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Constructions et éléments de construction soumis à des contraintes préalables et leurs procédés d'obtention.
Le Demandeur a déjà indiqué que l'on pouvait en exerçant sur un corps tel que le béton de résistance à la compression importante et de résistance à la traction nulle ou faible, une ou des compressions permanentes, lui - conférer la faculté de résister à des efforts de sens quel- conques. Cette compression permanente peut être réalisée en particulier par la mise en tension préalable, à un taux aussi élevé que possible, d'armatures en acier entre les deux extrémités des ensembles à comprimer.
Ce principe est devenu d'application courante dans les constructions en béton sous le nom de "béton précon- traint". Mais jusqu'à ce jour et bien que le Demandeur n'en ait pas, dans ses brevets antérieurs, limité l'application au seul béton, il n'a pas été appliqué aux constructions maçonnées proprement dites comportant l'emploi de joints garnis de mortier entre des blocs plus ou moins exactement parallélépipédiques.
L'attention du Demandeur a été attirée sur le fait qu'un ensemble de pierres naturelles ou artificielles ou de briques ou corps analogues, réunis par des joints de mortier dans les conditions ordinaires des constructions en maçonnerie, constitue un corps qui peut être rendu très re-, marquablement résistant à la compression, donc susceptible d'acquérir par précontrainte, d ans les mêmes conditions que des ouvrages en béton de même forme générale, des résistan- ces de flexion, traction ou torsion, avec cet avantage qu'il sera souvent plus facile d'obtenir de hantes résistances avec des pierres ou même des briques dont la résistance à la com- pression peut atteindre 2000 kg/om2 et plus, Jointe à des résistances à la traction fréquemment bien plus importantes que celles qu'il est possible d'obtenir avec le meilleur bé- ton.
Les pierres offrent en outre des conditions générales
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de qualité des surfaces notamment d'aspect et dans certains cas, de résistance chimique, qui devraient souvent les faire préférer au béton pour t'exécution de nombreux ouvrages.
Dans un tel ensemble de pierres réunies par des joints les points où la résistance à la traction est minimum se trouvent en général aux joints ; tension oonfér aux armatures, oompte tenu des chutes de tension possibles, notamment aux ancrages, sera donc en principe suffisante et les armatures distribuées pour que les efforts supportés en service par la pièce ne déterminent pas d'efforts de trac. tion capables d'engendrer la fissuration ou le décollement des joints. nais étant donnée la haute résistance des pierres à la compression, il sera possible le plus souvent et même avantageux d'utiliser des tensions préalables des armatures très supérieures à celles qui correspondent à ce résultat, lequel peut être considéré en général comme un minimum.
On sait en effet que le bénéfice des contraintes préalables, est d'autant plus grand que ces contraintes sont plus élevées. On pourra en conséquence utiliser comme armatures des aciers à haute et très haute limite élastique (aciers durs de composition spéciale, aciers écro@is, fils tréfilés, cordes à piano,etc..) tendus au voisinage de cette limite.
Des difficultés particulières se rencontrent dans l'application aux ouvrages en pierre, des principes des constructions précontraintes et la présente invention apporte en particulier les moyens de surmonter ces difficultés.
Dans le cas le plus général des constructions précontraintes, la mise en tension des armatures peut être obtenue par deux prooédés principaux :
1 ) ou bien on tend les armatures par des organes extérieurs au béton, on coule le béton tout autour, on le laisse durcir, puis on relâche lesliaisons extérieures des armatures dont la tension se reporte au béton soit par l'effet de l'adhérence, soit à l'aide d'ancrages spéciaux
2 ) ou bien on coule les ouvrages en isolant les armatures par rapport au béton, soit qu'elles soient extérieures à celui-ci, soit qu'elles soient contenuesdans des cavités ou rainures ménagées dans sa masse, soit qu'elle;
passent dans des tubes ou guipages ou soient revêtues (l'en- duits plastiques ou fusibles susceptibles de laisser une possibilité de glissement entre l'acier et le béton, soit à froid, soit après réchauffement de l'armature par divers pro. oédés, puis on tend les armatures en prenant appui sur le béton après durcissement de celui-ci et on les ancre aux deux extrémités. En principe, ces deux procédés sont également applicables au cas de maçonnerie en pierres ou briques de dimensions quelconques, mais la substitution des pierres au béton introduit dans les deux cas des difficultés particulières qu'il faut résoudre.
Ces difficultés proviennent du fait que la position, la forme et la répartition des armatures dans le béton ne sont par arbitraires. Elles sont commandées par l'ap plication des lois de la statique, de l'élasticité et de la résistance des matériaux appliquées aux ouvrages à réaliser.
Dans le béton, on peut les disposer exactement selon ce qu'exigent ces lois. Dans le cas des pierres, la disposition de celles-ci introduit des sujétions parfois difficiles à concilier avec les exigences de la stabilité.
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Considérons par exemple le ces le plus simple d'une poutre formée d'un prisme de béton armé d'un groupe de barres. Si on précontraint cette poutre, par le procédé n 1 (coulage autour de barres préalablement tendues) on utilisera en général des barres droites, dont la position est déterminée (uniquement pour leur centre de gravité) par les conditions de charge et de contraintes mAxima et minima de la poutre. Les conditions optima ne sont d'ailleurs pas les mêmes au milieu et aux extrémités et on devra adopter une solution Intermédiaire. En outre, on remarque que le report des actions des armatures sur le béton y crée des efforts de cisaillement spéciaux d'un ordre de grandeur extrêmement élevé, dont la considération conduit à répartir soigneusement les armatures dans la masse du béton.
L'inventeur a observé toutefois que la répartition des armatures n'a d'importance qu'aux extrémités des poutres et qu'en leur donnant dans ces zones extrêmes une répartition telle que la loi de compression qui en résulte pour le béton se rapproche d'une loi linéaire ou plane, il n'en résulte aucun effort tranchant dangereux.
Dans le cas du béton, on satisfait aisément à ces conditions en disséminant les armatures dans toute la masse du béton. Il est alors facile de réaliser un ancrage satisfaisant par la simple adhérence, complétée s'il y a lieu par des saillies que l'on peut prévoir sur les armatures.
Avec les maçonneries, rien de semblable n'est possible.
Les armatures doivent nécessairement être disposées dans les joints, et un ancrage quelconque provoquerait le décollement du joint d'avec les pierres ou les briques.Pour résoudre cette difficulté on pourra disposer à chaque extrémité de la poutre en pierres une pièce en béton formant about et munie d'armatures transversales de préférence en V pour reporter, de l'armature localisée au droit du joint, et nécessairement droite par construction, à toute la surface à comprimer, les efforts de précontrainte.
Les fig. 1 et 2 représentent respectivement en plan et en élévation une poutre ainsi réalisée.
Les éléments 3 en pierre taillée sont assemblés par des joints transversaux 3 en mortier selon deux files parallèles à l'ax de la poutre et réunies entre elles par un joint longitudinal 4. C'est dans ce joint que sont disposées les armatures 1 de précontrainte de la poutre ainsi 'consti- tuée.
Pour la fabrication, on tend les armatures par les moyens connus,par exemple au moyen de vérins, entre deux points A A situés à une distance plus grande que la longueur de la poutre, puis alors qu'elles sont tendues on assemble les pierres en coulant !le béton ou mortier des jointe,puis on coule aux extrémités les deux têtes de béton 5 formant abouts de la poutre en y disposant des armatures 6 en tonne de V, Quand le liant a fait prise et durci on relâche les dispositifs de tension et on sectionne les armatures au ras des tâtes 5, Des ancrages à clavettes, éorous ou autres,pourront être prévus sur les armatures longitudinales à l'inté- rieur des têtes 5 pour empêcher tout glissement des armatures si l'adhérenoe seule augmentée le cas échéant, par des rugosités ne suffit pas.
Les armatures transversales 6 servent à reporter la. tension des armatures longitudinales à toute la section des têtes 5, de manière que les pierres soient correctement précontraintes entre ces têtes. L'épaisseur de celles-ci sera en général au moins égale à la demi-épaisseur
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de la poutre. Leur coulage nécessitera des co:'.fryes; on pourra utiliser aussi un 'Joule dans lequel on disposera et coulera l'ensemble des 1:,.vents de la poutre, ce moule pouvnt servir de point d'8ppui pour 1'- ,ilsa en tension des armatures longitudinales, comme il est connu.
Dans le c@s de poutres puissantes les efforts de tension préalable à reporter sur les pierres se chiffrent en centaines de tonnes. Par exemple, pour une poutre de 50 x 50 précontrainte à 200 kg/cm en moyenne, l'effort
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de tension préalable sera de 500 tonnes; il f,,udr,,, donc que les pierres a'extrémité supportent des ch^rès de 250 ton- nes de port et d'autre de leur axe, de plus ces charges ne seront pas centrées dans le sens vertical. Les pièces d'extrémité5 seront alors des pièces importantes de di,nensione non négligeables et extrêmement chargées en armature.
La solution décrite présente un inconvénient au point de vue de l'aspect du fait que les pièces terminales
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en béton sont apparentes et peuvent rltérer l'ordonnance de la façade d'un bâtiment par la création de tâches de béton. On peut échapper à cet inconvénient en rrr'intenant en retrait la surface de béton et en utilisant un plrcage 8 (fig. 3) pour la masquer ou mieux en donnant aux pierres terminales des formes particulières telles que celle représen-
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tée en pl-n fi8.4.
Les efforts transmis "'u béton des têtes 5 par les armatures 1 par lTinterïaai tre ou de Il adhérence, ou de modules la ou d'un ancrée à olivette lb sont reportés aux pierres '3''extré.iité par les armatures 6 grâce à des stries en escalier 2a ménagées ûms ces pierres.
Lr' fig. 5 montre une disposition -.n-logue mais plus perfectionnée ànns laquelle le béton ü'Mnorrge 5 a un volume plus grand, grâce à deux pierres 2b convenablement conformées qui viennent se coller contre ce béton et le masquer.
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Enfin, on peut 6n-Eer de 1: 30rte plusieurs joints successifs vers les extrémités de la poutre (fig.6).
Dans tous les iodes de réalisation précédents, des armatures transversales tendues peuvent être disposées dans les joints
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trsvers8UX 3 pour obtenir des précontraintes tr0nsversales. On peut ussi mettre dans les joints transversaux des armatures non tendues. Dans le cas de poutres faiblement chargées, de telles armatures dans les joints courront même suffire à réaliser 1- s:>liÚ"ris"'tion du joint et des pier- res. lii le nombre des -Cils d'armatures dans chaque joint, ni le nombre des joints longitudinaux, ne sont limités. On représenté fig. 1 à 6 un seul joint longitudinal,
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mais il est alfiir qu'il pourra y en avoir mutant que l'on voudra.
Ce système permettra de prép'rer en usine et
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en série, des poutres, par exemple des lintewux formés de moellons de diverses façons ou pierres de taille de petit,
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moyen et gros rtpnreil de toutes qualités, ne comportant que des quantités de béton ou mortier absolument minimes n'apparaissant j'mais en façade, smuf dans l'épaisseur des joints aussi minces que d'usage en maçonnerie non précon-
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trainte.
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On pourra faire par ce moyen, non seulement des linteaux, mais aussi d'excellents planchers surtout inté- ressants pour les fortes charges et si les pierres sont dures et d'épaisseur convenablement réglée, le plafond et le plancher pourront, sans aucun enduit, présenter un as- pact très satisfaisant de pierre taillée, correspondant à celui d'une voûte appareillée.
Si la mise en tension des aciers est effectuée par le deuxième procédé rappelé dans le préambule, le problème peut se présenter sous les aspects plus divers, les armatures pouvant, sans complication d'exécution, cesser d'être droites pour prendre les formes les plus variées, ce qui permet des solutions beaucoup plus avantageuses, les s condi- tions d'utilisation optima des armatures et du béton pou- vant être satisfaites, tant au milieu des travées que sur les appuis. On peut aussi réaliser, non seulement des pou- tres droites simples, mais des poutres continues, des por- tiques, des poutres à béquilles, des cadres et toutes autres combinaisons iso ou hyperstatiques.
On pourra comme dans le béton précontraint, dispo- ser des armatures dans des joints longitudinaux Ménagés entre les pierres en protégeant ces armatures contre l'ad- hérence du mortier ou béton des joints par les moyens déjà connus tels que enduits bitumineux, fusibles ou plastiques, tubes, guipages,etc... Mais cette solution conduira à l'emploi de joints en général très épais et ne sera à retenir que dans le cas de pierres trop dures ou trop fragiles pour être facilement percées.
En général, il sera avantageux de garder aux joints une épaisseur normale et de percer des trous dans les pierres avec tout moyen de forage approprié. Ces trous percés droits dans chaque pierre peuvent former dans leur ensemble une ligne polygonale épousant très sensiblement un tracé courbe de forme optima, comportant dans les par- ties non fléchies une pré-compression uniforme et dans les parties où des moments dus aux charges sont à prévoir une pré-compression non centrée opposant aux flexions développées par les charges des moments préalables de sens inverse. Toute disposition d'armatures peut être ainsi réalisée, en une ou plusieurs directions.
Cette méthode rencontre plusieurs difficultés.
En premier lieu, il faudra obtenir des joints de résistan- ce élevée et remplis parfaitement bien, tout en évitant de boucher les trous des pierres destinées aux armatures, sous peine d'empêcher le passage ultérieur de celles-ci ou de les sceller .si elles sont mises en place avant l'exé- cution des joints. poux éviter cet inconvénient, on pourra goudronner et guiper les armatures, si elles sont mises en pièce avant remplissage des joints, ou encore raccorder les trous des pierres successives par des éléments de tu- bes.On pourra aussi remplir les joints après mise en place de quelques pierres seulement et empêcher le bouchage des trous par des mandrins tels que 8 (fig.7) introduits par les trous 7 des pierres et retirés aussitôt le joint'fait.
Un autre procédé consistera, toutes les pierres une fois posées, à garnir l'ensemble des trous 7. d'une chambre à air 8 en caoutchouc (fig.8) que l'on gonflera et autour de laquelle on fera le remplissage des joints en utilisant par exemple un mortier de ciment riche, pervibré en masse hors du joint et mis en place par une seconde vibration réalisée dans le joint même. Ceci fait on retirera la chambre à air après l'avoir dégonflée et il sera facile de mettre en place les armatures puis de les tendre en prenant appui sur les pierres.
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La difficulté principale consiste dans la réalisa- tion des ancrages servant à transmettre aux pierres les efforts de précontrainte en général énormes.
Il faut observer en effet que l'exécution des trous et les sujétions qu'ils impliquent quant à l'exécution des joints et au passage des câbles, surtout en ce qui concerne leur raccordement exact au passage d'une pierre à l'autre, augmentent peu avec le diamètre des trous, mois beaucoup avec leur nombre.
D'autre part, si l'on veut utiliser au maximum les qualités de pierres résistnnt à 1000 - 1500 kg/cm2 par exem- ple, il faudra les précontraindre à des trux de l'ordre de plusieurs centaines de kilos par cm2; une précontrainte de 300 kg/om2 s'exerçant sur une pierre de dimensions médiocres de 50 x 50 cm correspond à une tension totale des ar:atures de 750 tonnes qu'il faut capter et reporter sur la pierre.
Si l'on divisait l'armature en groupes capables de 25 T. chacun il faudrait 30 groupes et 30 trous qui feraient de chaque pierre une écumoire et rendraient très difficile l'exécution de joints bien pleins réservant complètement tous ces trous. Il sera beaucoup moins onéreux de prévoir soit 3 ou 4 trous de 50 ou 60 mm, soit même un trou unique pour lequel un diamètre de 10 cm environ permettra de loger 300 fils de 5 mm.
Le Demandeur . breveté divers procédés et dispositifs permettant de réaliser la mise en tension d'armatures en câbles ou paquets de fils, puis l'ancrage sous tension de ces armatures par des orgnes très économiques et de faible encombrement fonctionnant par coincement d'éléments divers (cônes, coins, clavettes, mortier,etc...) entre les fils maintenus par une enveloppe résistante de forme générale intérieure conique ou même cylindrique.
Les dispositifsde mordaches à coins les plus divers peuvent être imaginés mais il y a lieu d'observer que le coût par unité de résistance des ancrages quels qu'ils soient, augmente comme la racine carrée de leur puissance, qui croit comne le carré de leurs dimensions linéaires ^.lors que leur prix augiente comme le cube de ces dimensions. En même temps la réalisation des gros ancrages exige des outillages plus encombrants et plus dispendieux.
La puissance unitnire des ancrages est donc limitée.
Un ancrage de 500 T., outre sa difficulté d'utilisation et d'encombrement, coûterait cinq fois plus cher au moins que 25 ancrages de 20 T. de même puissnnce totole.
Au point de vue de la réalisation, deux cas peuvent donc se présenter : ler Ces - Les efforts exercés par un groupe d'arma- tures correspondant à un trou sont assez modéras pour per- mettre l'utilisation d'un ancrage unique, établi par exemple conformément aux demandes de brevets franchis du Demandeur en date du 26 Août 1939 pour : Système d'ancrages de câbles sous tension destinés à la récusation de constructions en béton précontraint; du 28 octobre 1940 pour : Dispositif de mise en tension et d'ancrage de câbles convenant en particu- lier à lr réalisation de constructionsen béton précontraint et du 30 septembre 1941 pour : Système d'ancrages de câbles sous tension destinés à la réalisation de construction en béton précontraint.
En ce cas, il suffira de loger cet ancrage dans la dernière pierre, grâce à un simple élargissement du trou d'arrivée du oâble.
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Cette solution sera généralement possible, parce que dans les sections de la pièce où. se fait l'ancrage, qui sont en général des sections non fléchies, les précon- traintes moyennes à réaliser excèdent rarement le 1/6 ou au plus le 1/4 de la résistance à la compression de la pierre, donc un trou de section égal au 1/4 de la section totale de la pierre et souvent même très inférieur suffira parfaitement. Des ancrages analogues à ceux décrits dans les demandes de brevets précitées du Demandeur mais adaptés à leur nouvelle application, conviendront ici très bien,mais il est olair qu'on pourrait les remplacer par d'autres an- orages même plus onéreux et moins parfaits et obtenjr malgré cela des réalisations industriellement utilisables.
On pourra choisir pour les pierres d'ancrage des blocs particulièrement sains et résistants ou m8me des pierres de qualité spéciale.
En étudiant cesancrages on ne perdra pas de vue les remarquables facultés de résistance à la traction de certai- nes pierres; de beaucoup supérieures à celles des meilleurs bétons. Elles peuvent être utilisées pour réaliser la répar- tition des efforts d'ancrage transmis par les organes d'an- orage à des surfaces de pierre limitées.
La fig. 9 montre à titre d'exemple, en coupe vertica- le, l'extrémité d'une poutre en pierres précontraintes réali- sée selon ce qui vient d'être dit. La pierre d'extrémité 2 comporte deux cavités cylindriques ou coniques 10 à parois de préférence irrégulières servant à loger les têtes d'an- orage de deux groupes d'armatures longitudinales 1 qui sont disposées chacun dans les trous 7 des pierres et sont consti- tuées par des paquets de fils. Ces paquets de fils peuvent être goudronnés et guipés pour faciliter leur mise en tension après réalisation de la poutre.
Les têtes d'ancrage 11 sont constituées par des pièces cylindriques ou coniques très résistantes, en béton fretté, acier moulé ou autre, ayant de préférence une paroi externe de tonne irrégulière, par exemple striée et de diamètre plus petit que celui des cavités 10 de manière que l'on puisse-couder, entre elleset lesdites cavités, une couche de mortier ou de béton 12, régularisant la transmission des efforts.
Selon ce qui a été dit dans ledemandes de brevets précitées du Demandeur, ces têtes 11 sont munies d'un évide- ment 13 tronconique, contre la paroi duquel on peut étaler les fils du câble et les serrer au moyen de coins enfoncés à force, soit dans l'axe de la cavité, soit entre ces fils eux-mêmes. De la manière également indiquée dans lesdites demandes de brevets antérieur, la mise en tension des fils avant blocage des coins peut se faire en moyen d'un vérin prenant appui sur la pierre d'ancrage 2 et saisissant le s fils par des mordaches à coins. Une fois les armatures tendues et bloquées dans les têtes d'ancrage 11, les fils sont coupés au ras de ces t8tes et les cavités 10 peuvent être comblées par un coulis de mortier ou de béton.
Comme le montre la variante de la fig.10, l'ancrage au lieu d'être noyé dans la dernière .pierre, peut être disposé en saillie sur aelle-oi et être alors masqué par une pierre rapportée 2c munie d'une cavité 2d dans laquelle se loge l'an- orage. Celui-ci peut être muni d'une large embase 14 diminuant la pression unitaire sous l'ancrage. Une telle disposition permet d'accroître la zone d'appui de la poutre, tout en évitant de soumettre à de grands efforts une pierre largement échancrée; on évitera ainsi l'obligation de rechercher pour ce bloc d'extrémité une qualité de pierre élevée.
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Deuxième cas - Les précontnintes sont très importantes. On aura alors presque toujours intérêt à utiliser des groupes d'armatures de section et nombre de fils, tels qu'un seul ancrage deviendrait trop onéreux et trop difficile à réaliser. On partagera alors le câble en un certain nombre de câbles secondaires qui pourront être tendus chacun par un ancrage spécial.
La fig. 11 montre à titre d'exemple une coupe de l'extrémité d'une poutre ou d'un linteau correspondant à une telle réalisation. Le paquet de fils qui traverse chaque pierre par un unique trou 7 est partagc, à sa sortie de la
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pierre extrme 2 en n groupes de fils la, lb, Ic, etc.... aboutissant chacun à un ancrage particulier ].la, llb, 11c, etc.. (établi selon les principes exposes ci-dessus) grâce à des canaux, constitués par exemple psr des tubes 15a, 15b, 15c, etc... noyés dans une masse de béton 5 formant about de la poutre et durcie avant mise en tension. Cette -nasse de béton devra. être munie de puissants fretta,gcs ou armatures transversales 16.
La forme courbe donnée aux armatures tendues à l'intérieur de cette masse d'ancrage permettra en général d'éviter l'emploi des armatures transversales en V déjà décrites en regard de la fig.l et qui sont nécessaires dans le cas d'armatures tendues à l'avance et presque inévitablement rectilignes. Mais il est évident que dans certains cas, ces armatures auxiliaires en V pourraient renure des services pour la transmission des efforts même.' avec les
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ar;1}(;l tures courbes.
La solution qui vient c'être décrite peut être jugée inacceptable du point ce vue de l'aspect. pour la constitution. de linteaux de façade par exemple. On pourra alors la modifier selon la iig. 12 en masquant par de la pierre le bloc de béton d'ancrage 5.
On pourra avoir reçours à une pierre terminale, 2a en un seul bloc eviae et. munie, de stries en escalier pour recevoir la masse ue béton 5 ou
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bien utiliser aeux plaques en pierre >i placées ae part et d'autre au bc:ton 5, ce qui offre l'avantage ce permettre les déformations des armatures de frettage 16 sans risquer une rupture de la masse de pierre.
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Les solutions décrites sont applic112 des poutres de toutes portées et Charges (on a dejà cite le cas des linteaux).
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Li ménageant c.ans cna(ue pierre des trous disposés dans c-eux directions orthogonales, on pourra. réaliser 1 l'aide de deux roseaux orthogonaux d',xrm.tunr-.s de prÉcon- trainte, des dalles ou planchers oe grande étendue et capables de supporter d'énormes charges.
Les figs. 13 et 14 rcprcsentent respectivement en coupe verticale et en plan un plancher ainsi rcolisé.
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Les pierres 2 assembJ.ees par ces joints verticaux - dans ceux séries de plans perpendiculaires sont perches de trous orthogonaux 7a 7a et 7b qui permettant de réunir ces pierres
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et ce les pre'contraindre osns ceux vircctions orthogonales par les deux réseaux d'armatures 20a 20a a'une part et 20b d'autre part. Sur les quatre côtes du plancher ainsi constitue, les pierres extrêmes portent des logementspour
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les têtes d'ancrage 21a et Zlh réalisées comme 11 a etf- dit ci-dessus.
En par ticulier, l'exécution dans une grande ville
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de ponts très plats ou même en bandeaux droits, ou de linteaux monumentaux peut être envisagée, usqu'à des portées dépassant très largement 50 mètres et même beaucoup plus, si on envisage la constitution de poutres continues ou de porti ques ou poutres à béquilles. Ce système pourrait également être apoliqué à des arcs en pierre pour les rendre capables de supporter de très grands efforts de flexion sous l'action de charges roulantes, dans des cas où la compression résultent de leur poids serait insuffisante; on pourrait aussi obtenir des planchers d'étendue quelconque.
A titre d'exemple, la fig.15 représente une coupe en long d'une poutre à travées solidaires reposant sur des appuis 22,23, 24 ... et réalisée comme il a été dit.les trous percés dans les pierres 2 pour recevoir les armatures longitudinales de précontrainte 1 permettent de donner à ces armatures le profil sinueux préférable dans ce genre d'appli- cation. Aux extrémités,'l'ancrage est réalisé selon l'une des façons décrites en regard des fig.ll et 12. Si la poutre est large, elle pourra être formée de plusieurs files de pierres juxtaposées à celle de la fig.15 et assemblées par des armatures de précontrainte transversales 20b, passant dans des trous ménagés dans les pierres perpendiculairement au plan du dessin.
En appliquant les mêmes principes (précontrainte dans deux directions rectangulaires) on pourra réaliser très facilement des planchers sans nervures, dits planchers champignons, reposant directement par certains éléments, qui pourront recevoir une épaisseur plus forte, sur des appuis inter- médiaires.On. pourra également réaliser des poutres caissons.
Dans le cas de poutres ou planchers à travées nombreuses et notamment de planchers-champignons, on pourra aussi utiliser la disposition représentée schématiquement en coupe verticale sur la fig,16,
La théorie montre que moyennant un profil convenable a, b, c, d, e, f, ..... de l'ihtrados de la poutre et une forme convenable de l'armature dans les travées terminales entre A et B, on peut réaliser une distribution efficace des précontraintes en laissant rectilignes les armatures à partir de B. Cette partie reotiligne des armatures qui peut être située au-dessus de la poutre ou du plancher, comme figuré sur le dessin, facilite la mise en tension. Elle peut 8tre noyée, après la tension, dans un revêtement exécuté sur le dessus de la poutre ou du plancher.
On pourra aussi dans de nombreux cas réaliser des constructions à armatures extérieures visibles, protégées par un des procédés classiques contre la corrosion ou en acier inoxydable.
La fig, 17 représente en élévation un mode de réalisation d'une poutre de ce genre.
La fig. 18 en est une coupe transversale selon la ligne XVIII-XVIII.
Le fig. 19 en est une vue en bout.
L'âme de la poutre est formée de pierres 2 de part et d'autre desquelles sont disposés symétriquement les deux groupes d'armatures de précontrainte 40,41. Ces armatures sont ancrées à leurs extrémités dans des têtes de béton
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ou même de pierre 42 et elles s'appuient sous la tranche inférieure ue pierres 43 plus larges que les pierres 2.
Les blocs terminaux 42 peuvent être frottés ou précontraints transversalement.
En juxtap sant plusieurs éléments semblables au précédent comme le montre la vue en plan de la fig.20, on peut obtenir une ossature convenant à des ouvrages complexes, par exemple une ossature de pont. Toutefois, on pourrait utiliser les mêmes formes d'armatures en les logeant dans des cavités de forme rppropriée.
Les moyens décrits en regard des fig. 13 à 16 permettront de réaliser des planchers sans nervures très minces pour des portées et des charges considérables et avec de fpible frais; cette forme sera très souvent enployée.
Toutefois l'exécution de constructions nervées, voire très complexes, n'est nullement exclus; elle permettra même d'obtenir des ponts ou des monuments extrêmement considérables et particulière @ent remarquables ou point de vue de l'aspect.
La fig. 21 représente à titre d'exemple une vue en plan schématique d'un plancher nervé.
Les fig. 22 et 23 en sont des coures verticales partielles selon les lignes XXII-XXII et XXIII-XXIII.
Le plancher comporte des poutres principales 30 formées de pierres précontrnintes par un ou plusieurs câbles 31, des poutres secondaires 32 perpendiculaires aux premières et dont les pierres sont précontraintes par des armntures 33, enfin des pierres 34 formant le dallage du plancher dans les intetvalles entre lespoutres principales et secondaires, ces pierres étpnt également précontraintes par des armatures les traversant et disposées dans deux directions orthogonales, parallèles respectivement aux armatures 31 et 33 des poutres principales et secondaires 30 et 32.
On remarquera que dans une telle construction tous les blocs des nervures principales ou secondaires ainsi que des dalles intermédiaires sont arasés au plan supérieur, tous les joints entre éléments étant exclusivement verticaux; le pose de dalles à plat sur le dessus des nervures devant être de préférence évitée.
Sur le fig. 21 leslignes en trrits forts représentent les joints verticaux entre les pierres des dalles 34 et celles des poutres principales et secondaires, tandis que le quadrillage en traits plus fins représente les joints verticaux entre les dalles 34.
De telles constructions pourraient 8tre traitées en oalcaire dur, marbra, granit, porphyre et commorter un très grand luxe et un aspect mon@mental de premier ordre, sans recoure à aucun placage ni ornementation artificielle plus ou moins préoaire.
On a indiqué que la répartition des efforts d'armatures sur les extrémités des systèmes comprimés cons-
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titue la principale difficulté de la réalisation des systèmes précontraints en pierre. Or il y a un cas où ce problème se simplifie considérablement: c'est celui des cadres complets ou des cercles. Soit par exemple un encadrement de fenêtre en pierre ou brique tel que celui représenté fig.24; que l'armature soit dans l'axe des éléments du cadre ou à une distance X de l'axe de ces éléments, peu importe, les moments égaux au produit par X de la tension s'annulant réciproquement aux angles du cadre.
On peut donc former un cadre de fenêtre, soit en préoomprimant les pierres des quatre côtés selon leur axe ou au voisinage de leur axe par des câbles tendus passant dans des trous de ces pierres et aboutissant à des pièces d'ancrage 35, soit en préoomprimant l'ensemble du cadre par une frette continue.
La mise en tension de cette frette pourra s'obtenir par de nombreux moyens notamment par application du procédé décrit dans la demande de brevet déposée par le De- mrndeur le 29 juin 1943 poru:"Procédé et dispositifs de mise en tension de frettes, particulièrement applicables à la réalisation des réservoirs et autres corps creux en béton et produits ainsi obtenus."
Il conviendra d'arrondir largement les angles extérieurs du cadre et de placer sous les aciers dans les angles une selle formée généralement d'un simple feuillard.
Dans le cas de chaînages de cadres comportant des pierres en décrochement, il conviendra ou de fendre les pierres en saillie (fig.25) dans un plan parallèle au plan du cadre pour laisser passer les fils de manière qu'ils arasent la surface des pierres en décrochement, soit si les fils sont posés sur la surface des pierres en saillie (fig.26) de cacher les fils, après pose du cadre, par des moellons 36 du mur attenant (coupe de la fig.27).
La réalisation de blocs d'encadrement de baies, de fenêtres par exemple, pouvant être fabriquées à l'avance en usine, en pierres précontraintes, constitue une applic a- tion de l'invention particulièrement intéressante. Outre que l'emploi de tels blocs simplifie considérablement la tâche de l'architecte, en lui évitant notamment la taille de voussoirs pour les linteaux, on peut parvenir de cette façon à réaliser des linteaux de grande portée et à haute-résistance supportant parfaitement le poids des maçonneries supérieures, planchers,comblas,etc...
Ces blocs pourront comporter un cadre complet comme il a été indiqué sur la fig.24 ou simplement les pieds droits et le linteau, formant ainsi un ensemble en U renversé.
La fig. 28 est une vue en élévation d'un bloc de ce genre fabriqué d'avance en usine.
La fig.29 est un détail de l'extrémité inférieure d'un pied droit dans une variante.
La fig. 30 est une coupe transversale d'un pied droit selon la ligne XXX-XXX.
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Les fige 31 et 31a sont des coupes transversales selon la ligne XXXI-XXXI dans les cas respectifs de fenêtres sans volet roulant et avec volet roulant.
Dans ce mode de réalisation, les pieds droite et linteaux du bloc d'encadrement en forme d'U renversé, se composent de pierres 2 taillées et @ssemblées à joint seo ou à bain de mortier. Les pierres des pieds droits sont munies chacune de deux trous verticaux 35a (fig.30) servant au passage de deux groupes d'armatures verticales de pré- contrainte munies à leurs extrélités d'ancrages 35 à écrou, clavettes ou autres (drns l'exemple décrit chacun de ces groupes oomporte deux fils d'acier à haute limite élastique tendus ou voisinage de cette limite).
Les pierres du linteau comportent de même ohacune dans le cas de fenêtres sans volet roulant (fig.28 et 31) deux trous horizontaux 36a pour deux groupes d'armatures horizontales de -précontrainte; .les pierres ngulaires 20 comportant à ln fois des trous verticaux et des trous hori- zontaux pour les armatures du pied droit correspondant et du linteau.
Dans le cas de fenêtres avec volets roulants (fig.31a) les pierres du linteau ont une épaisseur réduite de manière à permettre l'aménagement en arrière du linteau, dans l'é- paisseur du mur, d'un logement 37 servant à recevoir le rou- leau horizontal du volet. Dans ce cas, les armatures de pré- contrainte des pierres du linteau ne comportent qu'un groupe de fils. Le logement 37 du volet peut être fermé en haut par une dalle en équerre 38, en béton précontraint par exemple, ou encore par une cornière en tôle ou par tout autre moyen.
Les pierres des pieds droits et s'il y a lieu du linteau comportent en section, corme le montrent les fig.
30 et 31, une forme adaptée au montage des châssis de fenê- tre.
Les éléments de base des pieds droits peuvent être rectilignes (fig.28) ou comporter des pattes en équerre 39 (fig.29 selon que les pieds droits descendent ou non jusqu'au niveau d'un plancher.
Les éléments des pieds droits oomporteront avanta- geuse,nent des trous à scellement tant pour les châssis de fenêtre que pour les volets roulants, garde-manger, coffre à linge, cache radiateur,etc... Il est possible de disposer ces trous de telle feçon qu'il s'en t rouve toujours dans le voisinage des paumelles des fenêtres avec ou sans imposte.
Au cours des manutentions et du transport des blocs fabriqués d'avanoe en usine, il y n lieu d'entretoiser les pieds droits avec une pièce rigide empêchant toutes déforma- tions.
Ces blocs peuvent être posés soit à l'intérieur de percements rectangulaires réservés dans des murs déjà construits, soit avant construction des murs. Dans ledeux cas, la mise en place peut être opérée nu moyen d'engins de levnge normaux. On peut munir les blocs de cônes de centrage en saillie permettant de les mettre à leur place exaote par engagement de ces cônes dans des cavités ménagées dans des
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appuis soigneusement réglés, ces appuis pouvant comporter des plaques métalliques eu-dessous des empâtements des pieds droits. Tout autre dispositif de guidage ou de repérage peut ---- d'ailleurs être utilisé.
Un tel bloc d'encadrement présente, comme on la comprend, les avantages suivants :
La fabrication peut être réalisée à grand rendement, sans main d'oeuvre spécialisée et sans coffrage; son transport ne présente aucune difficulté; la forme et la dimension des éléments du bloc peuvent être normalisées de manière à permettre de réaliser, avec un nombre réduit d'éléments différents, tous les types usuels de baies.
Il convient d'ailleurs de noter que cet avantage de permettre une normalisation des formes et des dimensions des éléments est un avantage général des constructions en pierres précontraintes, conformes à l'invention.
Tous les éléments vus peuvent 8tre en pierres de la plus belle qualité, taillées, polies ou sculptées.
En résumé l'invention permet de transférer toutes les possibilités artistiques et décoratives des pierres taillées et des voûtes aux linteaux et éléments droits quelles qu'en soient la portée et la disposition. Toutefois. l'utilisation d'éléments en pierres artificielles ou régéné- rées, notamment de pierres moulées en béton est également possible. On pourra envisager l'utilisation combinée de bri- ques, de pierres et d'éléments en béton.
A titre de variante on pourrait réaliser des lin- teaux et des blocs d'encadrement en béton précontraint fabri- qué selon les techniques habituelles de ce matériau, le nu du béton étant masqué en façade par des placages, en pierre, en céramique ou autre, collée sur le béton. Les éléments de ces placages pouvant être par exemple disposés au fond des moules, de manière à adhérer au béton qui sera coulé sur eux.
On peut exécuter par les moyens décrits des poutres courbes en plan ou horizontal ou vertical ou même des pou- tres gauches. Par exemple une vis de pierre, formée de blocs successifs superposés, comprimés par un câble axial unique ou plusieurs câbles, peut etre rendue stable et très résis- tante sous des dimensions quelconques.
Une fois les câbles tendus, il convient de les protéger contre l'oxydation en injectant dans les canaux qui les contiennent un matériaux approprié par exemple du mortier de ciment ne tachant pas la pierre, additionné d'un peu d'argile ou de silicates et de chaux grasse pour faciliter l'injection et améliorer la puissance de protection, celle-ci résultant surtout de la réalisation d'un pH élevé.Dans les ouvrages luxueusement traités on pourra utiliser soit des aciers pro- tégés par des enduits ou des revêtements spéciaux contre la oorrosion, voire même des aciers inoxydables dans leur masse tels que des aciers au nickel.
Le faible poids d'acier néces- saire dans de telles constructions autorise en effet l'utili- sation d'aciers d'un prix élevé, et,de propriétés très parti- culières telles que l'inaltérabilité quelles que soient les
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circonstances climatiques.
Dans le cas de briques, on obtiendra des résul- tata intéressants d'utilisation en réalisant tant les oa- naux que les ancrages terminpux au moyen de briques perfo- rées, semi-perforées ou de formes spéciales.
La pierre précontrainte peut présenter un inté- rêt spécial du point de vue chimique, en permettant notam- ' ment de réaliser des ouves ou des réservoirs de toute capa- cité et pour toutes pressions, les joints pouvant être cons- titués par des ciments spéciaux ou des résines synthétiques durcissant à froid ou à chaud (dans ce cas on les chauffe- ra par exemple à l'aide de résistances noyées dans les joints). Les propriétés de résistance chimiques de tels réservoirs et cuves seront oelles de la pierre et des joints utilisée, les aciers devant 8tre protégés par des enduits ou un isolement convenablement étudié s'ils sont exposés à des émanations corrosives.
Il va d'ailleurs de soi que les modes de réalisa- tion décrits n'ont été donnée qu'à titre d'exemples non limitatifs et qu'ils pourront être multipliée ou modifiés, notamment par la mise en oeuvre d'équivalentstechniques, sans que l'on aorte pour cela du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS
1. Un procédé permettant d'obtenir , à partir de pierres naturelles ou artificielles, de briques ou autres corps analogues assemblés, des constructions et éléments de construction capables de supporter des charges élevées, sans qu'il soit nécessaire de recourir à une taille spécia- le donnant un effet de voûte, lequel procédé consiste à soumettre les pierres et leurs joints à des contraintes de compression permanentes au moyen d'armatures principales tendues à un taux oonvenable.
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Constructions and construction elements subject to prior constraints and their production methods.
The Applicant has already indicated that, by exerting on a body such as concrete with high compressive strength and zero or low tensile strength, one or more permanent compressions could be given to it the ability to resist efforts of any meaning. This permanent compression can be achieved in particular by pre-tensioning, at as high a rate as possible, steel reinforcements between the two ends of the assemblies to be compressed.
This principle has become widely applied in concrete constructions under the name of "precast concrete". But to date and although the Applicant has not, in his previous patents, limited the application to concrete alone, it has not been applied to masonry constructions proper comprising the use of joints filled with mortar between more or less exactly parallelepipedal blocks.
The attention of the Applicant has been drawn to the fact that a set of natural or artificial stones or of bricks or the like, joined by mortar joints under ordinary conditions of masonry constructions, constitutes a body which can be made very re- markedly resistant to compression, therefore liable to acquire by prestressing, in the same conditions as concrete structures of the same general shape, bending, tensile or torsional resistance, with the advantage that it will be often easier to obtain high resistances with stones or even bricks whose compressive strength can reach 2000 kg / om2 and more, Joined to tensile strengths which are frequently much greater than those it is possible to obtain with the best concrete.
The stones also offer general conditions
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of surface quality in particular of appearance and in certain cases of chemical resistance, which should often make them prefer to concrete for the execution of numerous works.
In such a set of stones joined by joints the points where the tensile strength is minimum are generally found at the joints; tension oonfér to the reinforcements, taking into account the possible drops in tension, in particular at the anchors, will therefore in principle be sufficient and the reinforcements distributed so that the forces supported in service by the part do not determine the stress of trac. tion capable of causing cracking or detachment of the joints. However, given the high resistance of stones to compression, it will most often be possible and even advantageous to use preliminary tensions of the reinforcements much greater than those which correspond to this result, which can in general be considered as a minimum.
It is in fact known that the benefit of the prior constraints is all the greater as these constraints are higher. Steels with a high and very high elastic limit (hard steels of special composition, green steels, drawn wires, piano strings, etc.) stretched in the vicinity of this limit can therefore be used as reinforcements.
Particular difficulties are encountered in the application to stone structures of the principles of prestressed constructions and the present invention provides in particular the means of overcoming these difficulties.
In the most general case of prestressed constructions, the tensioning of the reinforcements can be obtained by two main prooédés:
1) or the reinforcements are stretched by bodies external to the concrete, the concrete is poured all around, it is allowed to harden, then the external links of the reinforcements are released, the tension of which is transferred to the concrete either by the effect of adhesion , or using special anchors
2) or the structures are poured by insulating the reinforcements from the concrete, either that they are external to the latter, or that they are contained in cavities or grooves formed in its mass, or that it;
pass through tubes or wraps or are coated (plastic or fusible inserts capable of leaving a possibility of sliding between the steel and the concrete, either cold or after heating of the reinforcement by various pro. oédés, then the reinforcements are stretched by resting on the concrete after it has hardened and they are anchored at both ends.In principle, these two processes are also applicable to the case of stone or brick masonry of any dimensions, but the substitution of concrete stones introduces in both cases particular difficulties that must be resolved.
These difficulties arise from the fact that the position, shape and distribution of the reinforcements in the concrete are not arbitrary. They are controlled by the application of the laws of statics, elasticity and resistance of materials applied to the works to be carried out.
In concrete, they can be arranged exactly according to what these laws require. In the case of stones, their arrangement introduces constraints that are sometimes difficult to reconcile with the requirements of stability.
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Consider for example the simplest ces of a beam formed by a reinforced concrete prism of a group of bars. If this beam is prestressed, by method n 1 (casting around previously tensioned bars), straight bars will generally be used, the position of which is determined (only for their center of gravity) by the load and stress conditions mAxima and minimum of the beam. The optimum conditions are also not the same in the middle and at the ends and an intermediate solution should be adopted. In addition, one notices that the transfer of the actions of the reinforcements on the concrete creates there special shear forces of an extremely high order of magnitude, the consideration of which leads to carefully distributing the reinforcements in the mass of the concrete.
The inventor observed, however, that the distribution of the reinforcements is only important at the ends of the beams and that by giving them in these extreme zones a distribution such that the compression law which results from it for the concrete approaches linear or plane law, it does not result in any dangerous shearing force.
In the case of concrete, these conditions are easily satisfied by disseminating the reinforcements throughout the mass of the concrete. It is then easy to achieve satisfactory anchoring by simple adhesion, supplemented if necessary by projections which can be provided on the reinforcements.
With masonry, nothing similar is possible.
The reinforcements must necessarily be placed in the joints, and any anchoring would cause the joint to detach from the stones or bricks.To solve this difficulty we can have at each end of the stone beam a concrete part forming a butt and provided with transverse reinforcements preferably in V to transfer, from the reinforcement located in line with the joint, and necessarily straight by construction, to the entire surface to be compressed, the prestressing forces.
Figs. 1 and 2 respectively show in plan and in elevation a beam thus produced.
The cut stone elements 3 are assembled by transverse joints 3 in mortar in two rows parallel to the axis of the beam and joined together by a longitudinal joint 4. It is in this joint that the prestressing reinforcements 1 are placed. of the beam thus formed.
For manufacture, the reinforcements are stretched by known means, for example by means of jacks, between two points AA located at a distance greater than the length of the beam, then while they are stretched the stones are assembled by sinking ! the concrete or mortar of the joints, then the two concrete heads 5 forming the ends of the beam are poured at the ends by placing reinforcements 6 in ton of V, When the binder has set and hardened, the tension devices are released and the reinforcements are cut off flush with the heads 5. Key anchors, éorous or others, may be provided on the longitudinal reinforcements inside the heads 5 to prevent any slippage of the reinforcements if the adhesion alone is increased if necessary , by roughness is not enough.
The transverse reinforcements 6 are used to postpone the. tension of the longitudinal reinforcements to the entire section of the heads 5, so that the stones are correctly prestressed between these heads. The thickness of these will generally be at least equal to the half-thickness
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of the beam. Their casting will require co: '. Fryes; we can also use a 'Joule in which we will place and cast all the 1:,. winds of the beam, this mold can serve as a point of support for the -, they have in tension of the longitudinal reinforcements, as it is. known.
In the case of powerful beams, the preliminary tension forces to be transferred to the stones amount to hundreds of tons. For example, for a beam of 50 x 50 prestressed to 200 kg / cm on average, the force
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of preliminary tension will be of 500 tons; it f ,, udr ,,, therefore that the stones at the extremity support loads of 250 tons of port on the other side of their axis, moreover these loads will not be centered in the vertical direction. The end pieces5 will then be important pieces of non-negligible di, nensione and extremely loaded with reinforcement.
The solution described has a drawback from the point of view of appearance in that the end pieces
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concrete are exposed and can alter the order of the facade of a building by creating concrete stains. This drawback can be avoided by recessing the concrete surface and using a plrcage 8 (fig. 3) to mask it or better still by giving the terminal stones particular shapes such as that shown.
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pl-n fi8.4.
The forces transmitted "to the concrete heads 5 by the reinforcements 1 by the interïaai or the adhesion, or from the modules or from an anchored to the olive lb are transferred to the stones' 3 '' extré.iité by the reinforcements 6 thanks to with stepped grooves 2a provided ûms these stones.
Lr 'fig. 5 shows a provision -.n-logue but more perfected in which the concrete ü'Mnorrge 5 has a larger volume, thanks to two suitably shaped stones 2b which come to stick against this concrete and hide it.
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Finally, we can 6n-Eer of 1: 30rte several successive joints towards the ends of the beam (fig. 6).
In all the previous iodines, tensioned transverse reinforcements can be placed in the joints.
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trsvers8UX 3 to obtain transverse prestressing. We can also put in the transverse joints of non-tensioned reinforcements. In the case of lightly loaded beams, such reinforcement in the joints will even be sufficient to achieve 1- s:> liÚ "ris" 'tion of the joint and the stones. Lii the number of -Cils of reinforcements in each joint, nor the number of longitudinal joints, are not limited. FIG. 1 to 6 a single longitudinal joint,
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but it is alfiir that there can be mutant that one wants.
This system will make it possible to prepare in the factory and
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in series, beams, for example lintewux formed of rubble in various ways or small ashlars,
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medium and large rtpnreil of all qualities, comprising only absolutely minimal quantities of concrete or mortar, not appearing on the facade, smuf in the thickness of the joints as thin as usual in non-precast masonry.
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slippery.
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We can make by this means, not only lintels, but also excellent floors especially interesting for heavy loads and if the stones are hard and of suitable thickness, the ceiling and the floor can, without any plaster, present a very satisfactory aspect of cut stone, corresponding to that of a paired vault.
If the tensioning of the steels is carried out by the second process recalled in the preamble, the problem can present itself in the most diverse aspects, the reinforcements being able, without complication of execution, to cease to be straight to take the most forms. varied, which allows much more advantageous solutions, the optimum conditions of use of the reinforcements and the concrete being able to be satisfied, as well in the middle of the spans as on the supports. It is also possible to produce not only simple straight beams, but continuous beams, gantries, crutches, frames and all other iso or hyperstatic combinations.
As in prestressed concrete, it is possible to place reinforcements in longitudinal joints between the stones by protecting these reinforcements against the adhesion of the mortar or concrete of the joints by means already known such as bituminous plasters, fuses or plastics. , tubes, wraps, etc ... But this solution will lead to the use of generally very thick joints and will only be retained in the case of stones that are too hard or too fragile to be easily pierced.
In general, it will be advantageous to keep the joints a normal thickness and to drill holes in the stones with any suitable means of drilling. These holes drilled straight in each stone can form as a whole a polygonal line closely following a curved path of optimum shape, comprising in the undeflected parts a uniform pre-compression and in the parts where moments due to loads are at provide a non-centered pre-compression opposing the bends developed by the loads prior moments in the opposite direction. Any arrangement of reinforcements can thus be carried out, in one or more directions.
This method encounters several difficulties.
In the first place, it will be necessary to obtain joints of high resistance and perfectly filled, while avoiding blocking the holes of the stones intended for the reinforcements, under penalty of preventing the later passage of these or of sealing them. they are put in place before the joints are made. To avoid this inconvenience, we can tarring and guiping the reinforcements, if they are cut into pieces before filling the joints, or even connect the holes of the successive stones by means of tubes. The joints can also be filled after installation. only a few stones and prevent the holes from being blocked by mandrels such as 8 (fig. 7) introduced through the holes 7 in the stones and removed as soon as the joint is made.
Another process will consist, all the stones once placed, in filling all the holes 7.with a rubber air chamber 8 (fig.8) which will be inflated and around which the joints will be filled. using, for example, a rich cement mortar, pervibrated en masse outside the joint and put in place by a second vibration produced in the joint itself. This done we will remove the inner tube after having deflated it and it will be easy to set up the frames then to tighten them by resting on the stones.
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The main difficulty consists in making the anchorages used to transmit the generally enormous prestressing forces to the stones.
It should in fact be observed that the execution of the holes and the constraints that they imply as regards the execution of the joints and the passage of the cables, especially as regards their exact connection to the passage from one stone to another, increase little with the diameter of the holes, much less with their number.
On the other hand, if we want to use to the maximum the qualities of stones resistant to 1000 - 1500 kg / cm2 for example, they will have to be prestressed at truxes of the order of several hundred kilos per cm2; a prestress of 300 kg / om2 exerted on a stone of mediocre dimensions of 50 x 50 cm corresponds to a total tension of the arches of 750 tons which must be captured and transferred to the stone.
If we divided the reinforcement into groups capable of 25 T. each we would need 30 groups and 30 holes which would make each stone a skimmer and make it very difficult to make solid joints completely reserving all these holes. It will be much less expensive to provide either 3 or 4 holes of 50 or 60 mm, or even a single hole for which a diameter of about 10 cm will accommodate 300 wires of 5 mm.
The Applicant. patented various processes and devices making it possible to carry out the tensioning of reinforcements in cables or bundles of wires, then the anchoring under tension of these reinforcements by very economical and compact rods operating by wedging various elements (cones, corners, keys, mortar, etc.) between the wires held by a resistant envelope of generally conical or even cylindrical interior shape.
The most diverse corner jaw devices can be imagined, but it should be observed that the cost per unit of resistance of any anchors, whatever they are, increases as the square root of their power, which increases as the square of their power. linear dimensions ^. when their price increases as the cube of these dimensions. At the same time, the production of large anchors requires more bulky and more expensive tools.
The unitary power of the anchors is therefore limited.
An anchor of 500 T., in addition to its difficulty of use and size, would cost at least five times more expensive than 25 anchors of 20 T. of the same total power.
From the point of view of production, two cases can therefore arise: ler These - The forces exerted by a group of reinforcements corresponding to a hole are moderate enough to allow the use of a single, established anchor. for example in accordance with the patent applications granted by the Applicant dated August 26, 1939 for: Anchoring system for cables under tension intended for the challenge of constructions in prestressed concrete; of October 28, 1940 for: Device for tensioning and anchoring cables suitable in particular for the realization of pre-stressed concrete constructions and of September 30, 1941 for: Anchoring system for cables under tension intended for the realization of construction in prestressed concrete.
In this case, it will suffice to accommodate this anchor in the last stone, thanks to a simple widening of the arrival hole of the cable.
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This solution will usually be possible, because in the sections of the room where. Anchoring is done, which are generally non-flexed sections, the average pre-stresses to be achieved rarely exceed 1/6 or at most 1/4 of the compressive strength of the stone, so a section hole equal to 1/4 of the total section of the stone and often even much less will suffice perfectly. Anchors similar to those described in the aforementioned patent applications of the Applicant but adapted to their new application will be very suitable here, but it is clear that they could be replaced by other anchors even more expensive and less perfect and despite this obtain industrially usable achievements.
Particularly sound and resistant blocks or even stones of special quality can be chosen for the anchor stones.
By studying these anchors, we will not lose sight of the remarkable properties of tensile strength of certain stones; much better than that of the best concrete. They can be used to distribute the anchoring forces transmitted by the anchoring members to limited stone surfaces.
Fig. 9 shows by way of example, in vertical section, the end of a prestressed stone beam produced according to what has just been said. The end stone 2 comprises two cylindrical or conical cavities 10 with preferably irregular walls serving to house the throwing heads of two groups of longitudinal reinforcements 1 which are each arranged in the holes 7 of the stones and are formed. killed by bundles of threads. These bundles of wires can be tarred and wrapped to facilitate their tensioning after completion of the beam.
The anchoring heads 11 are formed by very strong cylindrical or conical parts, in hooped concrete, cast steel or the like, preferably having an external wall of irregular shape, for example ridged and of smaller diameter than that of the cavities 10 of so that one can bend, between them and said cavities, a layer of mortar or concrete 12, regulating the transmission of forces.
According to what has been said in the aforementioned patent applications of the Applicant, these heads 11 are provided with a frustoconical recess 13, against the wall of which the son of the cable can be spread and tightened by means of force-driven wedges, either in the axis of the cavity, or between these wires themselves. In the manner also indicated in said prior patent applications, the tensioning of the wires before locking the corners can be done by means of a jack bearing on the anchoring stone 2 and gripping the s wires by wedge jaws. . Once the reinforcements are stretched and blocked in the anchor heads 11, the wires are cut flush with these t8tes and the cavities 10 can be filled with a mortar or concrete grout.
As shown in the variant of fig. 10, the anchoring instead of being embedded in the last stone, can be disposed projecting on aelle-oi and then be masked by an added stone 2c provided with a cavity 2d in which the storm is lodged. This can be provided with a large base 14 reducing the unit pressure under the anchor. Such an arrangement makes it possible to increase the bearing zone of the beam, while avoiding subjecting a largely indented stone to great efforts; this will avoid the obligation to seek a high stone quality for this end block.
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Second case - The prestressing is very important. It will then almost always be advantageous to use groups of reinforcement sections and number of wires, such that a single anchoring would become too expensive and too difficult to achieve. We will then divide the cable into a certain number of secondary cables which can each be stretched by a special anchor.
Fig. 11 shows by way of example a section of the end of a beam or of a lintel corresponding to such an embodiment. The bundle of threads which crosses each stone through a single hole 7 is shared, when it leaves the
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end stone 2 in n groups of threads la, lb, Ic, etc .... each leading to a particular anchorage] .la, llb, 11c, etc. (established according to the principles set out above) by means of channels , formed for example psr tubes 15a, 15b, 15c, etc ... embedded in a mass of concrete 5 forming the end of the beam and hardened before tensioning. This concrete-slab should. be equipped with powerful fretta, gcs or transverse frames 16.
The curved shape given to the tensioned reinforcements inside this anchoring mass will generally make it possible to avoid the use of the transverse V-shaped reinforcements already described with regard to fig.l and which are necessary in the case of reinforcements. stretched in advance and almost inevitably straight. But it is obvious that in some cases these auxiliary V-frames could provide services for the transmission of forces themselves. ' with the
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ar; 1} (; curved l tures.
The solution which has just been described may be deemed unacceptable from this point of view. for the constitution. facade lintels for example. We can then modify it according to iig. 12 by masking the anchoring concrete block with stone 5.
We can have received at a terminal stone, 2a in a single block eviae and. provided with stepped grooves to receive the mass of concrete 5 or
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use two stone plates> i placed on either side at bc: tone 5, which offers the advantage of allowing the deformation of the hooping reinforcements 16 without risking breaking the stone mass.
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The solutions described are applicable to beams of all spans and loads (the case of lintels has already been mentioned).
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With the help of two orthogonal reeds of, xrm.tunr-.s of pre-stress, slabs or floors can be made with the help of two orthogonal reeds of pre-stress. large area and capable of supporting enormous loads.
Figs. 13 and 14 rcprcsent respectively in vertical section and in plan a floor thus rcolisé.
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The stones 2 assembled by these vertical joints - in those series of perpendicular planes are poles of orthogonal holes 7a 7a and 7b which allow these stones to join
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and this pre'contress osns those orthogonal vircctions by the two networks of reinforcements 20a 20a on the one hand and 20b on the other hand. On the four sides of the floor thus formed, the extreme stones bear housing for
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the anchoring heads 21a and Zlh produced as 11 a etf- said above.
In particular, execution in a large city
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very flat bridges or even straight bands, or monumental lintels can be envisaged, up to spans exceeding very widely 50 meters and even much more, if one envisages the constitution of continuous beams or portic or beams with crutches. This system could also be applied to stone arches to make them capable of withstanding very great bending forces under the action of rolling loads, in cases where the compression resulting from their weight would be insufficient; one could also obtain floors of any extent.
By way of example, fig. 15 represents a longitudinal section of a beam with integral spans resting on supports 22, 23, 24 ... and carried out as it has been said. The holes drilled in the stones 2 for receiving the longitudinal prestressing reinforcements 1 make it possible to give these reinforcements the sinuous profile preferable in this type of application. At the ends, the anchoring is carried out in one of the ways described with regard to fig.ll and 12. If the beam is wide, it may be formed of several rows of stones juxtaposed to that of fig.15 and assembled. by transverse prestressing reinforcements 20b, passing through holes made in the stones perpendicular to the plane of the drawing.
By applying the same principles (prestressing in two rectangular directions) it is very easy to produce floors without ribs, called mushroom floors, resting directly by certain elements, which can receive a greater thickness, on intermediate supports. can also make box beams.
In the case of beams or floors with numerous spans and in particular of mushroom floors, the arrangement shown schematically in vertical section in FIG. 16 can also be used,
The theory shows that with a suitable profile a, b, c, d, e, f, ..... of the ihtrados of the beam and a suitable shape of the reinforcement in the end spans between A and B, we can achieve an efficient distribution of the prestresses by leaving the reinforcements straight from B. This reotilinear part of the reinforcements which can be located above the beam or the floor, as shown in the drawing, facilitates the tensioning. It can be embedded, after tension, in a coating executed on top of the beam or the floor.
In many cases, constructions with visible external reinforcements, protected by one of the conventional methods against corrosion or made of stainless steel, can also be produced.
FIG. 17 shows in elevation an embodiment of a beam of this kind.
Fig. 18 is a cross section along the line XVIII-XVIII.
Fig. 19 is an end view.
The web of the beam is formed of stones 2 on either side of which the two groups of prestressing reinforcements 40,41 are arranged symmetrically. These reinforcements are anchored at their ends in concrete heads
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or even stone 42 and they rest under the lower edge of stones 43 wider than stones 2.
The terminal blocks 42 can be rubbed or prestressed transversely.
By juxtaping several elements similar to the previous one, as shown in the plan view in FIG. 20, a framework suitable for complex structures, for example a bridge framework, can be obtained. However, the same forms of reinforcement could be used by accommodating them in cavities of suitable shape.
The means described with reference to FIGS. 13 to 16 will make it possible to make floors without very thin ribs for considerable spans and loads and with cool fpible; this form will be used very often.
However the execution of ribbed constructions, even very complex, is by no means excluded; it will even make it possible to obtain bridges or monuments extremely considerable and particular @ent remarkable or point of view of the aspect.
Fig. 21 shows by way of example a schematic plan view of a ribbed floor.
Figs. 22 and 23 are partial vertical runs along lines XXII-XXII and XXIII-XXIII.
The floor comprises main beams 30 formed of stones prestressed by one or more cables 31, secondary beams 32 perpendicular to the first and whose stones are prestressed by armrements 33, finally stones 34 forming the paving of the floor in the spaces between the beams. main and secondary, these stones étpnt also prestressed by reinforcements passing through them and arranged in two orthogonal directions, respectively parallel to the reinforcements 31 and 33 of the main and secondary beams 30 and 32.
It will be noted that in such a construction all the blocks of the main or secondary ribs as well as of the intermediate slabs are leveled at the upper plane, all the joints between elements being exclusively vertical; the laying of slabs flat on top of the ribs should preferably be avoided.
In fig. 21 the strong lines represent the vertical joints between the stones of the slabs 34 and those of the main and secondary beams, while the grid in finer lines represents the vertical joints between the slabs 34.
Such constructions could be treated in hard limestone, marble, granite, porphyry and provide very great luxury and a first-rate mental appearance, without resorting to any veneer or artificial ornamentation more or less preliminary.
It has been indicated that the distribution of reinforcing forces on the ends of compressed systems consisting of
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titled the main difficulty in the realization of prestressed stone systems. Now there is a case where this problem is considerably simplified: it is that of complete frames or circles. Or for example a window frame in stone or brick such as that shown in fig.24; whether the reinforcement is in the axis of the elements of the frame or at a distance X from the axis of these elements, it does not matter, the moments equal to the product by X of the tension canceling each other out at the angles of the frame.
It is therefore possible to form a window frame, either by pre-compressing the stones on all four sides along their axis or in the vicinity of their axis by tensioned cables passing through holes in these stones and ending in anchoring pieces 35, or by pre-compressing the whole frame by a continuous hoop.
The tensioning of this hoop can be obtained by many means, in particular by applying the method described in the patent application filed by the Applicant on June 29, 1943 for: "Method and devices for tensioning hoops, particularly applicable to the production of tanks and other hollow concrete bodies and products thus obtained. "
The exterior angles of the frame should be rounded off widely and a saddle generally formed of a simple strip should be placed under the steels in the angles.
In the case of chaining of frames comprising stepped stones, it will be necessary to split the projecting stones (fig. 25) in a plane parallel to the plane of the frame to allow the threads to pass so that they level the surface of the stones. out of step, or if the wires are placed on the surface of the projecting stones (fig. 26) to hide the wires, after installation of the frame, by rubble 36 of the adjoining wall (section of fig. 27).
The production of frame blocks for openings, windows for example, which can be manufactured in advance in the factory, from prestressed stones, constitutes a particularly advantageous application of the invention. In addition to the fact that the use of such blocks considerably simplifies the architect's task, in particular by avoiding the size of segments for the lintels, it is possible in this way to achieve large span and high-resistance lintels that perfectly support the weight of upper masonry, floors, roofs, etc ...
These blocks may include a complete frame as indicated in fig. 24 or simply the straight legs and the lintel, thus forming an inverted U-shaped assembly.
Fig. 28 is an elevational view of such a block manufactured in advance at the factory.
Fig. 29 is a detail of the lower end of a right foot in a variant.
Fig. 30 is a cross section of a right foot taken along line XXX-XXX.
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The rods 31 and 31a are cross sections along the line XXXI-XXXI in the respective cases of windows without roller shutter and with roller shutter.
In this embodiment, the right feet and lintels of the inverted U-shaped framing block, consist of stones 2 cut and @ ssembled with seo joint or mortar bath. The stones of the right feet are each provided with two vertical holes 35a (fig. 30) serving for the passage of two groups of vertical prestressing reinforcements provided at their ends with anchors 35 with nuts, wedges or others (drns l ' example describes each of these groups where there are two high elastic limit steel wires in tension or in the vicinity of this limit).
The stones of the lintel also include oacune in the case of windows without roller shutter (fig.28 and 31) two horizontal holes 36a for two groups of horizontal reinforcements -precension; .the ngular stones 20 comprising both vertical holes and horizontal holes for the reinforcements of the corresponding right leg and of the lintel.
In the case of windows with roller shutters (fig. 31a) the stones of the lintel have a reduced thickness so as to allow the arrangement behind the lintel, in the thickness of the wall, of a housing 37 serving to receive the horizontal roller of the shutter. In this case, the pre-stressing reinforcements of the lintel stones only have a group of wires. The housing 37 of the shutter can be closed at the top by an angled slab 38, made of prestressed concrete for example, or else by a sheet metal angle or by any other means.
The stones of the straight legs and, if necessary, of the lintel have in section, as shown in figs.
30 and 31, a shape suitable for mounting the window frames.
The basic elements of the straight legs can be rectilinear (fig. 28) or comprise angled legs 39 (fig. 29 depending on whether the straight legs descend to the level of a floor or not.
The elements of the straight legs will be advantageous, nent sealing holes both for the window frames and for the roller shutters, pantry, laundry box, radiator cover, etc ... It is possible to have these fixing holes. such a way that it is always found in the vicinity of the window hinges with or without transom.
During handling and transport of blocks manufactured from avanoe in the factory, it is neces- sary to brace the straight feet with a rigid piece preventing any deformation.
These blocks can be placed either inside rectangular openings reserved in walls already built, or before construction of the walls. In both cases, placement can be done using normal lifting gear. The blocks can be provided with projecting centering cones allowing them to be placed in their exaote place by engaging these cones in cavities formed in
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carefully adjusted supports, these supports possibly comprising metal plates below the impasto of the right feet. Any other guiding or locating device can ---- moreover be used.
Such a framing block has, as can be understood, the following advantages:
The manufacture can be carried out at high efficiency, without specialized labor and without formwork; its transport presents no difficulty; the shape and size of the elements of the block can be standardized so as to make it possible to produce, with a reduced number of different elements, all the usual types of bay.
It should also be noted that this advantage of allowing standardization of the shapes and dimensions of the elements is a general advantage of prestressed stone constructions, in accordance with the invention.
All the elements seen may be of the finest quality stone, cut, polished or sculpted.
In summary, the invention makes it possible to transfer all the artistic and decorative possibilities of cut stones and vaults to lintels and straight elements whatever the scope and arrangement. However. it is also possible to use elements made of artificial or regenerated stone, in particular molded concrete stone. The combined use of bricks, stones and concrete elements could be considered.
As a variant, linens and framing blocks could be made of prestressed concrete manufactured using the usual techniques for this material, the bare concrete being masked on the facade by veneers, stone, ceramic or other. , glued to the concrete. The elements of these veneers can for example be placed at the bottom of the molds, so as to adhere to the concrete which will be poured on them.
Curved beams in plan or horizontal or vertical or even left beams can be produced by the means described. For example a stone screw, formed of successive superimposed blocks, compressed by a single axial cable or by several cables, can be made stable and very resistant under any dimensions.
Once the cables are stretched, they should be protected against oxidation by injecting into the channels which contain them a suitable material, for example cement mortar that does not stain the stone, with the addition of a little clay or silicates and of fatty lime to facilitate the injection and improve the protective power, the latter resulting above all from the achievement of a high pH. In luxuriously treated structures, either steels protected by plasters or special coatings can be used against corrosion, or even stainless steels in their mass such as nickel steels.
The low weight of steel required in such constructions indeed allows the use of high-cost steels, and very special properties such as inalterability whatever the conditions.
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climatic circumstances.
In the case of bricks, interesting results of use will be obtained by making both the channels and the end anchors using perforated, semi-perforated or special shaped bricks.
Prestressed stone can be of special interest from a chemical point of view, in particular by making it possible to produce works or reservoirs of any capacity and for all pressures, the joints being able to be formed by special cements. or synthetic resins hardening cold or hot (in this case they will be heated, for example using resistors embedded in the joints). The chemical resistance properties of such tanks and vats will be those of the stone and joints used, the steels having to be protected by coatings or suitably designed insulation if they are exposed to corrosive fumes.
It goes without saying that the embodiments described have been given only by way of nonlimiting examples and that they may be multiplied or modified, in particular by the use of technical equivalents, without which is therefore within the scope of the invention.
CLAIMS
1. A process for obtaining, from natural or artificial stones, bricks or other similar assembled bodies, constructions and construction elements capable of withstanding high loads, without the need for special cutting. - giving it a vault effect, which process consists in subjecting the stones and their joints to permanent compressive stresses by means of main reinforcements stretched at an oonvenable rate.