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" Perfectionnements apportés aux éléments de constructiona en béton armé et à leurs pro- cédés de fabrication ".
Le présente invention est relative à des élémentsde construction,. en béton armé et à leurs procédés de fabrication.
Dans les brevets anglais N 338 864 et 338 934 il est question d'éléments de construction en, béton armé dans lesquels des armatures en acier, à ré- sistance élevée, sont réparties dans le béton et sont soumises à une tension initiale ou une précontrainte notablement plus grande que la limite d'élasticité de l'acier, tel qu'utilisé généralement'pour le béton arméd'où. il résulte, quand le retrait total du béton
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par suite de sa prise et son durcissement a au lieu, que le béton, en étant soumis à se charge, subit une sollicitation permanente par compression et que les armatures sont sollicitéesparun effort de traction permanent.
On e également proposé de se servir, pour des éléments de construction de ce genre, d'armatures additionnelles, sollicitées ou non par traction, en combinaison avec des armatures en acier à résistance élevée et sous tension, celle-ci étant exercée avant la prise et le durcissement ou encore pendent ou après le durcissement. Dans un tel élément, considéré comme étant une matière homogène soumise à une charge, seuls les efforts de compression se' manifestent sur toute le,section transversale et, dans certains ces, égale- ment un effort de traction mais qui est sensiblement moindre que la résistance à le traction du béton.
Conformément à la présente invention, on fait comporter à l'armature, soumise à la traction, des éléments de construction du genre en question, des barres ou tiges, de préférence en acier à résistance élevée; que l'on utilise de la manière usuelle en com- binaison avec des minces fils à résistance élevée et qui ont subi une précontrainte pour produire un moment de contre-flexion dans l'élément et pour exer- cer une pression sur le béton et sur les barres ou , tiges non-tendues, le contrainte exercée sur lesdits fils étant considérablement plus réduite-que celle qui est nécessaire pour les éléments de construction,dont question dans les brevets susindiqués, le coefficient.
de sécurité nécessaire contre la rupture de l'élément étant obtenu et l'élément en béton armé selon l'in- vention étant réalisé de manière telle que dans une
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section trensversele, de cet élément, et on le con- sidère pour des raisons de ,calcul comme étant consti- tué en une metière homogène, on obtienne une sollici- tation du béton par traction qui est plus grande que se résistance à le traction.
Si un élément normal en béton armé, calculé sens tenir compte de le résisten- ce à la traction du béton, est considéré comme étant en un matériau homogène, une contrainte analogue par des efforts .de treotion supérieurs à la résistance à le treotion du béton se produit quand cet élément est sous charge ,
Les éléments perfectionnés diffèrent donc de ceux connus antérieurement par le fait qu'ils ne sont pas calculés pour se comporter comme s'ils étai- ent constitués en une matière homogène et que, lors- qu'ils sont sous charge, ils peuvent permettre le formation, dans lesfibres du béton soumises à trac- tion,
des crevasses considérées comme étant admissibles pour les éléments usuels dans lesquels les armatures n'ont pas subi une précontrainte. Par suite de, cette différence et per suite de le subdivision des efforts totaux,, agissant dans l'élément quand il est à l'étet chargé, de manière qu'ils soient supportés en partie par les minces fils tendus et à résistance élevée et en partie par les armatures non-tendues, on peut se servir d'un eaier à haute résistance pour constituer ces armatures non-tendres et il en résulte une ré- duction pour le poids et le coût des armatures et un accroissement de la résistance de sorte que l'épais- seur et le poide total de l'élémant peuvent être di- minués avec une réduction correspondante du prix de revient de l'élément.
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Une autre distinction importante, entre les -éléments connus antérieurement et ceux qui font l'ob- jet de le présente invention, est que le degré de ten- sion à exercer sur les armatures .de ces derniers est considérablement. moindre que celle appliquée aux arma- tures sollicitées par tension dans les éléments con- nus.
En utilisant, pour les armatures tendues, des fils minces à résistance élevée et à section transversale relativement faible, des.modes d'encrage relativement simples peuvent convenir, comme expli- qué ci-après. Les fils en question peuvent être ut.i- lisés séparément ou sous forme de torons comprenent plusieurs fils.
Dans le cas où le tension ou traction est exercée sur les fils après le'prise et le durcisse- ment du béton, on doit faire intervenir des moyens d' ancrage mais dans les cas où la torsion est appliquée avant le durcissement du béton, on peut faire ebstrec- tion de ces moyens d'ancrage, si on le désire, par suit(, de: la surface reletivement grande des fills par rapport à leur section transversale et, par conséquent, , de 'leur liaison très résistante avec le béton qui les entoure.
Quand la tension est exercée sur les fils après la prise du béton, pour éviter les difficultés rencontrées pour la liaison entre les fils et le bé- ton et qui aurait pour effet que le contrainte agit seulement sur lesextrémités desfils alors que leur partie médiane n'est pas sollicitée, on peut empêcher que .les fils soient rendus solidaires du béton qui le:: entoure -en les revêtent d'une substance élastique telle que l'asphalte, ou le bitume, ou en ayant
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recours à d'autres moyens, par exemple en logeant le s fils dans des tubes minces, incorporés dans le bé- ton, ou encore en enroulent dec bendes de papier huile; ou enelogues autour des fils.
De cette manière on peut être certain que la traction exercée sur les extrémités des fils donne lieu à une tension uniforme sur toute le longueur de ceux-ci.
Le dessin ci-annexé montre,, à titre d'ex- emple et schématiquement, plusieurs modes de réalisa- tion de l'invention et le genre de résultat obtenus.
Les méthodes de calcul des éléments, obtenues selon l'invention en comparaison aved ceux connues anté- rieurement, sont indiquées dans le Journal of the Ins- titution of Civil Engineers paru en octobre 1941.
@ La fig. 1 montre, en coupe transversale, pne poutre en béton armé et établie selon l'invention.
La fig. 2 montre,, semblablament, la manière dont les armatures, utilisées selon l'invention, sont réparties dans le béton au ces où la poutre, le po- teeu ou pilier ou tout autre élément de construction doit résister à des pressions agissant suivant plus d'une direction, per exemple, à le poussée du vent.,
Les figs. 3 à 10 montrent des schémas com- paratifs pour l'objet de l'invention, les éléments en béton armé usuels et ceux comprenant des armatures précontraintes et connus jusqu'ici.
Les figs. 11a à llf mont,rent des diagrammes de déformation décrits ci-après en détail.
La fig. 12 montre, en coupe longitudinale, une méthode pour exercer une précontrainte' sur'les fils d'armature.
Le fig-. 13 montre, semblablement, un procédé pour exercer une traction sur les fils d'armature pour plusieurs poutres simultanément.
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Le poutre,en béton armé et montrée sur la fig, l, comprend des ,barres ou tiges longitudinales 3, constituées de préférence en ecier à haute résistan- oe, et des'minces fils tendus 2, les barres 3 et les fils 3 forment des armatures longitudinales et étant 'logés dens le' zone de traction de le poutre. Les bar- res ou tiges 3 ne sont pcs tendues et peuvent avoir une section transversale quelconque. Les fils 2 peu- vent être utilisés séparément ou sous forme de torons comprenant plusieurs fils. Des armatures supplémen- taires 4 peuvent être établies dens le zone de com- pression pour supporter le moment de contre-flexion produit per les' fils tendus 2.
Quand l'effort de ten- sion cesse d'agir sur le béton, l'armature non-tendue
3 et la partie du béton sollicitée par traction sous charge sont soumises à une compression.
Dens le ces où l'élément de construction, sous charge, doit pouvoir résister à une pression suivant plus d'une direction, comme par exemple dens le ces de poteaux, des piliers ou autres éléments ver- ticaux de bêtiments soumis à la poussée du vent, des armatures tendues 2 et 3 sont réparties dans le béton comme montré sur la fig. 2 afin qu'aucun moment flé- ohissant n'en résulte et que seuls des effets de com- pression se produisent dans le béton et dans les er- . matures non-tendues 3,les moments ,fléchissents résul- tent des deux groupes d'armatures tendues 2 et 3 s' équilibrent entre-eux.
Les figs. 3 à 10 montrent des diagrammes de 'sollicitations, sous charge dans des sections rec- tenguleires égeles de poutres normeles en béton armé (fig. 3) , de poutres en béton précontraint comme celles connues antérieurement et pour lesquelles le traction exercée sur les armatures est telle que le
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béton subisse une sollicitation permanente par com- pression et l'armature une solliaitetion permanente par traction (figé., 4 à 6) et de poutres en béton ar- mé obtenues selon l'invention (figs. 7 à 10).
Le fig. 3 montre les caractéristiques des sollicitations dans une section rectangulaire d'un élément'de construction ordinaire, en béton armé et soumis à une flexion. Pour une sollicitation permise et calculée fe du béton, la zone de traction du béton est négligée et les efforts de compression C et de traction T sont équilibrés. Dans ces conditions, l'é- lémebt est considéré comme 'étant susceptible de cre- vasser ou de se fendiller dans le zone de treotion du béton.
Sur,les figs. 4 à 6 on a montré les carac- téristiques d'une section d'un élément similaire mais pour lequel une contrainte -est exercée sur les arma- - tures de manière que l'on obtienne des sollicitations permanentes de compression dans le béton et des solli- citations permanentes de traction dans l'armature après que le retrait du béton,après se prise et son durcissement, e eu lieu et sous charge. Sur ces dia- grammes, la fig. 4 montre les sollicitations dues à la précontrainte, 'la fig. 5 pelles résultant de la charge seule, ces deux diagramles étant établis afin que l'on obtienne une répartition rectiligne des ef- forts' pour une matière homogène. La fig. 6 montre les sollicitations résultantes.
Les figs. 7 à 9 sont des diagrammes corres- pondant à ceux des figs. 4 à 6 mais calculés pour une section analogue d'un élément en béton armé et établi.
.selon le présente invention. La fig. 10 est un dia- gramme indiquant les sollicitations calculées'dans une section crevassée et sous charge.
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La tension de l'armature donne lieu, cmme montré sur le fig: 4, à un effort de compression Ce dans la zone de traction normale et à un effort de traction Te dans le zone de compression normale, une oompensation entre ces efforts donnent lieu à une sol- licitation par traction fl et une sollicitation par compression f2. La charge, agissant sur l'élément et considérée à elle seule, donne lieu, Gomme montré sur la fig. 5, à un effort de compression Cb dens la zone de compression avec une sollicitation par compression f3 et à un effort de traction Tb dans le zone de traction avec une sollicitation par traction f4. Ces sollicitations donnent lieu, comme montré sur la fig.
6,' à une s'ollicitation par compression f6 = f3 - fl 'dans le' zone de compression et à une sollicitation par @ f5 = f2 - f4 (qui peut être approxi- metivement égale à zéro) dans le zone de traction.
Les figs. 7 à 9 montrent des diagrammes si- milaires pour un élément établi selon l'invention.
Sur le fige 7 un effort de compression C'a dans la zone de traction normale et un effort de traction T'e dans la zone de compression normale ont lieu par sui- te de le tension de l'armature avec une contre-solli- citation résultante (effort de tension f'l et de com- pression f'2),l'effort de traction T'a et l'effort de compression C'a étant, toutefois, considérablement moindres que les efforts Ca et Te (fig. 4) qui se produisent dans les éléments' connus.
Il est à noter toutefois que l'effort de compression f2 (fig. 4) de la dispositions antérieure est considéranlement plus grand que celui désigne par f'2 sur le fig. 7 de le disposition établie selon l' invention ce qui implique que le béton a déjà une résistance importante avant que la contrainte inter-
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vienne ou agisse et pour cette raison, pour les dispo- sitions antérieures, il' est nécessaire d'avoir re- cours à un béton plus résistant, pour qu'il puisse supporter l'effort de compression quand le contrainte est tremsmise au béton, que polir les éléments établis selon l'invention.
Le fig. 8 (qui correspond à le fig. 5) mon- tre le répartition des sollicitations sous charge.
Quand led mêmes armatures sont prévues et quand les sections sont égales, les diagrammes des figs. 5 et 8 deviennent identiques pour une même charge.
Le fig. '9 montre les sollicitations résul- tentes dues à le contrainte (fig. 7) et le charge (fig. 8) avec une sollicitation par compression f'6 = f'3 - f'l et une sollicitation par traction f'5 = f'@ - f'2.
Si les-sollicitations dans une section d'un élément en béton armé prdiniaire étaient déterminées pour une répartition rectiligne dans un matériau ho- mogène à la place de celle montrée sur le fig. 3 et pour laquelle on a négligé le zone de traction du bé- ton, on obtiendrait un résultat analogue à celui de le fig. 9 relative à des sections d'éléments établis selon l'invention malgré que, dans.ces 'dernières, l'armature sollicitée par traction soit réduite à une fraction de celle nécessaire pour un béton armé sens contrainte.
Ees sollicitations résultantes, qui se pro- duisent dans ondoiement établi selon le présente in- vention et sous charge dans une section fendue sont montrées sur la fig. 9 et sont analogues à celles mon- trées sur la fig. 3, c'est-à-dire une sollicitation f'4 du béton par compression, les efforts de compression C' et de traction T'étant équilibrés.
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Les figs. 11a et llb sont des diagrammes de déformation, basés sur les figures précédentes, et.pour un élément en béton armé normal avant et après l'application d'une charge. Les figs. llc 'et lld sont des diagrammes selon les figs. 4 à 6 alors que les figs. lle et 11f sont des diagrammes analogues pour des éléments en béton armé obtenus selon l'invention.
Sur ces diagrammes 11a à llf on voit, lorsque le cher- ge n'agit ,pas, qu'un élément normal ne fléchit pas, qu'un élément précontraint, connu antérieurement et . pour lequel des sollicitations permanentes sont pro- duites par compression dans le béton et par traction dans les armatures, fléchit vers lc haut event d' étre chargé alors qu'un élément obtenu selon l'inven- tion fléchit également vers le haut mais avec une flèche notablement moindre.
Sous charge, un 'élément normal fléchit for- tement vers le bas, un élément précontraint et tel que connu ne subit aucune flexion (on peut-être une légère flexion vers le haut), le moment de contre- flexion vers le haut étant compensé p2r le moment fléchissant du à-la charge. Les éléments, établis se- lon la présente ,invention, fléchissent vers le bas mais la flèche formée est notablement moindre que celle obtenue avec les éléments de construction usuels .
Comme montré sur la fig, 12, une traction peut être exercée sur les fils forment l'armature dans la zone de traction des poutres 10 ou autres élé- ments de construction analogues à l'aide d'un simple tendeur à vis 16. Les fils 12 peuvent avantageusement passer dans deux ou un plus grand nombre de poutres 10 ou analogues, un ou plusieurs organes d'écartement
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intermédiaires 13 étant établis dans le moule ou étant constitués par un élément de construotion quand les poutres ou analogues doivent être fabriquée's sur pla- ce. Les fils 12 traversent alors les perois termina- les 11- du moule et sont maintenus écartés les uns des autres par des entretoises 14 pour contourner ensuite la vis 16 du tendeur. Les parois 11 sont constituées par un coffrage quand la fabrication a lieu sur place.
Les poutres ou autres éléments comportent, en plus des fils 12, des armatures supplémentaires 15 constituées par des barres ou des tiges et qui cor- respondent à celles désignées,par 3 et 4 sur le fig.l.
Le tension nécessaire peut agir sur les fils 2 ou 12, quelque soit leur nombre, par d'autres moyens appropriés et simples: Par exemple, les fils dépassent hors du béton peuvent être tordus ensemble en faisant passer une barre à travers une boucle for- mée à l'aide des parties dépassantes de ces fils et avant que ceux-ci pénètrent à nouveau -dans le béton.
On fait tourner le barre jusqu'à ce que la tension voulue soit obtenue et laisse le barre en place afin qu'elle puisse former un ancrage pour les fils ten- dus. Si on le désire, ,on peut établir une tbague entre le barre et le béton pour transmettre la pression de cette barre eu béton.
Suivent une 'variante, une vis peut être noyée dans le béton avec une partie de son filetage faisant saillie sur'celui-ci et une bobine avec un r trou taraudé étant engagée sur cette partie filetée.,
Le ou les fils sont enroulés autour de la .bobine qui peut alors être déplacée le long de cette partie fi- .
,jetée suivant un mouvement hélicoïdal pour exercer la'tension voulue sur le ou les, fils. La mesure de la
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tension, exercée sur le ou. les fils per l'une des mé-
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thodes susindiquées à l'aide dextensomëtres ou ene- 10gl1es ce qui per;16t de mesurer l 'elloneme1'1t total ou relatif du. ou. des fils.
GomaE spécifié plus haut, il est nécessaire
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de prévoir de s',n,o,yens d'encrage ou de retenue, pour les fils epïes qu'une traction'a agi sur ceux-ci. Si l'on permet eu béton de faire prise avant de soumettre les fils à une contreinte, des coins peuvent par exemple être introduits dans des boucles dépassantes de ces fils. Si le tension agit avent le prise et le durcis- sement du béton, aucun moyen d'encrege ne doit être prévu et les parties en saillie des fils 2 ou 12 peu- vent être découpées.
Si on'désire, on peut prévoir une chambre ou cavité à chacune ou eux deux des extrémités d'un
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élément de construction, fli'bl'iqU0 ralon l'lllvolltion, et dans laquelle on peut loger le ou les dispositifs tendeurs, qui peuvent également servir à l'ancrage.
De cette manière on obtient des faces terminales sens parties seillentes ce qui facilite l'usage de. cet élément pour le construction d'immeubles. Les autres '.extrémités des fils sont retenues par des ancrages appropriés, de préférence par leur liaison avec le bé- ton qui les entoure et le chambre ou cavité peut être remplie nomme expliqué ci-après.
''En utilisent un seul tronçon continu d'un fil mince ''. à haute résistance comme armature pré- contreinte, il est possible de feire passer une berre unique à travers les boucles des fils faisant saillie sur une extrémité de l'élément et d'exercer l'effort de tension nécessaire sur une des extrémités dudit
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tronçon de fil alors que l'autre extrémité est rete- nue par un ancrage approprié:'.. L'extrémité, sur la- quelle on a exercé la traction, est ancrée, de pré- férence, par le liaison existent Entre le fil et le béton après que le contrainte nécessaire e été obte- nue .
La tension peut agir simultanément sur les fils constituant les armatures de plusieurs poutres ou analogues de manière telle qu'un seul tronçon con- tinu de fil,traversant toutes les poutres,puisse être utilisé et que le tension totale exercée sur ledit tronçon puisse être égale sur toute le longueur du fil, les moules étant disposés suivant une rangée do- axiale ou de la manière décrite ci-après à l'aide de la fig. 13.
Comme montré sur le fig. 13, un fil d'ar- mature continu 17, ancré en 19 et 200 contourne'des ergots ou tiges 18, montés sur un cadre comprenant
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des longerons 23 I:J 1J.!':t itH:!lllubl1 x'Gui I:J t t; ut 15, pour' pcnt- voir constituer les armatures dans la zone de tension d'une série de poutres ou analogues 21, séparées en- tre-elles par des coffrages ou croisons 24, Des piè- ces 36 faisant partie du moule ou du coffrage (qui peuvent faire partie intégrante des longerons 23) sont établies aux extrémités de''la série de poutres 21, 'le fil 17 passent à travers des trous ménagés dens les pièces 26.
Des tendeurs à vis 22 dont établis aux deux extrémités de la série de poutres 21 pour agir sur les longerons 23 par l'intermédiaire des entretoises 25 . en vue d'obtenir la mise sous tension du fil 17. Par suite des dimensions importantes des longerons 23, la flexion de ceus-ci pendant la contrainte est négli- geeble de sorte que le fil 17 est tendu, d'une manière . égale, sur toute'sa longueur.
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Quand la contreinte,e lieu pendent le mou- lage des poutres 21 ou analogues, le fil d'armature 17 est coupé après le prise'du béton afin que ces pou- tres puissent être séparées les unes des autres, le liaison entre le béton et le fil étant suffisante pour que la tension dans les fils soit conservée par suite de le grande surface de contact dont on dispose comparativement à la section transversale du fil.
Si l'on désire fabriquer plusieurs poutres similaires en une seule opération, de sorte que le frottement entre le fil 17 et les ergots ou tiges 18 risque d'empêcher qu'une tension égale soit exercée sur toute la longueur du l'il, celui peut être tronçon- né à l'endroit de chacun des ergots 18 qui sont alors remplacés par des ancrages tels que 19 et 20,
Quand on' désire exercer une traction sur un ou plusieurs fils d'armature établis de manière à pas- ser d'un côté longitudinal au côté opposé d'une poutre continue ou autre élément analogue , une cavité trans- versale inclinée peut être ménagée dans la poutre ou analogue, à proximité du centre de celle-oi, cette cavité étant traversée par le fil depuis un côté à l'autre de la poutre.
Des moyens peuvent être établis dans ladite cavité transversale pour exercer une tension sur le fil qui ont alors encré ou @ eux deux extré- 'mités.de la poutre, de préférence par le liaison existant entre le fil et le béton. Après que le ten- sion nécessaire a été appliquée, le cavité peut être remplie avec du béton.
De même, si l'on veut établir des armatures dans plusieurs zones d'un seul ensemble continu, lesfils peuvent être logés dans le béton suivant des tronçons séparés dans les zones co'rres-
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pondantes, certaines des extrémités des tronçons de fil étant encrées dans le béton, c'est-à-dire en étant reliées à des armatures transversales relative- ment solides et les extrémités restées libres de ces tronçons peuvent être fixées ou enroulées à une barre ou tige que l'on fait tourner pour tordre les fils et exercer une traction sur ceux-ci.
Quand la contrainte voulue est obtenue, la barre est immobilisée pour maintenir les fils sous tension, par exemple en rem- plissant avec du béton le cavité, dans laquelle la barre est logée et qui,est ménagée dans le béton, mais le retenue de le barre peut se faire de toute autre manière appropriée.
Dans le description, ci-dessus, l'invention a été décrite comme se référent à le fabrication d'' éléments, tels que des poutres, de section transver- sale rectangulaire, mais elle peut s'appliquer tout aussi' bien à des éléments ayant une section' diffé- rente, pair exemple en forme de T ou I et à des élé- 'ments de construction, en béton armé, d'une manière générale.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Improvements made to reinforced concrete construction elements and their manufacturing processes".
The present invention relates to construction elements ,. reinforced concrete and their manufacturing processes.
In English Patents Nos. 338 864 and 338 934 it is a question of building elements made of reinforced concrete in which steel reinforcements, with high resistance, are distributed in the concrete and are subjected to an initial tension or a prestressing. significantly greater than the yield strength of steel, as generally used for reinforced concrete, where. it results, when the total shrinkage of the concrete
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as a result of its setting and hardening instead, the concrete, being subjected to load, undergoes a permanent stress by compression and that the reinforcements are solicited by a permanent tensile force.
It is also proposed to use, for construction elements of this kind, additional reinforcements, stressed or not by tension, in combination with steel reinforcements of high resistance and under tension, this one being exerted before the setting. and curing or alternatively hanging or after curing. In such an element, considered to be a homogeneous material subjected to a load, only the compressive forces are manifested over the entire cross section and, in some of these, also a tensile force but which is appreciably less than the tensile strength of concrete.
In accordance with the present invention, the reinforcement, subjected to traction, is made to comprise construction elements of the type in question, bars or rods, preferably of high-strength steel; which is used in the usual way in combination with thin, high strength wires which have been pre-stressed to produce a counter-bending moment in the member and to exert pressure on the concrete and on bars or unstretched rods, the stress exerted on said son being considerably less than that which is necessary for the construction elements, mentioned in the above-mentioned patents, the coefficient.
necessary safety against the rupture of the element being obtained and the reinforced concrete element according to the invention being made in such a way that in a
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transverse section, of this element, and it is considered for reasons of calculation as being constituted by a homogeneous material, one obtains a stress of the concrete by traction which is greater than its tensile strength.
If a normal reinforced concrete element, calculated taking into account the tensile strength of the concrete, is considered to be made of a homogeneous material, a similar stress by tensile forces greater than the tensile strength of the concrete occurs when this element is under load,
The improved elements therefore differ from those previously known in that they are not calculated to behave as if they were made of a homogeneous material and that, when they are under load, they can allow the formation, in concrete fibers subjected to traction,
crevices considered to be admissible for the usual elements in which the reinforcements have not undergone prestressing. As a result of this difference and per consequence of the subdivision of the total forces, acting in the element when it is in the loaded state, so that they are partly supported by the thin taut and high resistance wires and partly by unstretched reinforcement, a high strength eaier can be used to form these non-soft reinforcement and this results in a reduction in weight and cost of the reinforcement and an increase in the strength of so that the total thickness and weight of the element can be reduced with a corresponding reduction in the cost of the element.
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Another important distinction between the elements known previously and those which are the subject of the present invention is that the degree of stress to be exerted on the reinforcements thereof is considerably. less than that applied to reinforcements stressed by tension in the known elements.
By using thin wires of high strength and relatively small cross-section for tensioned reinforcements, relatively simple inking methods may be suitable, as explained below. The yarns in question can be used separately or in the form of strands comprising several yarns.
In the case where tension or traction is exerted on the wires after the setting and hardening of the concrete, anchoring means must be used, but in cases where the torsion is applied before the hardening of the concrete, it is necessary to use anchoring means. can derive from these anchoring means, if desired, by following (, of: the relatively large area of the fills in relation to their cross-section and, consequently, of 'their very strong bond with the concrete that surrounds them.
When the tension is exerted on the wires after the concrete has set, to avoid the difficulties encountered in the connection between the wires and the concrete and which would have the effect that the stress acts only on the ends of the wires while their middle part is not is not stressed, it is possible to prevent the .the wires from being made integral with the concrete which surrounds them :: by coating them with an elastic substance such as asphalt or bitumen, or by having
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recourse to other means, for example by housing the s wires in thin tubes incorporated into the concrete, or even by winding them in oiled paper bends; or enelogues around the wires.
In this way it can be certain that the traction exerted on the ends of the son gives rise to a uniform tension over the entire length of the latter.
The accompanying drawing shows, by way of example and schematically, several embodiments of the invention and the kind of results obtained.
The methods of calculating the elements, obtained according to the invention in comparison with those previously known, are given in the Journal of the Institution of Civil Engineers published in October 1941.
@ Fig. 1 shows, in cross section, a reinforced concrete beam established according to the invention.
Fig. 2 shows, similarly, the way in which the reinforcements, used according to the invention, are distributed in the concrete in those where the beam, the post or pillar or any other construction element must withstand pressures acting according to more than 'a direction, for example, to the pressure of the wind.,
Figs. 3 to 10 show comparative diagrams for the subject of the invention, the usual reinforced concrete elements and those comprising prestressed reinforcements and known hitherto.
Figs. 11a to llf mount, rent deformation diagrams described below in detail.
Fig. 12 shows, in longitudinal section, a method for exerting a prestress 'sur' son reinforcement.
The fig-. 13 shows, similarly, a method for exerting traction on the reinforcing wires for several beams simultaneously.
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The beam, made of reinforced concrete and shown in FIG. 1, comprises longitudinal bars or rods 3, preferably made of high-strength steel, and thin stretched wires 2, bars 3 and wires 3 form longitudinal reinforcements and being 'housed in the' tensile zone of the beam. The bars or rods 3 are not tensioned and may have any cross section. The wires 2 can be used separately or in the form of strands comprising several wires. Additional reinforcement 4 can be established in the compression zone to withstand the counter-bending moment produced by the stretched wires 2.
When the tensile force ceases to act on the concrete, the non-tensioned reinforcement
3 and the part of the concrete requested by tension under load are subjected to compression.
Dens le ces where the construction element, under load, must be able to withstand a pressure in more than one direction, such as for example dens le ces of posts, pillars or other vertical elements of buildings subjected to the thrust of the building. wind, tensioned reinforcements 2 and 3 are distributed in the concrete as shown in fig. 2 so that no bending moment results and only compressive effects occur in the concrete and in the er-. mature non-tensioned 3, the bending moments result from the two groups of tensioned reinforcements 2 and 3 balance each other.
Figs. 3 to 10 show stress diagrams, under load in equal rectangular sections of normal reinforced concrete beams (fig. 3), of prestressed concrete beams like those previously known and for which the tension exerted on the reinforcements is such as
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concrete undergoes a permanent stress by compression and the reinforcement a permanent stress by tension (fig., 4 to 6) and reinforced concrete beams obtained according to the invention (figs. 7 to 10).
Fig. 3 shows the characteristics of the stresses in a rectangular section of an ordinary construction element, made of reinforced concrete and subjected to bending. For a permitted and calculated stress fe of the concrete, the tensile zone of the concrete is neglected and the compressive forces C and tensile T are balanced. Under these conditions, the elmbt is considered to be susceptible to cracking or cracking in the area of stress of the concrete.
On, figs. 4 to 6 we have shown the charac- teristics of a section of a similar element but for which a stress is exerted on the reinforcements in such a way that one obtains permanent compressive stresses in the concrete and permanent tensile stresses in the reinforcement after shrinkage of the concrete, after setting and hardening, has taken place and under load. On these diagrams, fig. 4 shows the stresses due to the prestressing, 'FIG. 5 shovels resulting from the load alone, these two diagrams being established so that a rectilinear distribution of the forces is obtained for a homogeneous material. Fig. 6 shows the resulting stresses.
Figs. 7 to 9 are diagrams corresponding to those of FIGS. 4 to 6 but calculated for a similar section of a reinforced and established concrete element.
according to the present invention. Fig. 10 is a diagram showing the calculated stresses in a section cracked and under load.
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The tension of the reinforcement gives rise, as shown in fig: 4, to a compressive force Ce in the normal tensile zone and to a tensile force Te in the normal compression zone, an oompensation between these forces gives rise to a tensile stress fl and a compressive stress f2. The load, acting on the element and considered by itself, gives rise, Gum shown in fig. 5, to a compressive force Cb dens the compression zone with a compressive stress f3 and to a tensile force Tb in the tensile zone with a tensile stress f4. These stresses give rise, as shown in FIG.
6, 'to a compression solicitation f6 = f3 - fl' in the 'compression zone and to a stress by @ f5 = f2 - f4 (which can be approximately equal to zero) in the tension zone.
Figs. 7 to 9 show similar diagrams for an element established according to the invention.
On the pin 7, a compression force C'a in the normal tensile zone and a tensile force T'e in the normal compression zone take place by following the tension of the reinforcement with a counter-stress. resulting quotation (tension force f'l and compression f'2), the tensile force T'a and the compressive force C'a being, however, considerably less than the forces Ca and Te (fig 4) which occur in known elements.
It should be noted however that the compressive force f2 (fig. 4) of the previous arrangements is considered larger than that designated by f'2 in fig. 7 of the arrangement established according to the invention which implies that the concrete already has a significant resistance before the stress inter-
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come or act and for this reason, for the previous arrangements, it is necessary to have recourse to a more resistant concrete, so that it can withstand the compressive force when the stress is transferred to the concrete, that polish the elements established according to the invention.
Fig. 8 (which corresponds to fig. 5) shows the distribution of the stresses under load.
When the same leds are provided and when the sections are equal, the diagrams in figs. 5 and 8 become identical for the same charge.
Fig. '9 shows the resulting stresses due to stress (fig. 7) and load (fig. 8) with compression stress f'6 = f'3 - f'l and tensile stress f'5 = f '@ - f'2.
If the stresses in a section of a primary reinforced concrete element were determined for a rectilinear distribution in a homogeneous material instead of that shown in fig. 3 and for which the tensile zone of the concrete has been neglected, a result similar to that of FIG. 9 relating to sections of elements established according to the invention despite that, dans.ces' latter, the reinforcement requested by traction is reduced to a fraction of that necessary for a reinforced concrete direction stress.
The resulting stresses, which occur in corrugation established according to the present invention and under load in a split section are shown in fig. 9 and are similar to those shown in FIG. 3, that is to say a stress f'4 of the concrete by compression, the compressive forces C 'and traction T' being balanced.
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Figs. 11a and 11b are strain diagrams, based on the previous figures, and for a normal reinforced concrete member before and after the application of a load. Figs. llc 'and lld are diagrams according to FIGS. 4 to 6 while figs. 11 and 11f are similar diagrams for reinforced concrete elements obtained according to the invention.
In these diagrams 11a to 11f it can be seen, when the load does not act, that a normal element does not bend, that a pre-stressed element, known previously and. for which permanent stresses are produced by compression in the concrete and by tension in the reinforcements, deflects upwards due to being loaded while an element obtained according to the invention also deflects upwards but with a significantly less arrow.
Under load, a normal member flexes strongly downwards, a pre-stressed member as known does not undergo any bending (there may be a slight upward bending), the upward counter-bending moment being compensated. p2r the bending moment of the load. The elements, established according to the present invention, flex downward but the deflection formed is notably less than that obtained with the usual construction elements.
As shown in fig, 12, traction can be exerted on the wires forming the reinforcement in the tensile zone of the beams 10 or other similar construction elements by means of a simple screw tensioner 16. wires 12 can advantageously pass through two or a greater number of beams 10 or the like, one or more spacers
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intermediates 13 being established in the mold or being constituted by a structural element when the beams or the like are to be manufactured on site. The wires 12 then pass through the end perois 11 of the mold and are kept apart from each other by spacers 14 to then bypass the screw 16 of the tensioner. The walls 11 are formed by a formwork when the manufacture takes place on site.
The beams or other elements comprise, in addition to the wires 12, additional reinforcements 15 constituted by bars or rods and which correspond to those designated, by 3 and 4 in fig.l.
The necessary tension can act on the wires 2 or 12, whatever their number, by other suitable and simple means: For example, the wires protruding from the concrete can be twisted together by passing a bar through a heavy loop. mée using the protruding parts of these wires and before they penetrate again into the concrete.
The bar is rotated until the desired tension is obtained and the bar is left in place so that it can form an anchor for the strained wires. If desired, we can establish a ring between the bar and the concrete to transmit the pressure of this bar to the concrete.
Another variant is that a screw can be embedded in the concrete with part of its thread protruding therefrom and a spool with a tapped hole being engaged on this threaded part.
The son (s) are wound around the reel which can then be moved along this part fi-.
, thrown in a helical movement to exert the desired tension on the or son. The measure of
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tension, exerted on the or. the sons for one of the
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above-mentioned methods using dextensometers or ene- 10gl1es which allows to measure the total or relative elloneme1'1t of. or. sons.
GomaE specified above, it is necessary
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to provide s ', n, o, yen for anchoring or retaining, for the epi son that a traction' has acted on them. If we allow the concrete to set before subjecting the son to a brace, wedges can for example be introduced into the loops projecting these son. If the tension acts before the setting and hardening of the concrete, no ink means must be provided and the protruding parts of the wires 2 or 12 can be cut off.
If desired, a chamber or cavity can be provided at each or both of the ends of a
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construction element, fli'bl'iqU0 ralon l'lllvolltion, and in which one or more tensioning devices can be housed, which can also be used for anchoring.
In this way, end faces are obtained in the direction of seillentes parts, which facilitates the use of. this element for the construction of buildings. The other ends of the threads are retained by suitable anchors, preferably by their bond with the concrete surrounding them and the chamber or cavity can be filled as explained below.
"Using a single continuous stretch of a thin wire." with high resistance as pre-braced reinforcement, it is possible to pass a single berre through the loops of the wires projecting on one end of the element and to exert the necessary tension force on one end of said element.
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section of wire while the other end is retained by an appropriate anchoring: '.. The end, on which the traction has been exerted, is anchored, preferably, by the connection between the wire and concrete after the necessary stress has been obtained.
The tension can act simultaneously on the wires constituting the reinforcements of several beams or the like so that a single continuous section of wire, crossing all the beams, can be used and the total tension exerted on said section can be equal. over the entire length of the wire, the molds being arranged in a doaxial row or in the manner described below with the aid of FIG. 13.
As shown in fig. 13, a continuous bead wire 17, anchored at 19 and 200, bypasses lugs or rods 18, mounted on a frame comprising
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spars 23 I: J 1J.! ': t itH:! lllubl1 x'Gui I: J t t; ut 15, in order to be able to constitute the reinforcements in the tension zone of a series of beams or the like 21, separated from each other by formwork or crosses 24, parts 36 forming part of the mold or of the formwork (which may be an integral part of the side members 23) are established at the ends of the series of beams 21, the wire 17 passes through holes made in the parts 26.
Screw tensioners 22 which are established at both ends of the series of beams 21 to act on the side members 23 by means of the spacers 25. in order to obtain the tensioning of the wire 17. Due to the large dimensions of the side members 23, the bending thereof during the stress is negligible so that the wire 17 is stretched in a manner. equal, over its entire length.
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When the bracing takes place during the casting of the beams 21 or the like, the reinforcing wire 17 is cut after the concrete has set so that these beams can be separated from each other, the connection between the concrete and the yarn being sufficient for the tension in the yarns to be maintained due to the large contact area available compared to the cross section of the yarn.
If it is desired to manufacture several similar beams in a single operation, so that the friction between the wire 17 and the lugs or rods 18 may prevent an equal tension from being exerted over the entire length of the eye, that can be sectioned at the location of each of the lugs 18 which are then replaced by anchors such as 19 and 20,
When it is desired to exert traction on one or more reinforcing wires established so as to pass from one longitudinal side to the opposite side of a continuous beam or the like, an inclined transverse cavity may be provided in the the beam or the like, near the center thereof, this cavity being traversed by the wire from one side of the beam to the other.
Means may be established in said transverse cavity for exerting tension on the wire which has then inked both ends of the beam, preferably by the connection existing between the wire and the concrete. After the necessary voltage has been applied, the cavity can be filled with concrete.
Likewise, if one wants to establish reinforcements in several zones of a single continuous set, the wires can be housed in the concrete following separate sections in the co'rres- zones.
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laying, some of the ends of the wire sections being anchored in the concrete, that is to say by being connected to relatively solid transverse reinforcements and the free ends of these sections can be fixed or wound up to a bar or rod that is rotated to twist the threads and exert traction on them.
When the desired stress is obtained, the bar is immobilized to keep the wires under tension, for example by filling with concrete the cavity, in which the bar is housed and which, is made in the concrete, but the retention of it. barre can be done in any other suitable manner.
In the above description, the invention has been described as referring to the manufacture of elements, such as beams, of rectangular cross-section, but it can be applied equally well to elements. having a different cross-section, eg T- or I-shaped and to building elements, of reinforced concrete, in general.
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