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Procédé d'ancrage de fils en acier à haute limite élastique.
Dans les constructions de génie civil et tout spé- cialement dans les constructions en béton précontraint, on emploie de plus en plus fréquemment des fils en acier à haute limite élastique. Dans la plupart des cas, une extrémité des fils est d'abord fixée en un point de la construction; les fils sont ensuite tendus (généralement à des tensions très fortes) après quoi la seconde extrémité en est fixée à un autre point de la même ou d'une autre construction.
Il est souhaitable, et très souvent indispensable, de réduire au strict minimum l'encombrement du dispositif de fixation des câbles. Or, la nature de l'acier exclut l'emploi de certains procédés courants tels que la fixation par soudure, ou celle par emploi de vis et d'écrou.
Les systèmes de fixation ou d'ancrage employés jus- qu'à ce jour peuvent être divisés en deux groupes, à savoir: a) systèmes utilisant l'adhérence entre le fil et un matériau qui l'enrobe, le matériau généralement utilisé étant le béton ou le mortier.
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b) Systèmes utilisant la résistance par frottement entre les fils et un bloc en acier, en béton ou en un autre matériau, en serrant les fils contre ce bloc au moyen d'un cône ou d'une clavette.
Les systèmes sub b) sont généralement onéreux. Ils peuvent présenter, en outre, un sérieux inconvénient. En effet, à la mise sous tension des fils, la force de traction peut dé- passer la résistance développée par le frottement statique entre ces fils et le bloc et la clavette entre lesquels ils sont serrés. A ce moment, les fils glissent, entraînant géné- ralement le cône ou la clavette. Ce glissement ne s'arrête qu'au moment où la force de traction se trouve de nouveau équilibrée par la résistance due au frottement dynamique lequel s'accroît en raison de l'augmentation de la pression entre les fils et le bloc. Le terme de ce glissement est marqué par un choc qui provoque des tensions très élevées dans le bloc et le cône ou la clavette.
Les systèmes sous a) sont fondés sur l'adhérence du fil à un matériau qui l'enrobe. Pour des fils lisses et droits, cette adhérence est de valeur modeste surtout quand il s'agit de fils relativement gros.
Aussi leur longueur d'ancrage doit-elle être assez considérable. Comme elle dépasse généralement la place qui pourrait être disponible à cet effet, on envisage de plier les fils sur la longueur d'ancrage. Le bloc d'ancrage devient alors moins long, mais aussi plus encombrant dans les dimen- sions transversales.
On a tenté également d'utiliser des fils à surfaces rugueuses, tels que fils à empreintes, fils tordus, etc., avec lesquels on obtient une adhérence plus élevée au matériau en- robant. Ces fils sont cependant de fabrication plus coûteuse que celle des fils lisses. De plus, leur forme spéciale ne permet pas de recommander leur emploi lorsqu'ils doivent être enrobés par injection.
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La présente invention a pour but de remédier aux in- convénients ci-dessus et de procurer un procédé donnant toute satisfaction notamment au point de vue de l'espace réduit et basé sur l'emploi de fils lisses avec utilisation de l'adhé- rence entre ces fils et un matériau enrobant.
Ce procédé est caractérisé en ce que l'extrémité des fils après avoir reçu sur une longueur réduite une ondulation en sens alternatif et à petit rayon de courbure, est enrobée dans du béton ou du mortier armé d'un frettage approprié et en ce que les fils ne sont mis sous tension que lorsque le bé- ton a atteint le taux de résistance exigé.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on décrira ci-après à l'aide des dessins comment le procédé, qui en fait l'objet, peut être mis en pratique.
Les figures 1 et 1A se rapportent à un premier mode de réalisation, la figure 1 étant une coupe par la ligne B-B dans la figure 1A et la figure 1A une coupe par la ligne A-A dans la figure 1.
Les figures 2 et 21 se rapportent à un second mode de réalisation, la figure 2 étant une coupe par la ligne B-B dans la figure 2A et la figure 2A une coupe par la ligne A-A dans la figure 2.
Les figures 3,4 et 5 sont destinées à illustrer des applications pratiques du procédé.
Ainsi que cela ressort des figures 1, 1A, 2 et 2A dans le procédé d'ancrage suivant l'invention:
1) l'extrémité du fil 1 à ancrer reçoit sur une longueur réduite une ondulation 8 dont les courbes à petits rayons se suivent en sens alternatifs, mais dans un même plan ;
2) cette extrémité est enrobée sur toute la longueur de l'ondulation dans un béton ou un mortier de fiment 2.
3) ce béton ou ce mortier est renforcé par un frettage en acier doux ou en acier à haute limite élastique composé: a/ soit d'un fil 3 roulé en spires serrées qui joue également le rôle de coffrage du bloc d'ancrage 2(fig.l et lA); @
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b/ soit, concurremment, de nappes de fils ondulés dans des plans parallèles entre eux et aux plans des fils à ancrer et d'un fil en spire 5 enveloppant l'ensemble du bloc (fig. 2 et 2A). Dans ce cas, la fabrication du bloc nécessite un coffrage 6.
Ce procédé présente une série d'avantages qui peuvent être résumés comme suit :
1 ) l'ondulation des fils peut être réalisée avec les moyens normaux de pliage à froid de petites barres laminées, c'est-à-dire très économiqiement.
2 ) A l'effort de traction dans le fil on oppose la résistance provenant à la fois de l'adhérence au matériau en- robant et de la raideur propre du fil. En effet, pour glisser, le fil doit vaincre son adhérence au mortier ou au béton, que l'on augmente considérablement par la forme ondulée qu'il a reçue et sa propre raideur qui s'oppose à la modification de for- me en sens alternatifs que lui impose le mortier ou le béton enrobant. Son efficacité permet donc de réaliser ce dispositif sur une faible longueur.
3 ) Grâce à l'emploi d'un frettage approprié le maté- riau enrobant est rendu apte à résister aux efforts de sollici- tation importants qui l'affectent à la mise sous tension des fils.
Lors de la mise en pratique du procédé, on doit envisa- ger les deux cas suivants:
I - le bloc d'ancrage est fabriqué séparément et appor- té à l'élément de construction au moment de la mise sous ten- sion des fils.
II - une partie de l'élément armé par les fils peut être traitée de façon à devenir elle-même bloc d'ancrage.
Dans le premier cas, on doit encore distinguer deux sous-hypothèses: a/après mise sous tension des fils le bloc d'ancrage reste distinct de l'élément de construction.
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b/ après mise sous tension des fils, le bloc d'an- crage est solidarisé avec l'élément de construction qu'il sert.
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glJ22!h2..L 5XB2ëµê..-â Phase 1 - Les fils 1 qui doivent assurer la précontrainte de la poutre 7 sont coupés à la longueur voulue. Chacun reçoit à son extrémité et sur une longueur réduite une ondulation 8 en sens alternatif, à petit rayon de courbure, maintenue dans un même plan.
Les fils sont ensuite réunis en faisceaux suivant la position qu'ils doivent prendre dans le corps de la poutre; leur extrémité ondulée est introduite sur toute sa longueur dans un frettage cylindrique 3 en fils d'aèier doux ou d'acier à haute limite élastique.
On coule aussitôt à l'intérieur du coffrage formé par le frettage 3 un béton 2 ou un mortier de ciment qu'on laisse durcir jusqu'au moment où il atteint le taux de résis- tance approprié.
Il est à remarquer que la description de cette phase suppose l'exécution d'un bloc d'ancrage du type décrit à la figure 1. Il est évident que ce bloc peut aussi bien être du type de la figure 2. Dans ce dernier cas, après leur mise en faisceaux, les extrémités ondulées des fils sont posées dans un coffrage 6 qui reçoit également le frettage 4 en nappes et en spires 5 décrit plus haut. Le béton 2 est ensuite coulé à l'intérieur de ce coffrage.
Phase 2. - Indépendamment de l'opération de la phase 1, on procède au bétonnage de la poutre 7 en y ménageant les orifices et conduits 9 destinés à recevoir les fils d'acier 1.
On laisse ensuite durcir le béton jusqu'au moment où il atteint le taux de résistance approprié.
Phase 3 - Sitôt atteint le degré de durcissement requis tant pour la poutre que pour le bloc d'ancrage, les fils 1 sont
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introduits dans la poutre 7 par leur extrémité libre jusqu'au moment où le bloc d'ancrage 10 vient buter contre la paroi 11 d'aboutsde la poutre 7.
A l'autre extrémité de la poutre, les fils 1 sont alors repris (en V) par des vérins qui les portent à la ten- sionrequise; ils sont ensuite ancrés à cette extrémité au moyen d'un dispositif adéquat (par exemple ancrage en acier).
Le bloc d'ancrage que la tension des fils maintient contre la poutre, reste donc bien distinct de celle-ci.
Hypothèse I b
Le processus de fabrication reste le même que dans le cas Ia.
Néanmoins lors du bétonnage de la poutre 7, on ménage non seulement les orifices et conduits 9 destinés à recevoir les fils 1 mais aussi un logement 12 pour le bloc d'ancrage.
Lors de l'introduction des fils dans la poutre, le bloc d'ancrage vient donc buter à l'intérieur de ce logement 12 ; après la mise sous tension et l'ancrage des fils à l'au- tre extrémité, une couche de béton 13 vient fermer l'orifice du logement et solidariser le bloc d'ancrage avec la poutre.
Hypothèse II
Une partie de l'élément mis sous tension par les fils peut être traitée de façon à servir de bloc d'ancrage.
On peut prendre l'exemple d'une poutre creuse en béton précontraint (figure 5).
Phase 1 - Les fils 1 qui doivent assurer la précontrainte de cette poutre après avoir été coupés à longueur voulue, reçoi- vent à leur extrémité une ondulation en sens alternatifs, à petit rayon de courbure, maintenue dans un même plan. On prépare, par ailleurs, un frettage 3 de forme cylindrique ou un frettage 4 en nappes.
Phase 2 - Lorsque le coffrage des parois de la poutre 7 est terminé, on pose les fils 1 à la place qu'ils doivent défini-
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tivement occuper concurremment avec l'armature normale en acier doux. Leur extrémité ondulée s'intègre donc dans la paroi d'about de la poutre: on a soin de l'entourer des frettages (3 ou 4) qui ont été préparés.
Le bétonnage de la poutre est aussitôt entamé.
Phase - Lorsque le béton de la poutre a atteint le taux de résistance requis, on commence la mise sous tension des fils.
R e v e n d i c a t i o n s .
1/ Procédé d'ancrage de fils ou de tiges en scier à haute limite élastique servant d'armatures destinées principa- lement au béton précontraint, caractérisé en ce que l'extrémité des fils, après avoir reçu sur une longueur réduite une ondula- tion dont les courbes à petits rayons se suivent en sens alterna- tifs mais dans un même plan, est enrobée sur toute la longueur de l'ondulation dans un béton ou un mortier de ciment armé d'un frettage et en ce que les fils ne sont mis sous tension que lors- que le béton d'enrobage a atteint un taux de résistance tel que à l'effort de traction dans le fil s'opposent la résistance pro- venant à la fois de l'adhérence au matériau enrobant et de la raideur propre du fil.
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High elastic limit steel wire anchoring process.
In civil engineering constructions and especially in pre-stressed concrete constructions, steel wires with high elastic limit are used more and more frequently. In most cases, one end of the wires is first secured at a point in the construction; the threads are then stretched (usually at very high tensions) after which the second end is fixed to another point of the same or of another construction.
It is desirable, and very often essential, to reduce the bulk of the cable fixing device to the strict minimum. However, the nature of steel excludes the use of certain common processes such as fixing by welding, or that by the use of screws and nuts.
The fixing or anchoring systems employed up to now can be divided into two groups, namely: a) systems using the adhesion between the wire and a material which surrounds it, the material generally used being the concrete or mortar.
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b) Systems using the frictional resistance between the wires and a block of steel, concrete or other material, by tightening the wires against this block by means of a cone or a key.
The sub b) systems are generally expensive. They can also present a serious drawback. In fact, when the wires are put under tension, the tensile force can exceed the resistance developed by the static friction between these wires and the block and the key between which they are clamped. At this time, the threads slide, generally pulling the cone or the key. This sliding only stops when the tensile force is again balanced by the resistance due to the dynamic friction which increases due to the increase in the pressure between the wires and the block. The end of this sliding is marked by a shock which causes very high tensions in the block and the cone or the key.
The systems under a) are based on the adhesion of the wire to a material which surrounds it. For smooth and straight yarns this adhesion is of modest value especially when it comes to relatively thick yarns.
Also their anchoring length must be quite considerable. As it generally exceeds the space that could be available for this purpose, it is considered to bend the wires over the anchoring length. The anchoring block then becomes shorter, but also more cumbersome in the transverse dimensions.
Attempts have also been made to use threads with rough surfaces, such as imprinted threads, twisted threads, etc., with which a higher adhesion to the coating material is obtained. However, these threads are more expensive to manufacture than that of smooth threads. In addition, their special shape does not allow their use to be recommended when they have to be coated by injection.
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The object of the present invention is to remedy the above drawbacks and to provide a process which is entirely satisfactory in particular from the point of view of reduced space and based on the use of smooth threads with use of adhesion. between these threads and a coating material.
This process is characterized in that the end of the wires, after having received over a reduced length a corrugation in the alternating direction and with a small radius of curvature, is embedded in concrete or reinforced mortar with a suitable hooping and in that the The wires are not energized until the concrete has reached the required resistance rate.
In order to make the invention clearly understood, the following will describe with the aid of the drawings how the process, which is the subject thereof, can be put into practice.
Figures 1 and 1A relate to a first embodiment, Figure 1 being a section through line B-B in Figure 1A and Figure 1A a section through line A-A in Figure 1.
Figures 2 and 21 relate to a second embodiment, Figure 2 being a section through line B-B in Figure 2A and Figure 2A a section through line A-A in Figure 2.
Figures 3, 4 and 5 are intended to illustrate practical applications of the method.
As emerges from Figures 1, 1A, 2 and 2A in the anchoring method according to the invention:
1) the end of the wire 1 to be anchored receives over a reduced length an undulation 8 whose curves with small radii follow each other in alternating directions, but in the same plane;
2) this end is embedded over the entire length of the corrugation in concrete or cement mortar 2.
3) this concrete or this mortar is reinforced by a hooping in mild steel or in steel with high elastic limit composed of: a / either of a wire 3 rolled in tight turns which also plays the role of formwork for the anchoring block 2 ( fig.l and lA); @
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b / or, concurrently, layers of corrugated son in planes parallel to each other and to the planes of the son to be anchored and of a spiral wire 5 enveloping the entire block (FIGS. 2 and 2A). In this case, the manufacture of the block requires formwork 6.
This process has a series of advantages which can be summarized as follows:
1) the corrugation of the wires can be carried out with the normal means of cold bending of small rolled bars, that is to say very economically.
2) The tensile force in the wire is opposed to the resistance resulting both from the adhesion to the coating material and from the inherent stiffness of the wire. Indeed, in order to slide, the wire must overcome its adhesion to the mortar or to the concrete, which is considerably increased by the wavy shape that it has received and its own stiffness which opposes the modification of shape in alternatives imposed by the mortar or the embedding concrete. Its efficiency therefore makes it possible to produce this device over a short length.
3) Thanks to the use of an appropriate hooping, the coating material is made capable of withstanding the significant stress forces which affect it when the wires are put under tension.
When carrying out the process, the following two cases should be considered:
I - the anchoring block is manufactured separately and added to the construction element when the wires are put under tension.
II - part of the element reinforced by the wires can be treated so as to itself become an anchoring block.
In the first case, we must still distinguish two sub-hypotheses: a / after tensioning the wires, the anchoring block remains distinct from the construction element.
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b / after tensioning the wires, the anchor block is secured to the construction element that it serves.
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glJ22! h2..L 5XB2ëµê ..- â Phase 1 - The wires 1 which must ensure the prestressing of the beam 7 are cut to the desired length. Each receives at its end and over a reduced length a corrugation 8 in an alternating direction, with a small radius of curvature, maintained in the same plane.
The wires are then united in bundles according to the position they must take in the body of the beam; their corrugated end is introduced over its entire length into a cylindrical hoop 3 made of soft aerated steel or high elastic limit steel son.
A concrete 2 or a cement mortar is immediately poured inside the formwork formed by the hooping 3 which is left to harden until it reaches the appropriate level of resistance.
It should be noted that the description of this phase assumes the execution of an anchoring block of the type described in figure 1. It is obvious that this block can just as well be of the type of figure 2. In the latter case , after their bundling, the corrugated ends of the son are placed in a formwork 6 which also receives the hooping 4 in layers and in turns 5 described above. Concrete 2 is then poured inside this formwork.
Phase 2. - Independently of the operation of phase 1, the concreting of the beam 7 is carried out by leaving the orifices and conduits 9 there intended to receive the steel wires 1.
The concrete is then allowed to harden until it reaches the appropriate strength rate.
Phase 3 - As soon as the degree of hardening required for both the beam and the anchor block is reached, wires 1 are
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introduced into the beam 7 by their free end until the moment when the anchoring block 10 abuts against the wall 11 of ends of the beam 7.
At the other end of the beam, the wires 1 are then taken up (in V) by jacks which carry them to the required voltage; they are then anchored at this end by means of a suitable device (for example steel anchor).
The anchoring block that the tension of the wires maintains against the beam, therefore remains very distinct from the latter.
Hypothesis I b
The manufacturing process remains the same as in case Ia.
However, when concreting the beam 7, not only the orifices and conduits 9 intended to receive the wires 1, but also a housing 12 for the anchoring block, are spared.
When the wires are introduced into the beam, the anchoring block therefore abuts inside this housing 12; after tensioning and anchoring of the wires at the other end, a layer of concrete 13 closes the orifice of the housing and secures the anchoring block to the beam.
Hypothesis II
Part of the element put under tension by the wires can be treated so as to serve as an anchoring block.
We can take the example of a hollow prestressed concrete beam (figure 5).
Phase 1 - The wires 1 which must ensure the prestressing of this beam after having been cut to the desired length, receive at their end a corrugation in alternating directions, with a small radius of curvature, maintained in the same plane. In addition, a hoop 3 of cylindrical shape or a hoop 4 in layers is prepared.
Phase 2 - When the formwork of the walls of the beam 7 is finished, we lay the wires 1 in the place they must define.
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tively occupy concurrently with the normal mild steel frame. Their corrugated end is therefore integrated into the end wall of the beam: care is taken to surround it with the hoops (3 or 4) which have been prepared.
Concreting of the beam is immediately started.
Phase - When the concrete of the beam has reached the required resistance rate, the tensioning of the wires is started.
R e v e n d i c a t i o n s.
1 / A method of anchoring wires or sawn rods with a high elastic limit serving as reinforcements intended mainly for prestressed concrete, characterized in that the end of the wires, after having received a corrugation over a reduced length whose curves with small radii follow each other in alternating directions but in the same plane, is embedded over the entire length of the corrugation in a concrete or a cement mortar reinforced with a hoop and in that the wires are not tensioned that when the embedding concrete has reached a rate of resistance such that the tensile force in the wire opposes the resistance from both the adhesion to the embedding material and the inherent stiffness of the wire.