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PROOEDE POUR ARMER LES OUVRAGES EN BETON.
Cette invention concerne les ouvrages plastiques armés et leurs modes de construction.
La formation de fissures dans les constructions en béton a tou- jours été un problème particulièrement embarrassant. De par sa nature même, le béton est destiné à supporter uniquement des efforts de com- pression, tandis qu'on s'en remet aux éléments de son armature pour résister aux efforts de tension. Cependant la prise et le durcissement du béton sont accompagnés d'une tendance inévitable à la formation de tensions internes qui sont, elles-mêmes, causes d'un fissurage inad- missible. Parmi les diverses propositions faites pour parer à ces ac- tions se trouve le procédé connu des tensions préalables ou "préten- sions".
Dans les bateaux en béton, par exemple, on a considéré dans le passé comme prudent de ne laisser travailler l'armature d'acier que sous des tensions très faibles, attendu que sous des tensions plus fortes on a observé de petites fissures dans le béton de certaines parties du bateau qui sont soumises à des tensions. Par voie de con- traste, des tensions beaucoup plus élevées ont été admises dans des ouvrages en béton ordinaires, tels que des édifices, utilisant ainsi avec un beaucoup plus grand profit-les propriétés de l'armature d'a- cier. Mais les procédés de prétension de l'armature permettent d'évi- ter les crevasses et fissures, d'assurer l'étanohéité à l'air et à l'eau et de réaliser une économie dans l'armature.
De ce,fait, la pra-
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tique des prétensions s'applique admirablement, d'elle-même, aux ba- teaux, réservoirs et ouvrages analogues.
Les avantages des ouvrages plastiques particulièrement en béton armé sous tensions préalables sont connus dans le génie civil depuis bien des années. Cependant malgré les études et efforts importants qui ont été dépensés pour donner à cette Notion un fondement pratique, on n'a adopté sur une grande échelle aucune des méthodes proposées jus- qu'ici. La, plupart des méthodes connues précédemment ont été orientées dans la voie de l'extension physique des éléments d'armature; on verse les matériaux plastiques autour de ces éléments et on les laisse dur- cir; on libère alors les éléments d'armature et on laisse leur retrait produire des efforts de compression dans le béton.
Ces méthodes ont comporté de nombreuses difficultés en ce qui concernait l'application des efforts de tension et le réglage de la grandeur des efforts qui sont, en fin de compte, exercés sur la masse durcie.
On a aussi proposé d'empêcher l'établissement d'une liaison entre le béton et les éléments de son armature en enduisant les barres de l'armature de pétrole ou d'autres matières asphaltiques, comme cela est exposé dans les Brevets américains DILL 1.684.663 du 18 septembre 1928 et HEWETT N 1.818.254 du 11 août 1931, et en entourant les barres de l'armature avec des tubes métalliques comme cela est exposé dans le brevet KENNEDY N 2.185.749 du 2 janvier 1940. Et, dans le brevet améri- cain STEINER N 903.909 du 17 novembre 1908, on a présenté un mode de tension progressive des éléments de l'armature pendant le durcissement du béton.
Suivant la présente invention, les effets de la prétension sont obtenus en dilatant par la chaleur les éléments de l'armature après dur- cissement de la masse plastique. Ceci se fait en moulant la masse plasti que autour de l'élément d'armature et supprimant toute liaison entre la masse et l'élément, de sorte que ce dernier peut se dilater par rapport à la masse, après quoi on le laisse se contracter partiellement de ma- nière qu'il porte sur la masse et exerce à l'intérieur de celle-ci des efforts de compr ession.
L'élément d'armature est dilaté, de préférence, par la chaleur, ce qui peut être effectué en y faisant passer un courant électrique de ca- ractéristiques appropriées. Pour permettre le mouvement voulu de l'élé-
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ment d'armature par rapport à la masse plastique quand se produit la dilatation, on peut interposer entre la masse et son armature un en-- duit ou une gaine d'une matière appropriée, pour empêcher l'établisse- ment d'une laison directe entre elles. Dans certains cas, on utilise une matière thermoplastique telle qu'elle se ramollisse sous l'effet de la chaleur, pour permettre à l'élément d'armature de se dilater.
Dans certaines circonstances on emploiera des matières faisant prise sous l'effet de la chaleur. Quand il existe des risques de courts- circuits ou de pertes, la matière de recouvrement peut être électri- quement isolante, mais dans d'autres cas, des métaux ou alliages fon- dant à basse température peuvent donner satisfaction. Les matières de couverture ou de revêtement auront des points de fusion, ou au moins de ramollissement, suffisamment bas pour donner les résultats désirés, sans obliger à élever la température des éléments de l'armature au point de nuire à leurs qualités.
Quand l'élément d'armature s'est dilaté d'une quantité suffisante pour exercer les efforts désirés du fait de sa contraction ultérieure, il est assuré d'une manière appropriée contre une contraction excessi- ve, de façon que la fraction voulue de sa force de contraction soit appliquée à produire des efforts de compression à l'intérieur de la masse. Le mode de blocage de l'élément peut varier suivant le type d'ouvrage en cause, mais des moyens tels que le soudage, le cramponna- ge, le vissage et le clavetage se présentent d'eux-mêmes à l'esprit.
Quand le mode de blocage employé nécessite un évidement de la masse de béton, on peut y faire un remplissage de béton bourré à sec pour protéger le raccord et pour donner à l'ouvrage un aspect fini.
Une matière thermoplastique telle que le soufre, fondant à 1200 environ, est un bon isolant électrique et, en même temps, établit une liaison de qualité raisonnablè entre l'acier et le béton. Dans certain± cas, on peut donner d'avance une forme tubulaire à la matière de cou- verture ou de revêtement, qu'elle soit thermoplastique ou qu'elle fasse prise sous l'effet de la chaleur.
Pour expliquer l'invention, on se réfèrera au dessin annexé,dans lequel:
La fig.l est une coupe d'un ouvrage armé réalisant la présente invention.
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La fig.2 est une coupe d'un ouvrage arqué. @
La fig. 3 est une coupe d'un ouvrage cylindrique à armature hé- licoïdale.
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La fig. 4 est une 'Ci!O.Bp ,c'tt:o.'ra;- cylinc7.z^3qu-rnfeimânt un --' élément d'armature annulaire, 'et
La fige 5 est une vue perspective d'un étrier servant à. bloquer les extrémités des éléments d'armature des fige 3 et 4.
La masse plastique 10, figurée en béton dans le dessin, comporte un ou plusieurs éléments d'armature 12, et chaque élément est recou- vert d'une matière 14 qui empêche une liaison directe de s'établir entre la masse plastique et son armature. Quand la masse plastique est elle-même thermo-plastique ou qu'elle n'a pas tendance à, adhérer à l'élément d'armature, on peut supprimer la, matière 14 interposée en- tre eux. Mais comme le béton et l'acier ont été figurés dans les di- verses figures du dessin, on a également figuré la matière 14 inter- posée entre eux.
Parmi les matières considérées comme propres à être interposées entre la masse et son armature dans des conditions conve- nables, se trouvent le soufre, les résines fondant à basse température les alliages à bas point de fusion, diverses autres matières thermo- plastiques ou faisant prise sous l'action de la chaleur, ou d'autres matières appropriées qui peuvent être enroulées, enduitos, moulées ou déposées autrement autour des éléments d'armature.
Dans la fig.l, la, masse peut représenter une dalle, une poutre, un plancher, un plafond, une route, une paroi ou un autre ouvrage dans lequel l'effet de tension préalable est désiré. une fois que le béton s'est durci suffisamment pour résister à toute déformation sous l'application de l'effort désiré, on chauffe l'élément d'armature 12 en connectant des conducteurs électriques à ses extrémités et y faisant passer un courant de genre et d'intensité déterminés à l'avance, afin de fondre ou ramollir la matière 14 interposée et d'allonger ou dila- ter axialement l'élément 12 de la quantité voulue.
A ce moment les écrous 16 sont serrés d'une certaine quantité sur les extrémités file- tées 18 de la barre relativement unie 12, de sorte que quand on dimi- nue l'effet thermique, en réduisant le passage du courant, la barre se contracte jusqu'à ce que les,rondelles ou plaques de portage 20 ren- contrent la masse de béton et que, la force du retrait continuant son
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action, l'élément d'armature exerce un effort de compression sur l'ouvrage en béton. Alors qu'un seul élément d'armature a été repré- senté dans la fig.l, il est entendu qu'un nombre quelconque de ces éléments peut être employé, en, ,fonction des dimensions de la masse plastique, des positions admises pour les éléments de l'armature et des efforts de'compression à exercer.
Ces éléments supplémentaires d'armature peuvent être disposés parallèlement à celui qui est figuré ou faisant un angle quelconque désiré avec lui.
La fig. 2 montre l'application de l'invention à un ouvrage arqué ou incurvé qui peut être une voûte, un plancher, un toit, un mur, une coque ou tout autre ouvrage armé auquel une telle conformation convient par elle-même. Dans ce cas, on a figuré deux éléments d'arma- ture comportant des extrémités filetées 18, des écrous 16 et des pla- ques de portage ou rondelles 28, et recouverts d'une matière de revê- tement 14. Dans cet exemple, les éléments d'armature peuvent être chauffés et bloqués successivement ou simultanément, le mode d'opérer étant exactement le même que celui qui a été exposé à propos de la fig. 1.
La fig.3 représente un ouvrage cylindrique en béton armé de deux hélices de sens opposés 24, dont les extrémités supérieures en regard ., l'une de l'autre sont réunies par des soudures 26 ou un autre disposi- tif approprié. Dans une telle disposition, les hélices sont, de préfé- rence, chauffées simultanément de manière que les deux atteignent leur allongement désiré au même moment, après quoi leurs extrémités libres comportant des brides 28 sont engagées dans les extrémités fourchues d'un étrier 32 de longueur fixée à l'avance ou reliées d'une autre manière appropriée, pour restreindre le retrait.
Après exécution des raccords, la tendance des hélices à se contracter appliquera les spires contre les surfaces contiguës de béton, ce qui soumettra l'en- semble de la masse de béton à des efforts de compression. Comm on l'a indiqué en traits interrompus, le raccordement.des extrémités infé- rieures des hélices peut être fait dans un évidement ménagé dans le béton. Les ouvrages auxquels l'invention peut être appliquée sous cette forme sont, par exemple, des réservoirs, silos, canalisations, tuyaux, anneaux et autres ouvrages.
La fig.4-représente un ouvrage cylindrique en béton armé où les
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extrémités de plus fort diamètre 28 des éléments d'armature 12 sont logées dans un évidement 30 qui est ménagé pour permettre de faire le raccordement à l'intérieur de la masse. Quand un courant est amené aux extrémités 28, la matière thermoplastique ou telle autre appro- priée 14 se ramollit et l'anneau discontinu ou cerceau se dilate axia- lement. Une fois que la dilatation est suffisamment avancée, le cou- rant est interrompu et un étrier 32 aux extrémités fourchues 34 est glissé pu-dessus les têtes de diamètre plus fort28. L'élément 12 se contracte alors partiellement et exerce l'effort de compression voulu sur la masse plastique 10.
Si on le désire, l'évidement 30 peut être rempli de béton bourré à sec 33 ou d'un autre remplissage analogue, pour donner à l'ouvrage une surface extérieure ininterrompue et proté- ger aussi le raccordement contre les éléments atmosphériques.
Quand on emploie des matières thermoplastiques ou faisant prise à la chaleur, elles durcissent après retour de la température en-des- sous de leur point de fusion ou de ramollissement et assurent une liaison entre la masse plastique et son armature. En ce qui concerne ces matières de revêtement, quand on désire empêcher leur arrachement excessifpendant la manipulation, on peut employer une gaine protec- trice en filet ou autre tissu approprié, ou bien on peut incorporer dans la matière de revêtement elle-même une substance appropriée telle que la fibre d'amiante.
Le courant de chauffage peut être du courant continu ou alternatif de la fréquence désirée et de voltages divers, qui seront fixés suivant la, résistance des éléments d'armature, le taux de dilatation désiré et la limite de température à observer pour éviter de nuire aux proprié- tés de l'acier ou des autres matériaux.
On ne mentionnera que quelques-uns des nombreux ouvrages auxquels peuvent être appliqués les principes de la présente invention, savoir: ponts, routes, piliers, planchers, toitures, arches, murs, bateaux, tuyaux, réservoirs, silos, canalisations souterraines, anneaux de fon- dations de coupoles, colonnes, poutres et dalles.
REVENDICATIONS.
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PROOEDE FOR REINFORCING CONCRETE WORKS.
This invention relates to reinforced plastic structures and their methods of construction.
The formation of cracks in concrete constructions has always been a particularly embarrassing problem. By its very nature, concrete is intended to withstand only compressive forces, while the elements of its reinforcement are relied on to resist tensile forces. However, the setting and hardening of concrete is accompanied by an inevitable tendency for the formation of internal stresses which are themselves the cause of inadmissible cracking. Among the various proposals made to counter these actions is the known method of pre-stressing or "pretension".
In concrete boats, for example, in the past it has been considered prudent to only allow the steel reinforcement to work under very low stresses, since under higher stresses small cracks have been observed in the concrete. parts of the boat that are under stress. By contrast, much higher stresses have been allowed in ordinary concrete works, such as buildings, thus utilizing to much greater advantage the properties of steel reinforcement. However, the methods of pretensioning the reinforcement make it possible to avoid crevices and cracks, to ensure the seal to air and to water and to save money in the reinforcement.
Therefore, the practice
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These pretensions apply admirably, of themselves, to ships, reservoirs and the like.
The advantages of plastic structures, particularly in reinforced concrete under prior tension, have been known in civil engineering for many years. However, despite the great studies and efforts that have been expended to give this Concept a practical foundation, none of the methods proposed so far have not been adopted on a large scale. Most of the previously known methods have been oriented towards the physical extension of the reinforcing elements; we pour the plastic materials around these elements and let them harden; the reinforcing elements are then released and their withdrawal is allowed to produce compressive forces in the concrete.
These methods have involved many difficulties with regard to the application of the tensile forces and the adjustment of the magnitude of the forces which are ultimately exerted on the hardened mass.
It has also been proposed to prevent the establishment of a bond between the concrete and its reinforcing elements by coating the reinforcing bars with petroleum or other asphaltic materials, as set out in US Patents DILL 1.684 .663 of September 18, 1928 and HEWETT N 1,818,254 of August 11, 1931, and surrounding the reinforcing bars with metal tubes as disclosed in KENNEDY patent N 2,185,749 of January 2, 1940. And, in American patent STEINER N 903,909 of November 17, 1908, a mode of progressive tension of the elements of the reinforcement during the hardening of the concrete was presented.
According to the present invention, the effects of the pre-tension are obtained by expanding by heat the elements of the reinforcement after hardening of the plastic mass. This is done by molding the plastic mass around the frame element and removing any bond between the mass and the element, so that the latter can expand relative to the mass, after which it is allowed to contract. partially so that it bears on the mass and exerts compressive forces inside the latter.
Preferably, the armature element is heat-expanded, which can be accomplished by passing an electric current of suitable characteristics through it. To allow the desired movement of the ele-
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reinforcement in relation to the plastic mass when expansion occurs, a coating or sheath of a suitable material can be interposed between the mass and its reinforcement, to prevent the establishment of a bond. direct between them. In some cases, a thermoplastic material is used such that it softens under the effect of heat, to allow the reinforcing member to expand.
In certain circumstances, materials which set under the effect of heat will be used. Where there is a risk of short circuits or losses, the covering material may be electrically insulating, but in other cases low temperature melting metals or alloys may be satisfactory. The covering or coating materials will have melting points, or at least softening points, low enough to give the desired results, without requiring the temperature of the reinforcing elements to be raised to such an extent as to impair their qualities.
When the reinforcing member has expanded by an amount sufficient to exert the desired forces due to its subsequent contraction, it is suitably secured against excessive contraction so that the desired fraction of its contraction force is applied to produce compressive forces inside the mass. The way the element is locked may vary depending on the type of work involved, but means such as welding, clamping, screwing and keying come to mind.
When the blocking method employed requires a hollowing out of the mass of concrete, a filling of dry packed concrete can be made to protect the connection and to give the structure a finished appearance.
A thermoplastic material such as sulfur, melting at about 1200, is a good electrical insulator and, at the same time, establishes a reasonable quality bond between steel and concrete. In some cases, the roofing or coating material may be formed in advance into a tubular shape, whether it is thermoplastic or set by heat.
To explain the invention, reference will be made to the appended drawing, in which:
The fig.l is a section of a reinforced structure embodying the present invention.
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Fig. 2 is a section through an arched structure. @
Fig. 3 is a section through a cylindrical structure with a helical reinforcement.
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Fig. 4 is a 'Ci! O.Bp, c'tt: o.'ra; - cylinc7.z ^ 3qu-rnfeimânt a -' annular reinforcement element, 'and
Fig. 5 is a perspective view of a caliper used for. block the ends of the reinforcing elements of pins 3 and 4.
The plastic mass 10, shown as concrete in the drawing, comprises one or more reinforcing elements 12, and each element is covered with a material 14 which prevents a direct connection from being established between the plastic mass and its reinforcement. . When the plastic mass is itself thermoplastic or has no tendency to adhere to the reinforcing element, the material 14 interposed between them can be eliminated. But as concrete and steel have been shown in the various figures of the drawing, material 14 interposed between them has also been shown.
Among the materials considered suitable for being interposed between the mass and its reinforcement under suitable conditions are sulfur, resins which melt low-melting alloys at low temperature, various other thermoplastic materials or which set under the action of heat, or other suitable materials which may be wrapped, coated, molded or otherwise deposited around the frame members.
In fig.l, the mass can represent a slab, a beam, a floor, a ceiling, a road, a wall or other structure in which the effect of prior tension is desired. once the concrete has hardened enough to resist any deformation under the application of the desired force, the reinforcing element 12 is heated by connecting electrical conductors at its ends and passing a current of the type and of intensity determined in advance, in order to melt or soften the interposed material 14 and to axially elongate or expand the element 12 by the desired amount.
At this point the nuts 16 are tightened by a certain amount on the threaded ends 18 of the relatively plain bar 12, so that when the thermal effect is reduced, by reducing the flow of current, the bar is pulled back. contracts until the washers or bearing plates 20 meet the mass of concrete and, the force of the shrinkage continuing its
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action, the reinforcing element exerts a compressive force on the concrete structure. While a single reinforcing element has been shown in fig. 1, it is understood that any number of these elements can be used, depending on the dimensions of the plastic mass, the positions allowed for the elements of the reinforcement and the compression forces to be exerted.
These additional frame elements can be arranged parallel to the one shown or at any desired angle with it.
Fig. 2 shows the application of the invention to an arched or curved structure which may be an arch, a floor, a roof, a wall, a hull or any other reinforced structure to which such a conformation is suitable in itself. In this case, two reinforcing elements have been shown having threaded ends 18, nuts 16 and bearing plates or washers 28, and covered with a coating material 14. In this example, the reinforcing elements can be heated and blocked successively or simultaneously, the mode of operation being exactly the same as that which was explained in connection with FIG. 1.
FIG. 3 represents a cylindrical structure made of reinforced concrete with two helices of opposite directions 24, the upper ends of which facing each other are joined by welds 26 or another suitable device. In such an arrangement, the propellers are preferably simultaneously heated so that both reach their desired elongation at the same time, after which their free ends with flanges 28 are engaged in the forked ends of a yoke 32 of. length fixed in advance or bound in some other suitable manner to restrict shrinkage.
After making the connections, the tendency of the propellers to contract will press the turns against the adjoining concrete surfaces, subjecting the entire mass of concrete to compressive forces. As indicated in broken lines, the connection of the lower ends of the helices can be made in a recess made in the concrete. The works to which the invention can be applied in this form are, for example, tanks, silos, pipes, pipes, rings and other works.
Fig. 4-represents a cylindrical reinforced concrete structure where the
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larger diameter ends 28 of the frame elements 12 are housed in a recess 30 which is provided to allow connection to be made inside the mass. When a current is supplied to the ends 28, the thermoplastic or such suitable material 14 softens and the discontinuous ring or hoop expands axially. Once the expansion is sufficiently advanced, the current is interrupted and a yoke 32 with forked ends 34 is slipped over the larger diameter heads28. The element 12 then contracts partially and exerts the desired compressive force on the plastic mass 10.
If desired, the recess 30 can be filled with dry-packed concrete 33 or the like, to give the work an uninterrupted exterior surface and also to protect the connection from the elements.
When thermoplastic or heat-setting materials are used, they harden after the temperature returns below their melting or softening point and provide a bond between the plastic mass and its reinforcement. With respect to these coating materials, when it is desired to prevent their excessive peeling during handling, a protective mesh or other suitable fabric sheath may be employed, or a suitable substance may be incorporated into the coating material itself. such as asbestos fiber.
The heating current can be direct or alternating current of the desired frequency and of various voltages, which will be set according to the resistance of the reinforcing elements, the desired expansion rate and the temperature limit to be observed to avoid damaging the elements. properties of steel or other materials.
We will only mention a few of the many works to which the principles of the present invention can be applied, namely: bridges, roads, pillars, floors, roofs, arches, walls, ships, pipes, reservoirs, silos, underground pipes, rings of water. foundations for domes, columns, beams and slabs.
CLAIMS.
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