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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 **.