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Procédé et dispositif d'ancrages de câbles tendus destinés à la réalisation de constructions en béton ou autres matériaux précontraints.
Il est connu que lion améliore oonsidérablement les propriétés des constructions en utilisant des armatures en aciers à haute limite élastique soumises initialement à de fortes tensions déterminant dans la construction un système de précontraintes inverses des contraintes développées par l'application des charges, La tension peut être conférée aux armatures avant ou après la prise du béton. Dans ce dernier cas on dispose les armatures formées par des câbles ou paquets de fils d'acier étirés à haute résistance, dans des vides ménagés dans le béton. Ces armatures non adhérentes au béton sont soumises à une tension en prenant appui sur le béton une fois durci.
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Uhe difficulté de ce prooédé connu,non résolue à ce jour de manière pratique, consiste dans la liaison à éta- blir entre les fils ou câbles tendus et le béton.
On a déjà réalisé dans ce but, des culots d'an- orage en acier ou en béton, comparables à des ancrages de câ- bles de ponts suspendus, extérieurs à la construction, la ten- sion des armatures étant obtenue par des vérins agissant entre ces culots danorage et la masse de la construction. Ces dispo- sitifs sont onéreux et leur encombrement empêche leur extension à des constructions usuelles telles,que ponts ou bâtiments,
La présente invention concerne un procédé de réalisation d'ancrages qui, entre autres avantages, permettent d'éviter les saillies à l'extérieur des pièces en béton ou autre matériau à précontraindre.
Ce procédé est applicable en particulier aux constructions en béton précontraint dans le cas où la tension est conférée aux armatures après la prise du béton, bien qu'il puisse être également utilisé pour des constructions en un ma- tériau autre que le béton, ou dans le cas du béton, pour la mise en tension avant prise.
Dans ce qui suit, on n'envisagera pour simpli- fier que Inapplication au béton, étant entendu que les autres applications font aussi partie du cadre de l'invention.
Le principe général de ce procédé est le sui- vant on prévoit dans la construction à l'endroit où se trouve l'extrémité du câble à tendre, un organe résistant qui sera noyé dans le béton ou autre matériau à précontraindre et qui est muni d'une cavité dans laquelle passe le câble, on étale les fils de ce câble contre la paroi de cette cavité, on met ces l'extrémité de fils en tension, puis, alors quils sont tendus, on serre ces /en prenant appui sur la paroi de celle-ci, fils platée dansla cayitéau moyen d'une compression suffisam- /le long de ladite extrémité ment forte pour engendrer/on frottement capable de supporter la tension.
Cette compression est poussée de préférence jusqu'à une valeur telle qu'elle engendre une expansion élas-
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le la paroi tique/de la cavité, qui concourt au serrage des fils. peut etre réalisée
La compression des fils du câble/contre la paroi
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de la cavité -e..;I;-.ê4-;;'-a.JA¯..,":->e- au moyen de coins ou broches mé- talliques enfoncés au vérin ou au marteau dans l'axe du câble ou entre les fils de celui-ci ou bien encore au moyen de vérins hydrauliques constitués par une sorte de sac malléable pouvant être gonflé par injection sous pression à l'état fluide d'une matière capable de durcir telle qu'une résine synthétique.
Selon une forme de réalisation de ce procédé, on enrobe les fils du câble, contre la paroi de la cavité, alors que ces fils se trouvent tendus, d'une substance capable d'adhé- rer aux fils et de durcir telle que du mortier de ciment,avanta- geusement chargé de sable siliceux ou alumineux et d'amiante pour augmenter le frottement des fils sur le mortier, puis on réalise une compression énergique de ce mortier contre la paroi de la cavité au moyen d'un organe introduit dans celle-ci. Il y a avantage à revêtir intérieurement la cavité d'une enveloppe métallique avec interposition de graisse entre ladite enveloppe et la cavité en vue de diminuer le frottement.
La cavité ayant une forme tronoonique et la compression du mortier étant faite par un cône mâle forcé dans l'axe du câble, le glissement qui tend à se produire sur la surface graissée sous l'effet de la tension des fils,quand le dispositif de mise en tension est relâché,a pour effet de serrer davantage le mortier et d'aug- menter l'ancrage des fils.
Dans une variante de réalisation dans laquelle on utilise encore une cavité tronconique on dispose un ensemble de coins entre les fils étalés sur la paroi de la cavité, de sorte qu'après mise en tension des fils, serrage des coins en- tre ces fils et finalement retour au repos au dispositif de mise en tension l'ensemble des fils et des coins forme un cône mâle qui, en venant se bloquer dans le cône femelle, maintient la tension des fils.
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L'organe muni de la cavité dans laquelle se fait le serrage du câble, peut être constitué par exemple par une pièce en acier moulé, scellée dans le béton ou autre matériau à précontraindre et comportant une ou des surfaces d'appui contre le béton pour transmettre à celui-ci la compression résultant de la tension du câble.
Il peut aussi être réalisé en béton armé ; dansce cas, la cavité où. se fait le serrage sera évidée dans le bé- ton lui-même dont la paroi sera rendue capable de résister aux efforts d'expansion en y enrobant une première frette qui peut être constituée par un tube ou par des spires hélicoïdales en fils d'acier, de préférence à haute limite élastique, ou par une combinaison d'un tel tube et de spires de fils l'entourant.
La transmission des efforts reçus par cette première frette au béton à comprimer peut être assurée par une seconde armature transversale du béton et constituée, soit par une deuxième frette formée d'une tige d'acier enroulée en hélice et disposée à une certaine distance de la première, soit par des quadrillages perpendiculaires à l'axe du câble.
On peut réaliser à/l'avance des têtes d'ancrage en béton comportant la cavité tronconique et munies des frettes voulues. Les blocs ainsi constitués seront disposés dans les coffrages aux endroits où. l'on voudra anorer des armatures tendues puis noyés dans le béton.
L'invention s'étend également aux dispositifs destinés à la mise en pratique du procédé.
Le dessin annexée donné à titre d'exemple non limitatif,représente des modes d'exécution de ces dispositifs.
La figure 1 représente une coupe transversale du câble et de sa gaine, selon un premier mode de réalisation, la coupe étant faite en un point du câble situé hors de l'an- crage ,
La figure 2 est une coupe longitudinale de ce câble.
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La figure3 est une coupe longitudinale du dispositif d'ancrage et du vérin de mise en tension.
La figure 4 est une vue de face d'un groupe de deux fils et d'une mordache d'ancrage sur le vérin.
La figure 5 est une vue partielle de face d'une rondelle crénelée perpendiculaire au câble et destinée à séparer ses fils pour leur miseen ten si on .
La figure 6 est une vue en coupe axiale d'un autre mode de réalisation de l'invention.
Les figures 7 à 9 sont des coupes transversales selon les lignes VII-VII, VIII-VIII et IX-IX de la figure 6.
La figure 10 montre en coupe un mode de réalisation d'un bloc d'ancrage en acier .
La figure 11 montre schématiquement l'extrémité d'une poutre en béton précontraint, munie d'un dispositif d'ancrage conforme à l'invention.
La figure 12 représente une section d'une poutre.
Dans l'exemple de réalisation représenté aux figures 1 à 5, le câble à tendre et à ancrer comprend deux couches de fils 8 et 9 (ayant en tout un nombre pair de fils par exemple trente deux) groupés autour d'une âme formée par un ressort à boudin 1 à pas long. Il est entouré d'une gaine formée par exemple (fig.1) de deux feuillards 7, 7a agrafés par des repliages 5. Cette gaina est mise en place dans les coffrages avant la coulée du béton de l'ouvrage et sert à isoler le câble du béton pour permettre son allongement élastique au moment de la mise en tension.
Comme on le voit sur la figure 3 l'extrémité du câble pénètre dans un tube d'ancrage 6 qui a recu/une forme évasée tronconique et qui est fretté par un fil d'acier dur 3 noyé dans le béton 2 coulé autour du tube 6. Un raccord étanche 10, en chatterton par exemple, relie le tube 6 à la gaïîne 7
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pour empêcher la pénétration du béton dans ce tube et cette gaine . A l'extrémité du bloc de béton 2 se trouve une rondelle d'appui épaisse 12 en acier, destinée à recevoir la poussée du vérin de mise en tension et à la transmettre au béton,
Une plaque crénelée 13 figurée/en partie en élévation sur la figure 5 et qui est maintenue par des boulons 15 scellés dans le béton est associée à une rondelle 14 en feuillard qui tient les fils du câble par paires dans les crénaux de la plaque 13. Un cône 16 en mortier très dur et très armé longitudinalement est coulé entre un tube 17 axé sur le câble et une enveloppe conique en tôle lisse eolie 18 entourée d'une contre-enveloppe 19 en laiton ou fer blanc. A l'intérieur du tube 6 est disposée une enveloppe 20 également conique en fer blanc ou laiton, la surface commune 6-20 étant graissée de manière à réaliser un coefficient de frottement de l'ordre de 5 à 10 %. Le piston 21 d'un vérin prend appui sur la rondelle 12 et comporte seize entailles radiales 21a laissant passer par paires les fils du câble.
Ce piston 21 contient un piston auxiliaire 22 agissant sur le cône 16. Le cylindre 23 du piston 21 porte seize mordaches 24 recevant chacune deux fils du câble séparés par un coin intermédiaire 27 (vu en élévation sur la figure 4 entre les saillies 28 et 29 formant les mordaches).
Le bloc de béton 2 comporte en outre une série de frettes ou spires 25 en acier doux ordinaire et un système d'armatures 26 parallèles au câble,
Le câble avecsa gaine étant en place dans les coffrages, son extrémité étant passée dans l'enveloppe 20 garnissant l'intérieur du tube 6, enfin les frettes 3 et 25 étant en place, on coule le béton 2.
Une fois le béton durci, on sépare les fils du câble en paires passant entre les rondelles 12 et 14 et dans les créneaux de la plaque 13 qui, fixée par les boulons 15, maintient le tout.
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On introduit alors le cône 16 avec son tube 17, son enveloppe 18 et la contre-enveloppe 19 dans le vide central du câble et l'on garnit de mortier frais plastique, chargé de sable siliceux ou d'amiante, l'intervalle entre l'enveloppe 19 et l'enveloppe 20. Au moyen du vérin dont le piston 21 prend appui par la rondelle 12 sur le béton entourant le tube 6, on tend les aciers fixés par groupes de 2 sur les mordaches 24 du cylindre de ce vérin, lequel cylindre s'écartedu béton quand on admet la pression dans le cylindre.
Puis les fils étant maintenus en tension, on actionne le piston 22 qui enfonce le cône 16, l'enveloppe mé- tallique 18 glissant alors sur l'enveloppe 19 avec un frottement modéré métal sur métal. Le cône détermine une compression inten- se du mortier entre les enveloppes 19 et 20, de l'ordre de 400 kg par cm2 dans l'exemple figuré.
Le mortier perd son excès d'eau et devient très dur en acquérant un angle de frottement sur lui-même et sur l'acier, très élevé; en même temps il prend un volume minimum.
Quand on met à l'échappement le cylindre du vérin, la tension des aciers se reporte en totalité sur le sys- tème formé par le cône 16, les enveloppes 18 et 19, le mortier interposé entre 19 et 20 et l'enveloppe 20. Ge système solli- cité par la tension glisse alors sur la surface graissée entre le tube 6 et l'enveloppe 20, d'où un serrage très énergique du mortier sur les fils, de l'ordre de 800 à 1000 kg par cm2. Ce serrage réalise une liaison parfaite des fils au mortier, l'an- gle de frottement entre les surfaces 6 et 20, augmenté de la pente du cône, étant plus faible que le frottement intérieur des fils sur le mortier.
Le gonflement élastique du tube 6 et de la frette 3 met en compression le béton compris entre les frettes 3 et 25 ce qui transmet les efforts de l'ancrage à toute la A
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masse armée par les armatures 25, 25, on peut alors enlever le vérin Si). 23 et souper ce qui dépasse des fils hors de la construction,, puis injecter sous pression par le tube central 17 une matière de protection contre la rouille telle que du coulis de cimenta une résine synthétique pouvant faire prise ou toute autre matière de remplissage}, on peut même par-ce moyen établir une adhérence entre les fils et leur gaîne.
On peut injecter une matière chaude facilement
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fusible,> telle que dulbitume ou une résine en réchauffant au préalable l'intérieur des .câbles par un envoi d'air chaud .ou de vapeur; Le rôle de l'âme formée par le-ressort à boudin 1 estde'maintenir la possibilité de cette',injection et la
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régularité du cébie uézas dans'l'es courbes décrites par celui-ci.
Dans la variante de réalisation représentée sur
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les fig4 6 à 9,, ahs,g,u.e armature onst,üaéq par un paquet d<$ fils 37.'eu aoier dur à. haute résistance à ia tractione est disposée dans Nne gaine 1, . ùhpgue extrémit6 d?une armature ou une soul-0 des extrémitéag, si 1tautre 'est anorée par d''autres moyens, est engagée dans le bloc qui va être décrit en regard de la fig. 6.
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Ce blo,o comporte dans. une ms,sse 32 en béton à haute' sêsistance im 3. de révolution ayant pour g6né ratriqe tme 42oie eb ata,nt avec 1?axw x '-S !n angle dont la yente est voisine de 1/5- ladite droite étant raccordée par une oourïe.bre la génératrice du tube 3:t' parallèle'à fàxe z, bzz Autour de la paroi de l'orifice ainsi formé est noyée dans le béton 32 une frette 33,en acier à haute limite
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élastique. Le bloc a, dans l'exemple décrite la forme d'un corps de révolution comportant une tête 32a et un prolongement 32b tronconique, qui vient se raccorder à l'extrémité de la gagne 31 par un raccord 31a en tissu ou papier imprégné d'une matière plastique, genre chatterton. autour de la tête 32a, le béton est fretté par une spire 34 qui peut être en acier doux.
Le béton 35 de l'ouvrage ou de la pièce à construire est coulé autour du tube 31 et du bloc en ménageant un trou 36 par lequel l'extrémité du câble traversant la tête 32 est accessible de l'extérieur de l'ouvrage. Les fils 37 constituant ce câble sont étalés et rabattus contre la paroi a-b du tronc de cône et l'on dispose entre ces fils des coins 38 en acier munis sur leurs flancs d'entailles cylindriques 32a correspondant à la forme des fils, de sorte que ces coins insérés entre les fils sont maintenus par ceux-ci et forment avec eux une sorte de cône mâle qui vient s'appuyer contre la paroi a-b du cône femelle.
Pour la mise en tension, on utilise dans l'exeraple envisagé un vérin analogue à celui qui a été décrit en regard de la fig.3.
Le petit piston 22 de ce vérin vient agir sur l'extrémité des coins 38 par l'intermédiaire d'une plaquette 13a munie de créneaux pour le passage des fils et le piston 22 comporte un évidement 47 de diamètre correspondant à celui de la plaquette.
Les organes étant disposés comme le montre la fig.
6, la mise en pression du pot 23 a pour effet d'écarter ce pot du piston 21 et de tendre les fils 37. Les coins suivent le mouvement des fils, au début jusqu'à ce qu'ils viennent buter contre la plaquette 13a, ils laissent alors entre eux un jeu suffisant pour que les fils, tirés par le pot 23,glissent librement. Dans la zone b-c de la tête d'ancrage, les fils
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appuient contre le béton de cette tête et pour limiter leur frottement, cette zone est revêtue d'une chemise 48 réalisée par exemple en clinquant;.
Quand le taux de tension, que l'on connait par la pression dans le pot 23, atteint la valeur voulue, on main- tient la pression stationnaire dans ce pot et on met en pres- sion le piston 22 qui vient effectuer un serrage des coins en- tre les fils en dilatant ainsi le cône mâle et en le serrant oontre la paroi du cône femelle.
On peut alors mettre les deux vérins en vidange, retirer les fils des entailles 21a du vérin et enlever celui- ci; l'ancrage est terminé. Le câble tendu, abandonné à lui- même, bloque le cône mâle, formé par les fils et les coins, dans le cane femelle. Les fils ne pourraient en effet glisser entre les coins que si l'angle de frottement entre coins et fils descendait au-dessous d'une valeur ss telle que ÒtgÓ tgss =ÒtgÓ/n; Ó étant le 1/2 angle au sommet du cône et n le nombre de fils. Or, cet angle Ó est choisi beaucoup plus petit que l'angle de glissement, ce qui rend celui-ci impossible, et cela, quel que soit l'état des surfaces des fils et des coins, même si ces surfaces étaient copieusement graissées.
Les pressions entre coins et fils sont d'ailleurs d'un ordre tel que la graisse s'il s'en trouve est chassée complètement.
Pour que l'ancrage résiste, il suffit donc que la paroi du cône femelle supporte l'effort du câble et qu'elle puisse le transmettre au béton.
C'est ici qu'intervient la frette en acier dur 33 qui reçoit les forces faisant avec l'axe du cône un angle qui est la somme de l'angle au sommet du cône et de l'angle de frottement acier sur béton.
Sous l'action du câble tendu, il s'établit, en @
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définitive, un équilibre entre les déformations des frettes 33 et 34 du béton 32 et du béton sous-jacent 35, équilibre comportant une grande déformation relative de la frette 33, une déformation relative beaucoup plus faible de la frette 34 et une mise en étreinte triple avec déformation plastique du béton 32 et réalisation de lignes isostatiques telles que IV, XY.
Dans la zone où se fait l'appui de la tête sur le béton 35 de l'ouvrage, ce béton peut être utilement fretté par des quadrillages.
Il est à remarquer que rien ne s'oppose à ce que l'on rainette le vérin en place une seconde fois; on peut tirer à nouveau sur les fils avec le vérin; débloquer les coins, augmenter la tension initiale (ou même la réduire).On peut donc réaliser les mises en tension de manière progressive, les corriger en cas d'erreur, etc...
La mise en tension terminée, on peut boucher le trou 36 par du béton et noyer les extrémités des fils¯,qui dépassent, dans du béton qui remplit une légère entaille pratiquée sur le côtédu trou 36.
La fig. 10 montre en coupe un bloc d'ancrage 32a en acier moulé muni du cône femelle 32b et dont la surface 32c, 32d sert à l'appui sur le béton pour la transmission des efforts engendrés par le câble tendu. On se sert de ce bloc d'ancrage de la manière qui a été décrite pour le bloc en béton.
La figure 11 montre l'extrémité d'une poutre muni d'armatures d logées dans des gaines, tendues et ancrées comme il vient d'être décrit. Les têtes d'ancrage e sont disposées aux extrémités des armatures dans les logements prévus lors de la coulée du béton.
Les blocs peuvent être aussi à section carrée ou rectangulaire, etbcomprendre des/dispositifs d'ancrage pour
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plusieurs câbles. En ce cas les frettes 34 peuvent être rem- placées par des quadrillages normaux au câble.
On voit que dans le procédé et les dispositifs décrits, le vérin qui tend les fils prend appui sur le béton qui constitue l'ancrage définitif, en sorte que la tension provisoire (pendant la mise en tension) et la tension défini- tive agissent suivant le même axe et sur la même matière, ce qui permet de comprimer toute la surface du béton jusqu'au maximum compatible avec sa résistance.
L'invention n'est pas limitée au cas où la mise en tension est opérée après durcissement du béton. Le béton enrobant les armatures tendues peut n'être coulé qu'après la mise en tension de ces armatures, à condition de disposer d'appuis pour les têtes d'ancrage pendant que se iuit cette mise en ces appuis peuvent être pris sur les cof- frages ou sur une partie du béton de la pièce, qui n'enrobe par les armatures, que l'on coule à l'avance et qui a déjà fait son durcissement avant la mise en tension.
Par exemple, dans le cas d'une poutre ayant une section en I comme représenté sur la fig.12, on peut, après mise en place des armatures d et des blocs d'ancrage, couler d'abord le béton de la partie hachurée, qui n'enrobe les ar- matures qu'aux extrémités de la poutre (fig.11). Quand ce béton aura durci, on mettra en tension les armatures dont les blocs d'ancrage s'appuieront sur lui. Une fois la ten- sion et l'ancrage terminés, on coulera le reste du béton autour des armatures tendues.
Le procédé et les dispositifs conformes à l'in- vention donnent aussi un moyen pratique de réaliser par des armatures tendues la solidarisation de pièces de béton dis- tinctes, disposées par exemple bout à bout. La mise en ten- sion des armatures que l'on placera par exemple dans des
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trous ménagés dans ces pièces assurera leur mise en compression les unes contre les autres.
Il va railleurs de soi que les modes de réalisation qui viennent d'être décrits n'ont été donnés qu'à titre d'exemples et qu'on pourrait les modifier sans sortir pour cela du cadre de l'invention.
Ainsi dans le cas où. les armatures sont tendues après prise et durcissement du béton la gaîne isolant les armatures du béton peut être réduite à un simple enduit d'une matière grasse ou d'une matière plastique fusible, à base de bitume, brai ou caoutchouc, appliqué sur les fils et protêt s'il y a lieu par un guipage en papier ou autres fibres. Cette matière plastique fusible peut être ramollie au moment de la mise en tension, par exemple par l'envoi d'un courant électrique dans les armatures.
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