobant seulement des parties des arratures j voisines des extrémités supérieures de ces armatures (par exemple éléments 59 fig. 2); 3 - éléments enrobant seulement des parties
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des armatures 1 voisines de leurs extrémités inférieures;
4 - éléments limités par des plans verticaux équidistants PN-1, PN etc-.. (fig.3) constituant tout le reste de la poutre.
Les éléments en béton de la première ont des largeurs décroissantes de manière à laisser le passage libre de celles des armatures ± qui ne les concernent pas (voir éléments11, lla, 11b sur lafig. 4a).
On pourrait, pour l'exécution de ces éléments, se conformer exactement à la méthode générale, mais on peut simplifier beaucoup en remarquant que dans la traversée des trois premières catégories d'éléments, aucune armature n'a besoin d'être tendue et qu'ils n'ont pas de surface commune. Rien n'empêche de les exécuter en une ou plusieurs fois et même d'avance pour ceux d'entre eux, comme ceux des catégories 2 et 3, dont le volume unitaire peut n'être pas très important et qui de ce fait sont faciles à mettre en place après coulage.
On peut remarquer également qu'il est facile de réaliser d'un seul coup une mise en tension des armatures ± communes à tous les éléments de la quatrième catégorie qu'elles traversent.
Pour cela l'ensemble des armatures est disposé sur un organe qui forme find de moule pour toute la poutre. Cet organe est constitué par une forte poutre en deux éléments a et al portés par des charpentes appropriées telles que 50 (fig.4) sur des chariots51 qui permettent de les disposer successivement sous chacune des poutres à construire. Les deux demi poutres a, doivent pouvoir être calées ou décalées en hauteur
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de quelques centimètres à l'aide de vérins 52 pour permettre les démoulages et prendre de petits mouvements dans le sens de leur longueur grâce à des rouleaux 53 sous l'action de vérins b qui permettent d'éloigner leurs extrémités d'abord en contact, avec une puissance égaleà la tension maximum totale à donner à l'ensemble des armatures principales c, c1, c2.
Ceci fait, on coule les éléments des trois premières catégories et on solidarise provisoirement de la base de moule les éléments de la première catégorie tels que 11 (fig.2), ce qui s'obtient par exemple à l'aide de stries 12 de la surface supérieure de celle-ci et de tirefonds 13 pénétrant dans les éléments moulés au travers du fond de moule (voir aussi fig. 4 ou 4a) ou d'organes de butée tels -que ceux représentés fignre 5 en élévation et figure 6 en coupe .
Sur ces figures, 15 est une pièce résistante engagée dans un orifice prévu dans la base de moule a en béton armé. Entre cette pièce et son appui 16 contre la base de moule, on peut engager une cale 17 destinée par son enlèvement, quand le béton de la pièce moulée sur la base a aura fait prise et durci, à créer, dans la base a, un vide qui facilite le démoulage. Le tout est revêtu d'une enveloppe 18 destinée à rendre le démoulage plus aisé, facile à. déformer, à détruire ou 5. faire glisser, telle que au caoutchouc, du plâtre, du carton, du tissu, du feutre, du bois ou de la tôle.
On solidarise par des moyens analogues les éléments de la deuxième catégorie avec la bare de moule.
Le durcissement complet des éléments des trois premières catégories sera renau aussi rapide que nécessaire en vibrant le béton ou en le vibrant et le comprimant; ou en le vi-
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brant, le comprimant et 1 chauffant, notamment en dispo- sant les stries 12 du fond de moule et même éventuellement les tire fonds 13 pour être chauffés par une circulation de vapeur.
On écarte alors l'une de l'autre les deux parties a et al de la base de moule par le jeu des vérins hydrauliques b (fig.4); on tenu ainsi toutes les barres c, c1, c2 etc*.. simultanément.
Avant la mise en place Ces armatures, on aura disposé sur les fonds de moule, sous les éléments de la première catégorie, des tôles h écartées des fonds de moules par des saillies i ou des barres ou des évidements pratiqués dans la surface du béton du miule, tant pour éviter que la masse et la rigidité des fondes de moule ne freinent la vibration du béton, que pour permettre son chauffage par de la vapeur envoyée entre la tôle h et la base de moule a, a1, enfin pour faciliter le démoulage'.
On mettra ensuite en place le coffrage d'un élément de la quatrième catégorie ayant la longueur de celui- ci, qui peut être relativement faible ; cecoffrage peut être constitué comme représenté, à titre d'exemple sur les fig. 1 à 3. Il est formé par des éléments en tôle l1 l2 l3... et profilés ml m2 m3 assemblés par des soudures longitudinales et constituant des éléments tubulaires dont les lignes de contact n ajustées ne laissent pas passer les éléments solides, mais laissent filtrer l'eau.
Ces éléments sont assemblés sur des profilés o de façon à former des demi-coquilles reliées deux à deux par des tiges .± traversant l'Orne de la poutre à travers des tubes de caoutchouc pl (voir fig.l) qui permettent l'extraction facile des tiges après le
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durcissement du béton.
Ce moule étant mis en place, par exemple pour l'exécution de l'élément N de la quatrièem catégorie en bout de l'élément N - 1 déjà réalisé (fig.3), on dis- posera les coffrages verticaux 54 le séparant de la place réservée à l'élément suivant N + 1, l'élément précédent N - 1 déjà moulé fermant- de son côté le bout du moule.
Ces coffrages verticaux 54 seront fixés aux armatures ho- rizontales u qu'on déterminera de manière qu'au, taux de tension désiré pour elles, elles maintiennent lesdits coffrages contre la premsion hydraulique du béton qu'ils supportent.On pourra utiliser pour cela des dispositifs formant butée pour les coffrages 54 et venant s'accrocher et se fixer sur Les armatures (par exemple un dispositif à coins tel que celui indiqué à la partie supérieure de la fig. 3 et représenté à plus grande échelle fig.7; le coin 3 étant bloqué par une vis 4, les coins 5 et6 à petit angle sont indesserrables et maintiennent la barre u; le desserra- ge de la vis 2 débloque le système).
Les coffrages verticaux 54 sont munis de trous laissant passer les armatures et pouvant comporter des joints étanches au béton.
Le coffrage supérieur constituant le couvercle du moule sera par exemple formé de fers en U transversaux 56 # soudés sur les tôles 57 et sur lesquels s'appuient des fers à I longitudinaux 58. Le tout est maintenu, par des tire- fonds 59a vissés dans les éléments 59 de la troisième caté- gorie. Ces tire fonds seront reliés, par exemple, par des palonniers 59b à des vérins 60 prenant appui sur les fers en 1 58. Des orifices ménagés par exemple dans le coffrage supérieur pennettent de remplir le moule.
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Le béton est vibré par exemple à l'aide d'arbres
62 munis de balourds et tournant à grande vitesse dans des paliers 63 fixés sur les moules latéraux (fig.l).
Après avoir rempli le moule, enfermera les orifices réservés à cet effet, puis on agira sur les vérins 60 qui pressent sur le coffrage supérieur, on pourra aussi agir par des vérins ou des écrous sur les tiges p reliant les deux moitiés du moule à droite et à gauche de la poutre.
Il est clair que le béton est ainsi parfai tement comprimé dans toutes ses parties. La compression du béton produit la mise en tension des armatures verticales j, j1... et des armatures horizontales u par l'intermédiaire des coffrages mobiles 57 et 54.
Si on veut obtenir un démoulage rapide, on enverra de la vap eur au contact du béton, en la faisant passer par exemple dans les profilés m1, m2, m3 ...et 56 ou dans d'autres canaux, notamment dans les cavités interposées entre la tôle h et la base de moule comme indiqué ci-dessus.
Une fois exécuté l'élément N de la poutre, le moule pourra être déplacé vers l'élément suivant N + 1 par des chariots roulant sur une voie supportée par le fond de moule a al. Dans le cas de poutres de hauteur variable il suffira d'ajouter ou de retrancher aux moules latéraux un élément de largeur constante. De même, on peut faire varier l'épaisseur des âmes ou des semelles par de simples changements de calage.
Si le moule a la même longueur qu'un élénent à mouler, l'étanchéité au raccord avec l'élément N - 1 précé- demrnent moulé est assurée par un élément déformable 65 ne s'opposant pas à la compression du béton ; cet élément peut être une gouttière métallique munie d'un joint en caoutchouc (fig.3).
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Le moule peut être relié aux parties déjà moulées par des organes appropriés tels que 61 (fig.3) permettant des déformations , fixés sur le béton déjà durci en utilisant les trous réservés dans l'âme ou des stries 61a moulées sur la paroi du béton et contre lesquelles on maintient appliqués les organes à fixer. On peut, en ce cas, prendre appui contre le moule pour tendre les armatures horizontales au-delà de ce que permettrait la pression exercée par le béton sur le coffrage de séparation 54 des tronçons successifs.
On peut exécuter en béton précontraint les parties de la construction reliant une poutre aux poutres précédemment réalisées .
Pour cela, il suffit de mettre en place, avant coulage des poutres, les armatures de ces organes normales aux dites poutres et y pénétrant; après achèvement des poutres, on tendra aisément ces armatures à l'aide de vérins hydrauliques, convenablement répartis, agissant entre les semelles des poutres, puis on coulera le béton.
Il serait vain de chercher à prouver la généralité de l'invention en multipliant les exemples ; toute construction, quelle qu'en soit la complexité, pourra être réalisée par une application des méthodes générales qui ont été décrites; mais il sera possible de trouver des simplifications applicables aux divers cas particuliers.
L'invention est d'autant plus avantageuse, qu'il s'agit de constructions soumises à des efforts auxquels il est particulièrement difficile de résister avec les procédés ordinaires, tels que des fatigues exceptionnellement élevées, notamment au cisaillement, ou des efforts violemment alternés .
Ce procédé est évidemment applicable à toutes
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sortes de constructions autres que des poutres, par exemple cylindres ou prismes de toute forme et toute orientation dont il permet .Le tonnage, simultanément à l'exécution; tubages et colonnes creuses ou pleines pour forages, pieux foncés au vérin, battus ou vissés, éléments souterrains ou sous-marins (exemple: radiers, bajoyers d'écluse, etc-..) ayant à résister à de grands efforts de flexion ou cisaillement et pouvant avoir en longueur, largeur et épaisseur des dimensions illimitées, colonnes en élévation de toute nature, toutes dimensions èt destinations, ainsi que pour tous-tuyaux de destination quelconque ;
avec d'autant plus d'avantage que la résistance de ces éléments à la compression, traction, flexion, torsion est énorme et obtenue à des prix extrêmement bas en raison des résistances élevées des bétons obtenus et du faible pr4.x de l'unité de résistance des fils en acier dur formant les armatures.
REVENDICATIONS
1 - -Procédé de fabrication de constructions ou de .parties de constructions monolithes, en béton armé,.avec création de contraintes permanentes par la tension préalable d'armatures à un taux suffisant, caractérisé en ce que, le béton de la construction étant coulé par éléments distincts tels qu'ils ne nécessitent que des moules de dimensions réduites et de réemploi facile, les armatures communes à plusieurs éléments sont mises, avant coulage de chaque élément, sur la portion qui traverse ce dernier et après durcissement des éléments précédemment coulés, dans un état de tension, fonction des fatigues que cet élément supportera en service mais toujours tel que le long des intersurfaces des éléments qui sont obtenus par coulage d'un élément contre un élément voisin déjà durci,
les réactions mutuelles desdits éléments résultant de la tension des
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armatures, du poids propre et des charges, soient en principe des compressions qui concourent à l'assemblage des divers éléments.
2 - Procédé comme spécifié en 1 , caractérisé en ce que le durcissement du béton d'un élément coulé dans un des moules partiels servant à l'exécution des élénents distincts est accéléré par une vibration associée ou non @ une compression et ou non.à un chauffage.-
3 - Procédé comme spécifié en 1 , caractérisé en ce que la mise en compression du béton dans le moule, en vue, par exemple, d'accélérer le durcissement de ce béton, est utilisée pour obtenir simultanément la mise en tension des armatures sur la portion correspondant à la traversée de l'élément considéra, ainsi que la réaction zur les éléments déjà durcis,
grâce à la liaison des armatures de l'élément à une ou à des parois mobiles du moule par des pinces ou autres moyens d'ancrage appropriés la mise en compression du béton étant elle-même obtenue par une diminution de la capacité du moule, réalisée soit par le refoulement de la 'paroi du moule par des vérins prenant appui entre celle-ciet les pointsd'accrochage prissur les armatures, soit par celui d'une autre paroi ou par l'expansion (le mandrins intérieurs.
4 - Procédé comme spécifié en 1 , caractérisé en ce que les éléments de béton déjà durcis sont fixés à. une paroi du moule, reliée, extérieurement auxdits éléments, aux organes (Le mise en tension des armatures, et la fixation est obtenue par exemple par des saillies ou stries de cette paroi s'engageant dans des saillies ou stries correspondantes du béton des éléments durcis et appliquée, contre ces dernières par des tirefonds, vis ou moyens' analogues.
5 - Procède comme spécifié en 1 , caractérise en ce
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que les armatures communes à plusieurs éléments, dans la traversée desquels ces armatures doivent être portées à des taux de tension égaux, sont mises en tension simul- tanément grâce à la fixation de points appropriés de ces armatures à une paroi de moule en deux pièces qui peuvent être écartées l'une de l'autre par des vérins ou autres moyens appropriés, cette paroi étant commune aux moules partiels qui servent à l'exécution des éléments et sont déplacés le long de ladite paroi au fur et à mesure du moulage de ces derniers-
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Method and device for the execution of monolithic constructions in reinforced concrete.
In its previous patents and publications, the Applicant has shown that the qualities of reinforced concrete can be considerably improved by using, for the constitution of the reinforcements, steels with a high elastic limit subjected to a sufficiently high preliminary tension for it to remain there. tensions that determine
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undermine permanent stress systems in concrete, which advantageously modify those which result from the forces to which the part is subjected in service. Parts are thus obtained enjoying exceptional qualities of resistance and cost price.
The use of these processes requires materials whose weight, price, and handling difficulties increase with the size of the elements to be manufactured and which end up being unwieldy, which has hitherto hampered their application to the machine. construction of large monolithic buildings.
The process which forms the subject of the present invention makes it possible to extend the advantages of permanent prestressing, imposed on the materials, to reinforced concrete constructions of any dimensions having all the properties of monolithic constructions executed in place, by means of the use of inexpensive and handy equipment.
To achieve a construction in the method of the invention, it is determined, as if it were a monolithic construction, by applying the principles of the resistance of materials, its shapes and dimensions as well as its reinforcements and the elastic state which should be given to these before pouring the concrete which is to coat them, in order to obtain, after setting and the various deformations of the concrete, the stress system most favorable to the good performance of the construction.
This elastic state comprises tensions, which vary between zero and the elastic limit of the metal, either from one reinforcement to another, or along the same reinforcement.
This done, we will divide the mass of the concrete of @ #the construction, in elements of dimensions such that they
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correspond to manageable molds and generally formed from organs capable of numerous re-uses. Said elements will be cast separately or successively, the reinforcements remaining uninterrupted and crossing the boxes of the intersurfaces between contiguous elements, through appropriate openings.
The layout of these intersurfaces will be made in such a way, in the construction in service, the elastic forces normally exerted on them, are always compressions, except in the case of very small forces. This can always be achieved by means of a suitable distribution of tension reinforcements, crossing these intersurfaces.
Before pouring a first concrete element, the reinforcements which pass through it will be placed, at least over the length of this crossing, in the expected elastic state.
In the most general case, this will be obtained in accordance with the Applicant's previous Belgian patents, n 364.207 of October 2, 1929 and N 384.300 of November 19.
1931, by seizing each bar or group of reinforcing bars between temporary anchors formed by clamps or other means, which will be requested by the action of jacks, so as to lengthen the reinforcement, by resting on organs of transmission of the effects, generally external to the part to be performed.
After having waited for a sufficient hardening of the concrete of the first element, one will place the reinforcements concerning the second element in the state of tension, envisaged in the crossing of this second element-
For the reinforcements of this element not integral with the first, one will proceed as for this one; for fittings common to. first and second element, we
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will have to modify the intensity of the stresses which were applied to them until then, by a change of the conditions of use of the anchors and verirs.
This generally implies the creation of local forces between the reinforcements and the concrete of the second element and in addition the application to the whole of this element of a force opposite to the resultant of the additional stresses applied to the elements. various reinforcements which pass through it, which supposes the arrangement of suitable connecting devices forming points of support between the members: or tensioning jacks and the concrete of the first element.
In general, the local forces thus required of the concrete of the first element, before casting of the second, will be of a very high order; they imply concrete strengths rarely achieved in current practice and only after a very long delay.
In the vast majority of industrial applications, the need to provide a long time between the operations of molding an element and adjusting the tensions before molding the following element would be detrimental to the value of the process. However, it is known that the hardening of concrete can be accelerated by operations the effects of which can be amplified by combining them in a certain order, so as to reduce the times as much as is necessary for the applications envisaged. The favorable effect of vibrations has long been known.
The Applicant has observed that the association, under certain conditions, of compression with vibration considerably improves the results obtained by the latter alone, both from the point of view of the rate of hardening and of the final quality of the concrete and that the concretes thus treated can be heated without precautions or risks even beyond 100; what #
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allows to reach in less than two hours, for normal concretes in ordinary Portland, resistances of several hundreds of kilos per cm2 which, after final hardening, can largely exceed 1000 K. per cm2.
This thus provides the means of obtaining the desired hardening of the concrete very quickly.
The process of the invention involves an organization of the operations of molding the successive elements so that the concrete can be, in the most general case, vibrated, compressed and heated; in exceptional cases where the speed of execution would not be of interest, it is possible not to use heating or even compression.
The general method which has just been described enables you in all cases to solve the problem posed, but in the various concrete problems it is almost always susceptible of simplifications resulting from what the particular conditions of a given application allow. in general, the simultaneous or combined execution of a priori distinct operations. In almost all applications, the operations of tensioning or increasing the tension of certain reinforcements and of compressing the concrete can, at least partially, be combined so that one results from the other .
It suffices for this to maintain the walls of the mold against the pressure exerted by the concrete by connecting the reinforcements to these walls, which becomes particularly easy when these reinforcements normally pass through the walls and extend beyond (case of the formwork of a intersurface between two successive elements). One can then, or use the resistance of the reinforcements to resist a hydraulic thrust of the concrete, created by any known means, which tends the reinforcements at a rate easy to predict and to adjust; or to
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On the contrary, put the reinforcements in tension by the action of special jacks, acting against the parbi of the mold, which is otherwise free and thereby causing the concrete to compress.
In these two cases, the forces necessary to create tersions in the element considered, are carried over to the previous element, in which the reinforcements thus tensioned are sealed, first temporarily by the hydraulic forces including the fresh concrete compressed is the seat, and the transmission of which can be facilitated by maintaining a state of energetic vibration, then definitively by the same concrete, once hardened.
In either case, the transmission of the forces imposed on the first element by the action on these reinforcements does not have to be made to the jacks by special connecting devices and we can make total economy or partial.
Another simplification can be achieved whenever it is possible to incorporate an armature into a first element without prior tension. This avoids the use of a temporary anchoring for this reinforcement.
In general, any reinforcement comprises towards its end a zone of zero or weak fatigue, which there is no interest in tensioning and which forms an anchor; this head of simplification is therefore frequently used. It can be repeated in certain cases for both ends of an armature and thus avoid the use of any mechanical gripper system.
The modification of the state of tension of the reinforcements between the execution of these successive elements may only affect a part of the reinforcements, it can also
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happen that the same state of tension is common to several successive elements; this can be used to save on several tension adjustment operations.
The applications which will be described below will suffice to provide an understanding of the principles of the invention and their general nature. It should be understood that they are only examples which could be multiplied ad infinitum and that the proposed method can be extended to any concrete construction subjected to forces whatever the size and destination. .
We will first describe with regard to fi g. 1 to 4 the execution of a large span hall covering by means of beams comprising a vertical web and two footings.
Fig. 1 is a cross section of a device for molding one of these beams.
Fig. 2 is a partial longitudinal section.
Fig, 3 is a horizontal section of fig. 1 according to III - III.
Fig. 4 is a schematic vertical elevation view of the assembly of a molding installation.
Fig. 4a is a partial sectional plan on IVa IVa, showing the attachment of the reinforcements to the base of the mold.
The reinforcement of the beam is made up of a series of horizontal bars c, c1, c2, c3 ... grouped in the lower chord, of horizontal bars u distributed uniformly, of vertical bars j, j1,
All these bars could be made of steel, for example at 100 K. per mm2 of breaking point and 80 K. of elastic limit, obtained by prior drawing. In addition, any steel reinforcements will be provided, transverse to the first ones to improve their anchoring.
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for a concrete hooping effect.
The hard steel reinforcements will be tensioned in such a way that, taking into account all the forces imposed on the beam, both bending and shearing, and all the deformations of the concrete (deformations by shrinkage, elastic and plastic deformations) there remains in it. here at all points, permanent cuts.
It is clear that by this means, any possibility of cracking of the beam is eliminated. It is therefore possible to envisage rates of shear stresses, of the order of magnitude of compressive stresses, consequently much higher than the commonly accepted maxima. On the other hand, the maximum stresses of cimpression are considerably lower than in ordinary reinforced concrete. The diagram of these stresses is in fact (fig.l) a line such as Al Bl for ordinary reinforced concrete it would be a line A2 B2, where 01 B2 represents the deformation of concrete, OA2 the deformation of steel.
For the execution of the considered beam, one starts according to the general method to delimit the concrete elements to be poured successively. In this case, they can be divided into four categories:
1 - elements covering the ibis of the parts of the reinforcements. ±. of the same length, close to their ends and to the parts of the reinforcements l which penetrate therein (see for example element 11, FIG. 2);
2 - elements encasing only parts of the reinforcements j adjacent to the upper ends of these reinforcements (for example elements 59 fig. 2); 3 - elements wrapping only parts
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reinforcements 1 adjacent to their lower ends;
4 - elements limited by equidistant vertical planes PN-1, PN etc. (fig.3) constituting all the rest of the beam.
The concrete elements of the first have decreasing widths so as to leave the passage free of those of the reinforcements ± which do not concern them (see elements 11, 11a, 11b on fig. 4a).
One could, for the execution of these elements, conform exactly to the general method, but one can simplify a lot by noting that in the crossing of the first three categories of elements, no reinforcement needs to be stretched and that 'they do not have a common surface. Nothing prevents them from being performed in one or more times and even in advance for those of them, like those in categories 2 and 3, whose unit volume may not be very large and which are therefore easy to be put in place after casting.
One can also notice that it is easy to carry out at one go a tensioning of the reinforcements ± common to all the elements of the fourth category which they cross.
For this, all of the reinforcements are placed on a member which forms the end of the mold for the entire beam. This member is constituted by a strong beam in two elements a and al carried by appropriate frames such as 50 (fig.4) on carriages51 which allow them to be placed successively under each of the beams to be constructed. The two half-beams a, must be able to be wedged or offset in height
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a few centimeters using jacks 52 to allow demoulding and take small movements in the direction of their length thanks to rollers 53 under the action of jacks b which allow their ends to be removed first in contact, with a power equal to the total maximum voltage to be given to all the main reinforcements c, c1, c2.
This done, the elements of the first three categories are cast and the elements of the first category such as 11 (fig. 2) are temporarily secured to the base of the mold, which is obtained for example by means of striations 12 of the upper surface thereof and lag screws 13 penetrating into the molded elements through the mold base (see also fig. 4 or 4a) or stop members such as those shown in figure 5 in elevation and in figure 6 in chopped off .
In these figures, 15 is a resistant part engaged in an orifice provided in the base of the reinforced concrete mold a. Between this part and its support 16 against the mold base, we can engage a wedge 17 intended by its removal, when the concrete of the molded part on the base a will have set and hardened, to create, in the base a, a vacuum which facilitates demoulding. The whole is coated with a casing 18 intended to make demolding easier, easier to. deform, destroy or drag 5. such as rubber, plaster, cardboard, fabric, felt, wood or sheet metal.
The elements of the second category are secured by similar means with the mold bar.
The complete hardening of the elements of the first three categories will be achieved as quickly as necessary by vibrating the concrete or by vibrating and compressing it; or by seeing it
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brant, compressing it and heating it, in particular by arranging the ridges 12 of the mold base and even possibly the lag bolts 13 to be heated by a circulation of steam.
The two parts a and al of the mold base are then separated from one another by the play of the hydraulic jacks b (fig.4); one thus holds all the bars c, c1, c2 etc * .. simultaneously.
Before installation These reinforcements, we will have placed on the mold bases, under the elements of the first category, sheets h spaced from the mold bases by projections i or bars or recesses made in the surface of the concrete of the crumb, both to prevent the mass and rigidity of the mold bases from slowing down the vibration of the concrete, only to allow it to be heated by steam sent between the sheet h and the mold base a, a1, and finally to facilitate demoulding '.
We will then put in place the formwork of an element of the fourth category having the length of the latter, which can be relatively short; shuttering can be formed as shown, by way of example in FIGS. 1 to 3. It is formed by sheet elements l1 l2 l3 ... and profiles ml m2 m3 assembled by longitudinal welds and constituting tubular elements whose n adjusted contact lines do not allow solid elements to pass, but do filter the water.
These elements are assembled on profiles o so as to form half-shells connected two by two by rods. ± crossing the Orne of the beam through rubber tubes pl (see fig.l) which allow extraction easy rods after the
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hardening of concrete.
This mold being put in place, for example for the execution of the element N of the fourth category at the end of the element N - 1 already produced (fig. 3), the vertical formwork 54 separating it from the place reserved for the next element N + 1, the previous element N - 1 already molded, for its part closing the end of the mold.
These vertical formworks 54 will be fixed to the horizontal reinforcements u which will be determined so that, at the desired level of tension for them, they maintain the said forms against the hydraulic premsion of the concrete which they support. devices forming a stop for the shutterings 54 and coming to hook and fix to the reinforcements (for example a device with wedges such as that indicated at the upper part of fig. 3 and shown on a larger scale fig.7; the wedge 3 being locked by a screw 4, the small angle wedges 5 and 6 cannot be released and hold the bar u; loosening the screw 2 releases the system).
The vertical forms 54 are provided with holes allowing the reinforcements to pass through and which may include watertight joints to the concrete.
The upper formwork constituting the cover of the mold will for example be formed of transverse U-shaped bars 56 # welded to the plates 57 and on which the longitudinal I-bars 58 are supported. The whole is held by lag bolts 59a screwed into the elements 59 of the third category. These bolts will be connected, for example, by lifting beams 59b to jacks 60 bearing on the irons at 1 58. Holes made for example in the upper formwork allow the mold to be filled.
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Concrete is vibrated for example using trees
62 equipped with unbalances and rotating at high speed in bearings 63 fixed on the side molds (fig.l).
After filling the mold, enclose the orifices reserved for this purpose, then we will act on the jacks 60 which press on the upper formwork, we can also act by jacks or nuts on the rods p connecting the two halves of the mold on the right and to the left of the beam.
It is clear that the concrete is thus perfectly compressed in all its parts. The compression of the concrete produces the tensioning of the vertical reinforcements j, j1 ... and of the horizontal reinforcements u by means of the mobile formworks 57 and 54.
If you want to obtain rapid demolding, steam will be sent in contact with the concrete, for example by passing it through the profiles m1, m2, m3 ... and 56 or in other channels, in particular in the interposed cavities between sheet h and the mold base as indicated above.
Once the element N of the beam has been executed, the mold can be moved to the next element N + 1 by carriages rolling on a track supported by the mold base a al. In the case of beams of variable height, it will suffice to add or subtract from the side molds an element of constant width. Likewise, the thickness of the webs or soles can be varied by simple changes in the wedging.
If the mold has the same length as an element to be molded, the sealing at the connection with the previously molded N - 1 element is ensured by a deformable element 65 which does not oppose the compression of the concrete; this element can be a metal gutter fitted with a rubber seal (fig. 3).
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The mold can be connected to the parts already molded by appropriate members such as 61 (fig. 3) allowing deformations, fixed on the already hardened concrete using the holes reserved in the core or grooves 61a molded on the concrete wall and against which the organs to be fixed are kept applied. In this case, it is possible to lean against the mold in order to tension the horizontal reinforcements beyond what the pressure exerted by the concrete would allow on the separation formwork 54 of the successive sections.
The parts of the construction connecting a beam to the beams previously made can be executed in prestressed concrete.
For this, it suffices to put in place, before casting the beams, the reinforcements of these members normal to said beams and entering therein; after completion of the beams, these reinforcements will easily be stretched using hydraulic jacks, suitably distributed, acting between the flanges of the beams, then the concrete will be poured.
It would be futile to seek to prove the generality of the invention by multiplying the examples; any construction, whatever its complexity, can be carried out by applying the general methods which have been described; but it will be possible to find simplifications applicable to the various special cases.
The invention is all the more advantageous when it comes to constructions subjected to forces which it is particularly difficult to withstand with ordinary methods, such as exceptionally high fatigue, in particular when shearing, or violently alternating forces. .
This process is obviously applicable to all
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kinds of constructions other than beams, for example cylinders or prisms of any shape and any orientation which it allows. The tonnage, simultaneously with the execution; casings and hollow or solid columns for boreholes, dark piles with a jack, driven or screwed, underground or submarine elements (example: rafts, lock walls, etc.) having to withstand great bending or shearing forces and being able to have in length, width and thickness of the unlimited dimensions, columns in elevation of any nature, all dimensions and destinations, as well as for all-pipes of any destination;
with all the more advantage that the resistance of these elements to compression, traction, bending, torsion is enormous and obtained at extremely low prices due to the high strengths of the concrete obtained and the low pr4.x of the unit resistance of the hard steel wires forming the reinforcements.
CLAIMS
1 - -Process for manufacturing constructions or parts of monolithic constructions, in reinforced concrete, with creation of permanent stresses by the preliminary tension of reinforcements at a sufficient rate, characterized in that, the concrete of the construction being poured by separate elements such that they only require molds of small dimensions and easy to reuse, the reinforcements common to several elements are placed, before casting of each element, on the portion which passes through the latter and after hardening of the previously cast elements, in a state of tension, depending on the fatigue that this element will withstand in service but always such as along the intersurfaces of the elements which are obtained by casting an element against an already hardened neighboring element,
the mutual reactions of said elements resulting from the tension of
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reinforcements, own weight and loads, are in principle compressions which contribute to the assembly of the various elements.
2 - Process as specified in 1, characterized in that the hardening of the concrete of an element cast in one of the partial molds used for the execution of the separate elements is accelerated by a vibration associated or not @ a compression and or not. a heater.-
3 - Process as specified in 1, characterized in that the placing of the concrete in compression in the mold, with a view, for example, to accelerate the hardening of this concrete, is used to simultaneously obtain the setting in tension of the reinforcements on the portion corresponding to the crossing of the element considered, as well as the reaction to the elements already hardened,
thanks to the connection of the reinforcements of the element to one or more mobile walls of the mold by clamps or other suitable anchoring means, the compression of the concrete itself being obtained by a reduction in the capacity of the mold, achieved either by pushing back the 'wall of the mold by jacks bearing between the latter and the attachment points prissur the frames, or by that of another wall or by expansion (the inner mandrels.
4 - Process as specified in 1, characterized in that the already hardened concrete elements are attached to. a wall of the mold, connected, externally to said elements, to the members (The tensioning of the reinforcements, and the fixing is obtained for example by projections or ridges of this wall engaging in corresponding projections or ridges of the concrete of the hardened elements and applied against the latter by lag screws, screws or the like.
5 - Proceed as specified in 1, characterized in that
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that the reinforcements common to several elements, through which these reinforcements must be brought to equal tension rates, are tensioned simultaneously by means of the fixing of appropriate points of these reinforcements to a two-piece mold wall which can be separated from each other by jacks or other suitable means, this wall being common to the partial molds which are used for the execution of the elements and are moved along said wall as these are molded. last-