Procédé pour l'établissement de constructions en matériaux précontraints, et dispositif pour la mise en aeuvr e de ce procédé. I'1 est connu que l'on améliore considéra blement les propriétés des constructions en utilisant des armatures en aciers à haute limite élastique soumise initialement à de fortes tensions déterminant dans la construc tion un système de précontraintes inverses des contraintes développées par l'application des charges. La tension peut être conférée aux armatures avant ou après la prise du béton.
Dans ce dernier cas, on dispose les armatures formées par des câbles ou paquets de fils d'acier étiré à haute résistance, dans des vides ménagés dans le béton. Ces arma tures non adhérentes au béton sont soumises à une tension en prenant appui sur le béton une fois durci.
Une difficulté de ce procédé connu non résolue à ce jour de manière pratique, con siste dans la liaison à établir entre les fils ou câbles tendus et le béton.
On a déjà réalisé dans ce but des culots d'ancrage en acier ou en béton, comparables à des ancrages de câbles de ponts suspendus, extérieurs à la construction, la tension des armatures étant obtenue par des vérins agis sant entre ces culots d'ancrage et la masse de la construction. Ces dispositifs sont oné reux et leur encombrement empêche leur ex tension à des constructions usuelles telles que ponts ou bâtiments.
La présente invention concerne un pro cédé pour l'établissement de constructions en matériaux précontraints, dans lequel les pré- contraites sont obtenues au moyen de câbles ou d'ensembles de fils soumis à une tension préalable, et un dispositif pour la mise en ouvre de ce procédé. Elle permet d'éviter les saillies à l'extérieur des pièces en matériau à précontraindre.
Le procédé selon l'invention est applica ble en particulier aux constructions en béton précontraint dans le cas où la tension est conférée aux armatures après la prise du bé ton, bien qu'il puisse être également utilisé pour des constructions en un matériau autre que le béton, ou dans le cas du béton, pour la mise en tension avant prise.
Dans ce qui suit, on n'envisagera pour simplifier que l'application au béton, étant entendu que les autres applications font aussi partie de l'invention.
Le principe général de ce procédé est le suivant, par exemple: On prévoit dans la. construction, à l'en droit où se trouve l'extrémité du câble à tendre, une cavité dans laquelle passe ce câble, on étale les fils de ce câble contre la. paroi de cette cavité, on met ces fils en ten sion, puis, alors qu'ils sont tendus, on serre l'extrémité de ces fils placée dans ladite ca vité au moyen d'au moins un organe intro duit à force dans cette cavité et créant sur l'extrémité de chaque fil une compression suffisamment forte pour engendrer le long de ladite extrémité un frottement capable de supporter la tension.
Cette compression est poussée de préfé rence jusqu'à. une valeur telle qu'elle en gendre une expansion élastique de la paroi de la cavité, qui concourt au serrage des fils.
La compression des fils du câble peut être réalisée contre la paroi de la cavité au moyen de coins ou broches métalliques en foncés au vérin ou au marteau dans l'axe du câble ou entre les fils de celui-ci ou bien en core au moyen d'au moins une enveloppe pouvant être gonflée par injection sous pres sion à. l'état fluide, d'une matière capable de durcir telle qu'une résine synthétique.
Selon un exemple de mise en oeuvre de ce procédé, on enrobe les fils du câble, contre la paroi de la cavité, alors que ces fils se trouvent tendus, d'une substance capable d'adhérer aux fils et de durcir telle que du mortier de ciment avantageusement chargé de sable siliceux ou alumineux et d'amiante pour augmenter le frottement des fils sur le mortier, puis on réalise une compression éner gique de ce mortier contre la paroi de la cavité au moyen d'un organe introduit dans celle-ci. Il y a avantage à revêtir intérieure ment la cavité d'une enveloppe métallique avec interposition de graisse entre ladite en veloppe et la cavité en vue de diminuer le frottement.
La cavité ayant une forme tron conique et, la compression du mortier étant faite par un cône mâle forcé dans l'axe du câble, le glissement qui tend à se produire sur la surface graissée sous l'effet de la ten sion des fils quand le dispositif de mise cri tension est relâ ebé a pour effet de serrer davantage le mortier et d'augmenter l'an crage des fils.
Dans une variante d'exécution, dans la quelle on utilise encore une cavité tronco nique, on dispose un ensemble de coins entre les fils étalés sur la paroi de la cavité, de sorte qu'après mise en tension des fils, ser rage des coins entre ces fils et finalement re tour au repos du dispositif de mise en ten sion, l'ensemble des fils et des coins forme un cône mâle qui, en venant se bloquer dans le cône femelle, maintient la tension des fils.
L'organe muni de la cavité dans laquelle se fait le serrage du câble peut être consti tué, par exemple, par une pièce en acier moulé, scellée dans le béton ou autre maté riau à précontraindre et comportant une ou des surfaces d'appui contre le béton pour transmettre à celui-ci la compression résul tant de la tension du câble.
Il peut aussi être réalisé en béton armé; dans ce cas, la cavité oü se fait le serrage sera évidée dans le béton lui-même dont la paroi sera. rendue capable de résister aux ef forts d'expansion en y enrobant une première frette qui peut être constituée par un tube ou par des spires hélicoïdales en fils d'acier, de préférence à haute limite élastique ou par une combinaison d'un tel tube et de spires de fils l'entourant.
La transmission des efforts reçus par cette première frette au béton à comprimer peut être assurée par une seconde armature transversale du béton et constituée soit par une deuxième frette formée d'une tige d'acier enroulée en hélice et disposée Ïr. une certaine distance de la première, soit par des quadril lages perpendiculaires à l'axe du câble. On peut réaliser à l'avance des têtes d'ancrage en béton comportant la cavité tron conique et munies des frettes voulues. Les blocs ainsi constitués seront disposés dans les coffrages aux endroits où l'on voudra an crer des armatures tendues, puis noyés dans le béton.
Le dispositif pour l'exécution du procédé de l'invention est caractérisé en ce qu'il com porte, pour la mise en tension du câble et le serrage des fils contre la paroi de la cavité, un vérin à deux pistons concentriques, pre nant appui sur la construction autour de la paroi de la cavité traversée par le câble, l'un des pistons servant à la mise en tension des fils du câble, tandis que l'autre piston peut agir selon l'axe de la cavité pour l'enfonce ment à force de l'organe de serrage des fils du câble.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, des formes d'exécution de ce dis positif.
La fig 1 représente une coupe transver sale du câble et de sa gaine, selon une pre mière forme d'exécution, la coupe étant faite en un point du câble situé hors de l'ancrage.
La fig. 2 est une coupe longitudinale de ce câble.
La fig. 3 est une coupe longitudinale du dispositif d'ancrage et du vérin de mise en tension.
La fig. 4 est une vue de face d'un groupe de deux fils et d'une mordache d'ancrage sur le vérin.
La fi-. 5 est une vue partielle de face d'une rondelle crénelée perpendiculaire au câble et destinée à séparer ses fils pour leur mise en tension.
La fig. G est une vue en coupe axiale d'un autre exemple de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention.
Les fig. 7 à 9@ sont des coupes transver sales selon les lignes VII-VII, VIII-VIII et IX-IX de la fig. 6.
La fig. 10 montre en coupe une forme d'exécution d'un bloc d'ancrage en acier. La fig. 11 montre schématiquement l'ex trémité d'une poutre en béton précontraint, munie d'un dispositif d'ancrage conforme à l'invention.
La fig. 12 représente une section d'une poutre.
Dans l'exemple représenté aux fig. 1 à 5, le câble à tendre et à ancrer comprend deux couches de fils 8 et 9 (ayant en. tout un nom bre pair de fils, par exemple trente-deux) groupés autour d'une âme formée par un ressort à boudin 1 à pas long. Il est entouré d'une gaine formée, par exemple (fig. 1), de deux feuillards 7, 7a agrafés par des repliages 5. Cette gaine est mise en place dans les cof frages avant la coulée du béton de l'ouvrage et sert à isoler le câble du béton pour per mettre son allongement élastique au moment de la mise en tension.
Comme on le voit sur la fig. 3, l'extrémité du câble pénètre dans un tube d'ancrage 6 qui a reçu une forme évasée tronconique et qui est fretté par un fil d'acier dur 3 noyé dans le béton 2 coulé autour du tube 6. Un raccord étanche 10, en chatterton par exem ple, relie le tube 6@ à la gaine 7 pour empê cher la pénétration du béton dans ce tube et cette gaine. A l'extrémité du bloc de bé ton 2 se trouve une rondelle d'appui épaisse 12 en acier, destinée à recevoir la poussée dti vérin de mise en tension et à la transmettre au béton.
Une plaque crénelée 13 figurée en partie en élévation sur la fig. 5 et qui est maintenue par des boulons 15 scellés dans le béton est associée à une rondelle 14 en feuillard qui tient les fils du câble par paires dans les créneaux de la plaque 13. Un cône 16 en mortier très dur et très armé Longitudi nalement est coulé entre un tube 17 axé sur le câble et une enveloppe conique en tôle lisse et polie 18 entourée d'une contre-enve- loppe 19 en laiton ou fer-blanc.
A l'intérieur du tube 6 est disposée une enveloppe 20 éga lement conique en fer-blanc ou laiton, la sur face commune 6-20 étant graissée de ma nière à réaliser un coefficient de frottement de l'ordre de 5 à<B>10%.</B> Le piston 21 d'un vérin prend appui sur la rondelle 12 et com porte seize entailles radiales 21a laissant passer par paires les fils du câble. Ce pis- ton 21 contient un piston auxiliaire 22 agis sant sur le cône 16. Le cylindre 23, du pis ton 21 porte seize mordaches 24 recevant chacune deux fils du câble séparés par un coin intermédiaire 27 (vu en élévation sur la fig. 4 entre les saillies 28 et 29 formant les mordaches).
Le bloc de béton ? comporte en outre une série de frettes ou spires 25 en acier doux ordinaire et un système d'armatures 26 pa rallèles au câble.
Le câble avec sa gaine étant en place dans les coffrages, son extrémité étant pas sée dans l'enveloppe 20 garnissant l'inté rieur du tube 6, en fin les frettes 3 et 25 étant en place, on coule le béton 2.
Une fois le béton durci, on sépare les fils du câble en paires passant entre les rondelle 12 et 14 et dans les créneaux de la. plaque 13 qui, fixée par les boulons 15, maintient le tout.
On introduit alors le cône 16 avec sort tube 17, son enveloppe 18 et la contre-enve- loppe 19 dans le vide central du câble et l'on garnit de mortier frais plastique, chargé de sable siliceux ou d'amiante, l'intervalle entre l'enveloppe 19 et l'enveloppe 20. Au moyen du vérin dont le piston 21 prend appui par la rondelle 12 sur le béton entourant le tube 6, on tend les aciers fixés par groupes de deux sur les mordaches 24 du cylindre de ce vérin, lequel cylindre s'écarte du béton quand on admet la. pression dans le cylindre.
Puis les fils étant maintenus en tension, on actionne le piston 22 qui enfonce le cône 16, l'enveloppe métallique 18 glissant alors sur l'enveloppe 19 avec un frottement modéré métal sur métal. Le cône détermine une com pression intense du mortier entre les enve loppes 19 et 20, de l'ordre de 400 kg par cm dans l'exemple figuré.
Le mortier perd son excès d'eau et de vient très dur en acquérant un angle de frot tement sur lui-même et sur l'acier très élevé; en même temps, il prend un volume mini mum.
Quand on met à l'échappement le cylindre du vérin, la tension des aciers se reporte en totalité sur le système formé par le cône 16. les enveloppes 18 et 19, le mortier interposé entre 19 et 20 et l'enveloppe 20. Ce système sollicité par la tension glisse alors sur la sur face graissée entre le tube 6 et l'enveloppe 2ï), d'où un serrage très énergique du mortier sur les fils, de l'ordre de 800 à 1000 kg par <U>cm*'.</U> Ce serrage réalise une liaison parfaite des fils au mortier, l'angle de frottement entre les surfaces 6 et 20, augmenté de la pente du cône, étant plus faible que l'angle de frottement intérieur des fils sur le mor tier.
Le gonflement élastique du tube 6 et de la frette 3 met en compression le béton com pris entre les frettes 3 et 25, ce qui trans met les efforts de l'anerage à toute la masse armée par les armatures 25, 26. On peut alors enlever le vérin 21, 23 et couper ce qui dépasse des fils hors de la construction, puis injecter sous pression par le tube central 17 une matière de protection contre la. rouille telle que du coulis de ciment., une résine syn thétique pouvant faire prise ou toute autre matière de remplissage; on peut même par ce moyen établir une adérence entre les fils et leur gaine. On peut injecter une matière chaude facilement fusible, telle que du bi tume ou une résine, en réchauffant au préa lable l'intérieur des câbles par un envoi d'air chaud ou de vapeur.
Le rôle de l'âme formée par le ressort à boudin 1 est de maintenir la possibilité de cette injection et la régularité du câble même dans les courbes décrites par celui-ci.
Dans la variante de mise en ouvre re présentée sur les fig. 6 à 9, chaque arma ture, constituée par un paquet de fils 37 en acier dur à haute résistance à la traction, est disposée dans une gaine 31.
Chaque extrémité d'une armature ou une seule des extrémités, si l'autre est ancrée par d'autres moyens, est engagée dans le bloc qui va être décrit en regard de la fig. 6.
Ce bloc comporte, dans une masse 32 en béton à haute résistance, un orifice de révo lution ayant pour génératrice une droite a-b faisant avec l'axe x-x un angle dont la tangente est voisine de 115, ladite droite étant raccordée par une courbe b-c à la gé nératrice du tube 31, parallèle à. l'axe x--x.
Autour de la paroi de l'orifice ainsi formé est noyée dans le béton 32 une frette 33 en acier à haute limite élastique. Le bloc a dans l'exemple décrit la forme d'un corps de révolution comportant une tête 32a et un prolongement 32b tronconique, qui vient se raccorder à l'extrémité de la gaine 31 par un raccord 3'1a en tissu ou papier imprégné d'une matière plastique, genre chatterton. Autour de la tête 32a, le béton est fretté par une spire 34 qui peut être en acier doux.
Le béton 35 de l'ouvrage ou de la pièce à construire est coulé autour du tube et du bloc en ménageant un trou 36 par lequel l'ex trémité du câble traversant la tête 32 est accessible de l'extérieur de l'ouvrage. Les fils 37 constituant ce câble sont étalés et rabat tus contre la paroi a-b du tronc de cône et l'on dispose entre ces fils des coins 38 en acier munis sur leurs flancs d'entailles cylin driques Ha .correspondant à la forme des fils, de sorte que ces coins insérés entre les fils sont maintenus par ceux-ci et forment avec eux une sorte de cône mâle qui vient s'appuyer contre la paroi a-b du cône fe melle.
Pour la mise en tension, on utilise dans l'exemple envisagé un vérin analogue à celui qui a été décrit en regard de la fig. 3.
Le petit piston 22 de ce vérin vient agir sur l'extrémité des coins 38 par l'intermé diaire d'une plaquette 13a munie de créneaux pour le passage des fils et le piston 22 com porte un évidement 47 de diamètre correspon dant à celui de la plaquette.
Les organes étant disposés comme le montre la fig. 6, la mise en pression du pot 23 a pour effet d'écarter ce pot du piston 21 et de tendre les fils 37. Les coins suivent le mouvement des fils au début jusqu'à ce qu'ils viennent buter contre la plaquette 13a, ils laissent alors entre eux un jeu suffisant pour que les fils, tirés par le pot 23, glissent librement. Dans la zone b-c de la tête d'ancrage, les fils appuient contre le béton de cette tête et pour limiter leur frottement, cette zone est revêtue d'une chemise 48 réalisée, par exemple, en clinquant.
Quand le taux de tension, que l'on con naît par la pression dans le pot 23,, atteint la valeur voulue, on maintient la pression sta tionnaire dans ce pot et on met en pression le piston 22 qui vient effectuer un serrage des coins entre les fils en dilatant ainsi le cône mâle et en le serrant contre la paroi du cône femelle.
On peut alors mettre les deux vérins en vidange, retirer les fils des entailles 21a du vérin et enlever celui-ci; l'ancrage est ter miné. Le câble tendu, abandonné à lui-même, bloque le cône mâle formé par les fils et les coins, dans le cône femelle. Les fils ne pour raient en effet glisser entre les coins que si l'angle de frottement entre coins et fils des cendait au-dessous d'une valeur fl telle que tg
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a étant le demi-angle au sommet du cône et n le nombre de fils. Or, cet angle a est choisi beaucoup plus petit que l'angle de glissement, ce qui rend celui-ci im possible, et cela quel que soit l'état des sur faces des fils et des coins, même si ces sur faces étaient copieusement graissées.
Les pressions entre coins et fils sont d'ailleurs d'un ordre tel que la graisse, s'il s'en trouve, est chassée complètement.
Pour que l'ancrage résiste, il suffit donc que la paroi du cône femelle supporte l'ef fort du câble et qu'elle puisse le transmettre au béton.
C'est ici qu'intervient la frette en acier dur 33 qui reçoit les forces faisant avec l'axe du cône un angle qui est la somme de l'angle au sommet du cône et de l'angle de frotte ment acier sur béton.
Sous l'action du câble tendu, il s'établit, en définitive, un équilibre entre les déforma tions des frettes 33 et 34 du béton 32 et du béton sous-jacent 35, équilibre comportant une grande déformation relative de la frette 33-, une déformation relative beaucoup plus faible de la frette 34 et une mise en étreinte triple avec déformation plastique du béton 32 et réalisation de lignes isostatiques telle que UTr, XY.
Dans la zone où se fait l'appui de la tête sur le béton 35 de l'ouvrage, ce béton. peut être utilement fretté par des quadrillages.
Il est à remarquer que rient ne s'oppose à ce que l'on remette le vérin en place une se conde fois; on peut tirer à nouveau sur les fils avec le vérin; débloquer les coins, aug menter la tension initiale (ou même la ré duire). On peut donc réaliser les mises en tension de manière progressive, les corriger en cas d'erreur, ete. La mise en tension terminée, on peut bou cher le trou 36 par du béton et noyer les extrémités des fils qui dépassent, dans du béton qui remplit une légère entaille prati quée sur le côté du trou 36.
La fig. 10 montre en coupe un bloc d'an crage 32a en acier moulé muni du cône fe melle 32b et dont la surface 32c, 32d sert à l'appui sur le béton pour la transmission des effort engendrés par le câble tendu. On se sert de ce bloc d'ancrage de la manière qui a été décrite pour le bloc en béton.
La fig. Il montre l'extrémité d'une poutre munie d'armatures d logées dans des gaines, tendues et ancrées comme il vient d'être décrit. Les têtes d'ancrage e sont dis posées aux extrémités des armatures dans les logements prévus lors de la coulée du bé ton.
Les blocs peuvent être aussi à section car rée ou rectangulaire, et comprendre des dis positifs d'ancrage pour plusieurs câbles. En ce cas, les frettes 34 peuvent être rempla- céest par des quadrillages normaux au câble. On voit que dans le procédé et les dispo sitifs décrits, le vérin .qui tend les fils prend appui sur le béton qui constitue l'ancrage définitif, en sorte que la tension provisoire (pendant la mise en tension) et la tension dé finitive agissent suivant le même axe et sur la même matière, ce qui permet de compri- mer toute la surface de béton jusqu'au maxi mum compatible avec sa résistance.
Le procédé n'est pas limité au cas où la mise en tension est opérée après durcissement du béton. Le béton enrobant les armatures tendues peut n'être coulé qu'après la mise en tension de ces armatures, à condition de dis poser d'appuis pour les têtes d'ancrage pen dant que se fait cette mise en tension; ces ap puis peuvent être pris sur les coffrages ou sur une partie du béton de la pièce, qui n'en robe pas les armatures, que l'on coule à l'avance et qui a déjà fait son durcissement avant la mise en tension.
Par exemple, dans le cas d'une poutre ayant une section en<B>I</B> comme représenté sur la fig. 1?, on peut, après mise en place des armatures d et des blocs d'ancrage, couler d'abord le béton de la partie hachurée, qui n'enrobe les armatures qu'aux extrémités de la, poutre (fig. 11). Quand ce béton aura durci, on mettra en tension les armatures dont les blocs d'ancrage s'appuieront sur lui. Une fois la tension et 1 anerage terminés, on coulera le reste du béton autour des arma tures tendues.
Le procédé et les dispositifs décrits don nent aussi un moyen pratique de réaliser par des armatures tendues la solidarisation de pièces de béton distinctes disposées, par exemple, bout à bout. La mise en tension des armatures que l'on placera, par exemple, dans des trous ménagés dans ces pièces assu rera. leur mise en compression les unes contre les autres.
Ainsi, dans le cas où les armatures sont tendues après prise et durcissement du béton, la gaine isolant les armatures du béton peut être réduite à un simple enduit d'une ma tière grasse ou d'une matière plastique fusi ble â base de bitume, brai ou caoutchouc, appliquée sur les fils et protégée s'il y a lieu par un guipage en papier ou autres fibres. Cette matière plastique fusible peut être ra mollie au moment de la mise en tension, par exemple par l'envoi d'un courant électrique dans les armatures.
Process for establishing constructions in prestressed materials, and device for implementing this process. I'1 is known that the properties of constructions are considerably improved by using reinforcements made of steels with high elastic limit initially subjected to high stresses determining in the construction a system of prestressing opposite to the stresses developed by the application of charges. Tension can be imparted to the reinforcements before or after setting the concrete.
In the latter case, the reinforcements formed by cables or bundles of high strength drawn steel wires are placed in voids made in the concrete. These reinforcements that do not adhere to the concrete are subjected to tension by resting on the concrete once it has hardened.
One difficulty of this known method which has not yet been resolved in a practical manner consists in the connection to be established between the tensioned wires or cables and the concrete.
Steel or concrete anchor bases have already been produced for this purpose, comparable to cable anchors for suspension bridges, external to the construction, the tension of the reinforcements being obtained by jacks acting between these anchoring bases. and the mass of the construction. These devices are expensive and their bulk prevents them from being extended to usual constructions such as bridges or buildings.
The present invention relates to a process for establishing constructions in prestressed materials, in which the prestresses are obtained by means of cables or sets of wires subjected to a preliminary tension, and to a device for the implementation of. this process. It makes it possible to avoid protrusions on the outside of parts made of material to be prestressed.
The method according to the invention is applicable in particular to constructions in prestressed concrete in the case where the tension is conferred on the reinforcements after setting of the concrete, although it can also be used for constructions in a material other than the concrete. concrete, or in the case of concrete, for tensioning before setting.
In what follows, only the application to concrete will be considered for simplicity, it being understood that the other applications also form part of the invention.
The general principle of this process is as follows, for example: In the. construction, in the right where the end of the cable to be stretched is located, a cavity in which this cable passes, the son of this cable is spread out against the. wall of this cavity, these threads are put in tension, then, while they are stretched, the end of these threads placed in said cavity is tightened by means of at least one member forcibly introduced into this cavity and creating on the end of each wire a sufficiently strong compression to generate along said end a friction capable of withstanding the tension.
This compression is preferably pushed up to. a value such as to generate an elastic expansion of the wall of the cavity, which contributes to the tightening of the son.
The compression of the wires of the cable can be carried out against the wall of the cavity by means of wedges or metal pins in dark with the jack or the hammer in the axis of the cable or between the wires of this one or even by means of 'at least one envelope which can be inflated by injection under pressure at. the fluid state, of a hardening material such as a synthetic resin.
According to an example of implementation of this method, the wires of the cable are coated, against the wall of the cavity, while these wires are stretched, with a substance capable of adhering to the wires and of hardening, such as mortar. cement advantageously loaded with silica or alumina sand and asbestos to increase the friction of the wires on the mortar, then an energetic compression of this mortar against the wall of the cavity is carried out by means of a member introduced into the latter . There is an advantage in internally coating the cavity with a metal casing with the interposition of grease between said casing and the cavity in order to reduce the friction.
The cavity having a truncated conical shape and, the compression of the mortar being made by a male cone forced in the axis of the cable, the sliding which tends to occur on the greased surface under the effect of the tension of the wires when the The tensioning device is released to tighten the mortar more and increase the anchoring of the wires.
In an alternative embodiment, in which a frustoconical cavity is still used, a set of wedges is placed between the wires spread out on the wall of the cavity, so that after putting the wires under tension, the wedges are clamped. between these son and finally return to the rest of the tensioning device, the set of son and wedges form a male cone which, by locking in the female cone, maintains the tension of the son.
The member provided with the cavity in which the cable is clamped may be constituted, for example, by a cast steel part, sealed in concrete or other material to be prestressed and comprising one or more bearing surfaces against the concrete to transmit thereto the compression resulting from the tension of the cable.
It can also be made of reinforced concrete; in this case, the cavity where the clamping is done will be hollowed out in the concrete itself whose wall will be. made capable of resisting expansion forces by coating therein a first hoop which may be constituted by a tube or by helical turns of steel wires, preferably of high elastic limit or by a combination of such a tube and of wire turns surrounding it.
The transmission of the forces received by this first hoop to the concrete to be compressed can be ensured by a second transverse reinforcement of the concrete and constituted either by a second hoop formed of a steel rod wound in a helix and arranged Ïr. a certain distance from the first, or by quadrilages perpendicular to the axis of the cable. Concrete anchoring heads can be produced in advance comprising the truncated conical cavity and provided with the desired hoops. The blocks thus formed will be placed in the formwork at the places where one wants to create tensioned reinforcements, then embedded in the concrete.
The device for carrying out the method of the invention is characterized in that it comprises, for the tensioning of the cable and the clamping of the wires against the wall of the cavity, a jack with two concentric pistons, taking support on the construction around the wall of the cavity crossed by the cable, one of the pistons serving to tension the wires of the cable, while the other piston can act along the axis of the cavity for the force sinking of the cable wire clamp.
The accompanying drawing shows, by way of example, embodiments of this positive device.
FIG 1 shows a cross section of the cable and its sheath, according to a first embodiment, the cut being made at a point of the cable located outside the anchor.
Fig. 2 is a longitudinal section of this cable.
Fig. 3 is a longitudinal section of the anchoring device and of the tensioning cylinder.
Fig. 4 is a front view of a group of two wires and of an anchoring jaw on the jack.
The fi-. 5 is a partial front view of a crenellated washer perpendicular to the cable and intended to separate its son for their tensioning.
Fig. G is an axial sectional view of another example of implementation of the method which is the subject of the invention.
Figs. 7 to 9 @ are dirty cross sections along lines VII-VII, VIII-VIII and IX-IX of fig. 6.
Fig. 10 shows in section an embodiment of a steel anchor block. Fig. 11 schematically shows the end of a prestressed concrete beam, provided with an anchoring device according to the invention.
Fig. 12 shows a section of a beam.
In the example shown in FIGS. 1 to 5, the cable to be tensioned and to be anchored comprises two layers of wires 8 and 9 (having in all an even number of wires, for example thirty-two) grouped around a core formed by a coil spring 1 not long. It is surrounded by a sheath formed, for example (fig. 1), of two strips 7, 7a stapled by folding 5. This sheath is placed in the casings before the concrete pouring of the structure and is used to insulate the cable from the concrete to allow its elastic elongation at the time of tensioning.
As seen in fig. 3, the end of the cable enters an anchoring tube 6 which has received a flared tapered shape and which is wrapped by a hard steel wire 3 embedded in the concrete 2 poured around the tube 6. A tight fitting 10, in chatterton for example, connects the tube 6 @ to the sheath 7 to prevent the penetration of concrete into this tube and this sheath. At the end of the concrete block 2 there is a thick steel bearing washer 12, intended to receive the thrust of the tensioning cylinder and to transmit it to the concrete.
A crenellated plate 13 shown in part in elevation in FIG. 5 and which is held by bolts 15 sealed in the concrete is associated with a strip washer 14 which holds the wires of the cable in pairs in the slots of the plate 13. A cone 16 made of very hard and very reinforced mortar Longitudi nally is cast between a tube 17 centered on the cable and a conical casing of smooth and polished sheet metal 18 surrounded by a counter-casing 19 of brass or tin.
Inside the tube 6 is disposed a casing 20 which is also conical in tinplate or brass, the common surface 6-20 being greased so as to achieve a coefficient of friction of the order of 5 to <B> 10%. </B> The piston 21 of a jack is supported on the washer 12 and comprises sixteen radial notches 21a allowing the cable wires to pass in pairs. This piston 21 contains an auxiliary piston 22 acting on the cone 16. The cylinder 23 of the udder 21 carries sixteen jaws 24 each receiving two wires of the cable separated by an intermediate wedge 27 (seen in elevation in FIG. 4). between the projections 28 and 29 forming the jaws).
The concrete block? further comprises a series of frets or turns 25 of ordinary mild steel and a system of reinforcements 26 pa ralleles the cable.
The cable with its sheath being in place in the formwork, its end not being seated in the casing 20 lining the interior of the tube 6, at the end the hoops 3 and 25 being in place, the concrete 2 is poured.
Once the concrete has hardened, the wires of the cable are separated into pairs passing between the washers 12 and 14 and in the slots of the. plate 13 which, fixed by bolts 15, holds everything together.
The cone 16 is then introduced with the tube 17, its casing 18 and the counter-casing 19 into the central void of the cable and the gap is filled with fresh plastic mortar, loaded with siliceous sand or asbestos, the interval between the casing 19 and the casing 20. By means of the jack, the piston 21 of which is supported by the washer 12 on the concrete surrounding the tube 6, the steels fixed in groups of two are stretched on the jaws 24 of the cylinder of this jack, which cylinder moves away from the concrete when one admits the. pressure in the cylinder.
Then the son being kept in tension, the piston 22 is actuated which pushes the cone 16, the metal casing 18 then sliding on the casing 19 with moderate metal-to-metal friction. The cone determines an intense com pressure of the mortar between the envelopes 19 and 20, of the order of 400 kg per cm in the example shown.
The mortar loses its excess water and becomes very hard, acquiring a very high friction angle on itself and on the steel; at the same time, it takes a minimum volume.
When the cylinder of the jack is exhausted, the tension of the steels is transferred entirely to the system formed by the cone 16. the envelopes 18 and 19, the mortar interposed between 19 and 20 and the envelope 20. This system stressed by the tension then slides on the greased surface between the tube 6 and the casing 2i), hence very energetic tightening of the mortar on the wires, of the order of 800 to 1000 kg per <U> cm * '. </U> This tightening achieves a perfect bond of the wires to the mortar, the friction angle between the surfaces 6 and 20, increased by the slope of the cone, being smaller than the internal friction angle of the wires on the mor tier.
The elastic swelling of the tube 6 and of the hoop 3 puts the concrete comprised between the hoops 3 and 25 into compression, which transmits the forces of the anerage to the entire mass reinforced by the reinforcements 25, 26. We can then remove the jack 21, 23 and cut what protrudes from the wires out of the construction, then inject under pressure through the central tube 17 a protective material against the. rust such as cement grout, a synthetic resin which can set or any other filling material; it is even possible by this means to establish an aderence between the wires and their sheath. An easily meltable hot material, such as fiberglass or resin, can be injected by preheating the inside of the cables by sending hot air or steam.
The role of the core formed by the coil spring 1 is to maintain the possibility of this injection and the regularity of the cable even in the curves described by the latter.
In the implementation variant shown in FIGS. 6 to 9, each armature, consisting of a bundle of hard steel wires 37 with high tensile strength, is placed in a sheath 31.
Each end of a frame or only one of the ends, if the other is anchored by other means, is engaged in the block which will be described with reference to FIG. 6.
This block comprises, in a mass 32 of high-strength concrete, a revolving orifice having as its generator a straight line ab forming with the axis xx an angle whose tangent is close to 115, said straight line being connected by a curve bc to the generator of the tube 31, parallel to. the x - x axis.
Around the wall of the orifice thus formed is embedded in the concrete 32 a hoop 33 of high elastic limit steel. The block a in the example describes the shape of a body of revolution comprising a head 32a and a frustoconical extension 32b, which is connected to the end of the sheath 31 by a connector 3'1a of fabric or paper impregnated with 'a plastic, like chatterton. Around the head 32a, the concrete is wrapped by a coil 34 which may be of mild steel.
The concrete 35 of the structure or the part to be constructed is poured around the tube and the block, leaving a hole 36 through which the end of the cable passing through the head 32 is accessible from outside the structure. The wires 37 constituting this cable are spread out and folded flat against the wall ab of the truncated cone and steel wedges 38 are placed between these wires provided on their flanks with cylindrical notches Ha. Corresponding to the shape of the wires, so that these wedges inserted between the son are held by them and form with them a kind of male cone which comes to rest against the wall ab of the female cone.
For the tensioning, in the example envisaged, a jack similar to that which has been described with reference to FIG. 3.
The small piston 22 of this jack acts on the end of the wedges 38 through the intermediary of a plate 13a provided with slots for the passage of the wires and the piston 22 carries a recess 47 of diameter corresponding to that of the plate.
The members being arranged as shown in FIG. 6, the pressurization of the pot 23 has the effect of moving this pot away from the piston 21 and of tensioning the threads 37. The wedges follow the movement of the threads at the start until they abut against the plate 13a, they then leave sufficient clearance between them so that the wires, drawn by the pot 23, slide freely. In zone b-c of the anchoring head, the wires press against the concrete of this head and to limit their friction, this zone is coated with a jacket 48 made, for example, by foil.
When the rate of tension, which is known by the pressure in the pot 23, reaches the desired value, the stationary pressure is maintained in this pot and the piston 22 is put under pressure, which tightens the wedges. between the wires thereby expanding the male cone and tightening it against the wall of the female cone.
The two jacks can then be emptied, the wires from the notches 21a of the jack can be removed and the latter removed; anchoring is complete. The taut cable, left to itself, blocks the male cone formed by the wires and the wedges, in the female cone. The wires could in fact slip between the corners only if the friction angle between the corners and the ash wires fell below a value fl such that tg
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a being the half-angle at the top of the cone and n the number of threads. However, this angle a is chosen much smaller than the sliding angle, which makes it im possible, and that whatever the state of the surfaces of the wires and of the corners, even if these surfaces were copiously greased.
The pressures between the wedges and the wires are also of such an order that the grease, if any, is driven out completely.
For the anchoring to resist, it is therefore sufficient that the wall of the female cone supports the force of the cable and that it can transmit it to the concrete.
This is where the hard steel hoop 33 intervenes which receives the forces forming an angle with the axis of the cone which is the sum of the angle at the apex of the cone and the angle of friction between steel and concrete.
Under the action of the taut cable, a balance is finally established between the deformations of the hoops 33 and 34 of the concrete 32 and of the underlying concrete 35, an equilibrium comprising a large relative deformation of the hoop 33-, a much lower relative deformation of the hoop 34 and a triple hugging with plastic deformation of the concrete 32 and production of isostatic lines such as UTr, XY.
In the area where the head is supported on the concrete 35 of the structure, this concrete. can be usefully hooped by grids.
It should be noted that nothing is opposed to putting the cylinder back in place a second time; the wires can be pulled again with the jack; release the corners, increase the initial tension (or even reduce it). We can therefore carry out the tensioning gradually, correct them in the event of an error, ete. Once the tensioning is finished, the hole 36 can be plugged with concrete and the ends of the protruding wires can be embedded in concrete which fills a slight notch made on the side of the hole 36.
Fig. 10 shows in section a cast steel anchor block 32a provided with the female cone 32b and whose surface 32c, 32d is used to support the concrete for the transmission of the forces generated by the tensioned cable. This anchor block is used in the manner described for the concrete block.
Fig. It shows the end of a beam provided with reinforcements d housed in sheaths, stretched and anchored as it has just been described. The anchor heads e are placed at the ends of the reinforcements in the housings provided during the pouring of the concrete.
The blocks can also be square or rectangular in cross section, and include anchoring devices for several cables. In this case, the hoops 34 can be replaced by normal grids to the cable. It can be seen that in the process and the devices described, the jack which tends the wires is supported on the concrete which constitutes the definitive anchoring, so that the provisional tension (during the setting in tension) and the final tension act along the same axis and on the same material, which allows the entire concrete surface to be compressed up to the maximum compatible with its resistance.
The method is not limited to the case where the tensioning is carried out after hardening of the concrete. The concrete covering the tensioned reinforcements may not be poured until after these reinforcements have been put under tension, on condition that supports are available for the anchoring heads while this tensioning takes place; these ap then can be taken on the formwork or on a part of the concrete of the part, which does not dress the reinforcements, which is poured in advance and which has already hardened before the tensioning.
For example, in the case of a beam having a section in <B> I </B> as shown in fig. 1 ?, one can, after placing the reinforcements d and the anchor blocks, first pour the concrete of the hatched part, which only coats the reinforcements at the ends of the beam (fig. 11). . When this concrete has hardened, we will put in tension the reinforcements whose anchor blocks will rest on it. Once the tension and 1 anerage are completed, the rest of the concrete will be poured around the tension reinforcements.
The method and the devices described also give a practical means of achieving, by tensioned reinforcements, the joining of separate concrete pieces arranged, for example, end to end. The tensioning of the reinforcements which will be placed, for example, in holes made in these parts will ensure. compressing them against each other.
Thus, in the case where the reinforcements are stretched after setting and hardening of the concrete, the sheath insulating the reinforcements from the concrete can be reduced to a simple coating of a fatty substance or of a fusible plastic material based on bitumen, pitch or rubber, applied to the yarns and protected, if necessary, by wrapping of paper or other fibers. This fusible plastic material can be softened at the time of tensioning, for example by sending an electric current through the armatures.