Aire en béton. On construit à l'ordinaire les pistes d'en vol pour avions lourds en revêtant le terrain d'une couche en béton épaisse.
On constate, quel que soit. le soin apporté à l'exécution de ces aires en béton, qu'elles se divisent spontanément en éléments irréguliers. On s'efforce d'éviter d'ordinaire cette frag mentation des aires en les divisant, à priori, en éléments de dimensions limitées, par des joints verticaux préparés d'avance.
Or, aux points de vue de la répartition (les charges sur le terrain de fondation, de la protection de ce terrain contre le ramollisse ment par les eaux superficielles, des con traintes du béton provoquées par les charges et (le l'usure du revêtement, une aire ainsi divisée présente, par rapport à une aire con tinue, de grands inconvénients que l'on a sou vent. essayé de pallier en reliant les blocs par des goujons d'acier traversant les joints.
La présente invention a pour objet lui ensemble de moyens permettant. d'obtenir avec du béton des aires continues ou jouissant. des avantages des aires continues sans en présen ter les inconvénients.
Selon l'invention, l'aire est constituée par des dalles séparées par des joints de dilata tion, et elle est caractérisée en ce que les dalles sont précontraintes parallèlement à leur surface suivant deux directions différentes et en ce que les dalles peuvent se déplacer libre ment par rapport au sol sur lequel elles re posent. On doit. noter que les dalles des aires en béton actuelles sont souvent susceptibles de lé-ers glissements sur leur fondation.
Pour permettre aux dalles de se déplacer librement sur leur sol de fondation, on aménagera celui-ci par exemple en lui donnant une sur face parfaitement réglée que l'on recouvrira avantageusement de sable, lui-même revêtu de préférence, pour l'isoler du béton, d'un papier fort ou mieux encore d'un papier ou feutre imprégné d'un produit, plastique tel que du bitume, par exemple. Tout, autre aménagement. du sol réduisant le frottement d'une surface de béton qu'il supporte peut également être envisagé.
Le mode de préparation du terrain qui vient d'être décrit. est en lui-même déjà connu et d'utilisation courante, mais en vue de résul tats autres que ceux que l'invention se pro pose.
Une première conséquence de l'invention est. la. possibilité de diminuer les épaisseurs de béton considérée;; actuellement comme néces saires polir une charge utile prévue. Cette di minution, surtout. dans le cas d'aires épaisses pour avions très lourds, pourra largement dé passer 50% et atteindre éventuellement 701/o.
Cette diminution d'épaisseur est fort im portante parce que, plus les aires sont épaisses et plus l'obtention des précontraintes néces saires pour empêcher leur fragmentation est coûteuse. En effet, les épaisseurs intervien nent une première fois pour exagérer les écarts de température entre les deux faces des aires et une seconde fois comme multiplicateur des contraintes locales proportionnelles à ces écarts.
Entre deux dalles, les joints peuvent être conçus selon les deux types suivants, par exemple a) des joints qui n'assurent aucune trans mission d'effort entre les dalles qu'ils séparent et dont; les bords, sauf effet du frottement sur la fondation, sont libres de se déplacer; b) des joints qui, au contraire des précé dents, assurent la transmission entre les bords de dalles contiguës de certains efforts tout en permettant le mouvement relatif de ces bords dû à la dilatation ou la contraction de ces dalles.
Dans la suite du mémoire, on se référera aux dessins annexés qui montrent, en parti culier, à titre d'exemples, quelques formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est la coupe verticale et transver sale d'un joint du premier type indiqué ci- dessus.
La fig. 2 est également une coupe verticale et transversale d'une variante de joint du premier type.
La fig. 3 est, en coupe verticale et trans versale, une vue d'un joint du second type. La fig. 4 est également une coupe verticale et transversale, à plus grande échelle, d'tin joint du second type.
La fig. 5 est, en perspective, une vue d'un rouleau utilisé dans la forme de réalisation de joint du second type montré en coupe hori zontale par la fig. 6.
La fig. 7 est une coupe horizontale d'un joint du second type à biellettes correspondant à la coupe VII-VII de la fig. 8.
La fig. 8 est la coupe selon VIII-VIII de la fig. 7.
La fig. 9 est une vue en plan d'une dispo sition particulière d'armatures.
La fig. 10 est la coupe suivant X-X de la fig. 9.
La fig. 11 est une coupe verticale d'or ganes de butée ancrés au sol. Les fig. 12, 13 et 14 montrent, en plan, des schémas d'ensemble de pistes d'envol.
Enfin, la fig. 15 est une vue en plan d'un joint en dents de scie combinant les propriétés des joints du premier et du second type.
Sur la fig. 1, on a représenté en coupe longitudinale partielle deux dalles 1, 1 de l'aire en béton, précontraintes chacune longi tudinalement par exemple par des armatures tendues 5, 6. Ces dalles suposées précontraintes transversalement par des moyens non repré sentés sont séparées par le joint 4 qui est dupre- mier type indiqué dans l'introduction ci-dessus.
L'exagération des moments négatifs au voisinage des joints de ce type exige un ren forcement local qui peut être obtenu soit par un accroissement de la précontrainte des dalles au voisinage du joint parallèlement à celui-ci, soit en augmentant progressivement l'épaisseur de la dalle depuis sa valeur normale jusqu'à un maximum au voisinage du joint, les deux moyens pouvant être avantageusement com binés. Par exemple, sur la fig. 1, l'épaisseur de béton de chaque dalle 1 au voisinage du joint 4 est égale à une fois et demie l'épais seur courante e de la dalle.
La précontrainte étant supposée centrée dans la zone 2 d'épais seur uniforme, le moment disponible dans la zone 3 renforcée, avant apparition de tensions à la face supérieure, sera égal au produit de la précontrainte par le tiers de l'épaisseur maximum de béton ou la moitié de l'épaisseur normale. Les armatures 5 et 6 réalisant les précontraintes perpendiculaires au joint 4 sont ancrées dans les bords des dalles au voisinage des faces du joint.
On peut également (fig. 2) soutenir les bords des dalles 1 dans la zone du joint par une fondation localisée 7 dont la réaction di minue les moments dangereux qui sont les moments négatifs dus à la présence de charges au bord des dalles. La fondation 7 pourra être en béton recouverte d'une couche 8 favo risant le glissement, telle qu'une feuille de papier fort, du papier goudronné ou un enduit bitumineux. Il sera préférable pour éviter des efforts anormaux au droit des bords de cette fondation, de lui donner dans les régions 9a et 9b une épaisseur variant progressivement de zéro à un maximum.
On pourra aussi avoir intérêt. à. la précontrainte suivant. sa. plus grande dimension (parallèlement; au joint.) pour aug menter son efficacité. Ceci est. vrai d'ailleurs pour toutes les fondations de ce genre que l'on rencontrera dans la suite de la présente des cription.
Les joints du deuxième type indiqué dans l'introduction peuvent être réalisés de beau coup de manières différentes ayant toutes ce caractère commun que les résultantes géné rales de toutes les forces dont l'aire peut être le siège au voisinage d'une face du joint, peu vent être transmises à la face opposée par des organes de liaison appropriés.
Un premier mode de réalisation de telles liaisons consisterait: à. rendre possible le glisse ment sans frottement. du bord d'une dalle contre le bord de la dalle eontiguë en interpo sant entre eux une garniture métallique for mée de deux feuilles séparées par une surface bien graissée disposée dans le plan vertical du joint, par exemple une feuille d'acier et une feuille de métal mou antifriction.
Toutefois, une telle liaison, capable de transmettre toute force horizontale, donc les flexions, ne transmettra pas les efforts tran chants verticaux. On pourra y remédier en utilisant une fondation locale commune aux deux bords du joint et analogue à celles qui sont représentées en 7 (fig. 2) à propos des joints de la première catégorie ou en 11 (fig. 3). On peut: aussi prévoir des cannelures longitudinales telles que celles de la. fig. 4.
Un second moyen (fig. 3) consiste à dis poser entre les faces 12a et 12b du joint. et en contact parfait. avec le béton une feuille de caoutchouc 13, de préférence assez dur, mais demeurant. capable de déformations impor tantes par distorsion.
Une feuille d'un caoutchouc convenable ment choisi insérée entre deux faces de béton permet, des glissements relatifs importants de ces faces tout en étant capable de transmettre, de l'une à l'autre, des pressions normales d'un ordre élevé ainsi que des moments de flexion considérables au prix de déformations, glisse- ments exceptés, peu différentes de celles des autres régions de la dalle, surtout si l'on accepte, vers les joints, des augmentations d'épaisseur progressives.
Ces augmentations d'épaisseur accroissent la résistance et la rigidité sous l'action des moments de flexion d'axe horizontal et rap prochent; le centre du joint de la position moyenne du centre des précontraintes, presque toujours situé, dans les aires, au-dessous de la mi-épaisseur en raison de l'excès de retrait auquel est toujours soumise la face supérieure. Cette solution, comme la précédente, ne trans met pas les efforts tranchants et il faut avoir recours aux mêmes expédients: fondation com mune représentée en 14 (fi-.<B>3)</B> ou en<B>7</B> (fig. 2) ou cannelures<B>18</B> et nervures 17 hori zontales correspondantes (fig. 4).
Les inconvénients dus au défaut. de trans mission des efforts tranchants peuvent. aussi être évités en utilisant par exemple des billes ou des rouleaux, lisses ou non, roulant sur les deux faces du joint, convenablement organisées à cette fin ou encore des systèmes de bielles parallèles à double articulation pour relier les deux faces du joint,. On peut imaginer des billes roulant dans des cannelures horizontales en regard ou des rouleaux 19 de forme géné rale montrée par la fig. 5, pouvant être mou lés en fonte, béton ou toute autre matière avec éventuellement un renforcement des faces rou lantes 20, par exemple, par une armature noyée 27 (voir fig. 6) ou un revêtement métal lique.
La fig. 6 est. un exemple d'utilisation de rouleaux de ce genre. Les rouleaux 19 sont intercalés entre les faces 21 et 22 du joint, moulées de manière à. permettre le roulement et éventuellement renforcées par des revête ments appropriés. Ces rouleaux sont avanta geusement isolés entre eux par une matière déformable 23 telle que du bitume, un mé lange de bois et de bitume ou une mousse de gomme.
On peut réaliser les surfaces de roule ment. de multiples manières, par exemple en enrobant les rouleaux de bitume jusqu'aux plans affleurant les lignes de contact 19a des rouleaux avec les faces 21 et 22, puis en cou lant de part et, d'autre du volume ainsi mé- nagé les dalles de l'aire. On pourra par exem ple munir les rouleaux 19 avant mise en place et coulage du béton des dalles de surfaces de roulement 24 en acier, par exemple fortement pressées contre eux par des ligatures 25. Comme précédemment, les interstices devront. être remplis de matière plastique déformable.
A titre d'exemple de systèmes constitués de bielles parallèles à double articulation, on pourra utiliser (fig. 7 et; 8) des biellettes 28 en acier, plates, à portée cylindrique, appuyées sur des festons métalliques 29 ou sur des élé ments isolés 29a. L'assemblage sera maintenu provisoirement par des points de soudure 30 destinés à céder ultérieurement.
Les joints réalisés comme il vient d'être décrit permettent la transmission d'une dalle à l'autre, des efforts de compression et des efforts tranchants, c'est-à-dire réalisent. la continuité mécanique de l'aire, puisque, par suite de la précontrainte de cette aire, il n'apparaît pas d'effort de traction en aucun point de celle-ci. Ces joints se déforment sous les charges de manière comparable à celle de la région centrale des dalles et tout en trans mettant les efforts d'un bord à l'autre, per mettent néanmoins mi déplacement tangentiel relatif des bords des dalles contiguës.
Le tracé des joints en plan est de préfé- rerqce rectiligne et oblique par rapport aux directions de préèontraintes, mais on peut concevoir aussi d'autres tracés, par exemple un tracé circulaire ou en spirale logarithmique.
Dans les cas ordinaires de mise en ceuvr e du béton précontraint, la rupture du béton tende a pour conséquence évidente une dimi nution de la résistance de l'ouvrage et une réduction inadmissible de la sécurité. Par suite, on s'impose avec raison la suppression de tout risque de mise en tension du béton au- delà de sa tension de rupture, le plus souvent même, pour empêcher la production de toute tension dangereuse, on s'impose un minimtun de compression du béton.
De telles exigences sont inutiles dans le cas des aires appuyées sur le sol. Le risque d'ef fondrement n'existe pas et la condition essen tielle à réaliser se réduit au maintien de cer- taines propriétés des dalles continues. Or, celui-ci n'exige pas une continuité élastique absolue. Dans une aire non précontrainte, toute amorce de fissure se transforme en frac ture totale à cause des alternances d'efforts qui s'étendent à toute l'épaisseur.
Dès qu'une aire est soumise à un système permanent de précompression - il suffit, pour cela que les précontraintes soient; nettement supérieures aux effets du frottement sur le sol - il existe en permanence une zone comprimée qui ne peut être traversée par aucune fissure amor cée sur la face supérieure ou inférieure. De plus, toute fissure se referme dès que la flexion qui l'a produite cesse d'agir, au point de devenir invisible. Elle peut même se re- souder réellement si la cause qui l'a ouverte ne se reproduit qu'à de longs intervalles et si, entre temps, le béton se trouve être assez humide.
D'autre part, une amorce de fissure ne diminue pas la résistance d'une dalle précon trainte vis-à-vis des moments qui tendent à refermer cette fissure. En ce qui concerne les moments qui tendent. à ouvrir les fissures, on lie dispose plus pour s'opposer à leur action de la résistance à. la traction du béton, puisque celui-ci est localement rompu, mais on dispose, jusqu'à rupture du béton par excès de com pression, du moment fourni par la force de précontrainte dans sa nouvelle position par suite de l'ouverture de la fissure.
D'ailleurs, la déformation due à cette ouverture même tend à réduire la valeur du moment nuisible en modifiant dans le sens favorable les condi tions de réaction du terrain.
Il convient d'observer que les précompres- sions n'étant pas diminuées par les flexions, mais simplement déplacées, la résistance au cisaillement des aires n'est pas diminuée par leur fissuration partielle.
De tout ceci résulte que des précontraintes permanentes modérées, si elles n'empêchent pas la fissuration des aires de manière abso lue, leur confèrent pratiquement les mêmes avantages que si elles restaient. parfaitement continues, puisque les fissures se referment ou sont trop fines pour être perçues sans le secours d'appareils spéciaux. La répartition des moments de flexion n'est pas altérée de manière défavorable. Enfin, les fissures éven tuelles ne tendent pas à se développer et lais sent intacte l'étanchéité de l'aire.
Outre cela, le demandeur a constaté que les précompressions permanentes peuvent être réduites au point que des tractions puissent, dans certaines conditions, apparaître dans le béton, mais que celui-ci, par suite de la pré- compression, se révèle assez plastique pour su bir indéfiniment (les alternances d'étirage et de compression.
L'application de ces considérations con duit à ramener les précontraintes à des chiffres relativement. bas de l'ordre de 10 à 50 kg par em2 selon les épaisseurs, les prix relatifs des aciers et du béton, les charges, les sous-sols, le climat, enfin les distances entre joints consécutifs.
Lorsque tous les joints d'une aire sont du premier type (coupure totale entre deux dalles voisines quelconques.), la précontrainte dans les deux directions est obtenue au moyen de câbles. On peut, par exemple, établir des ancrages hors des limites de chacun des élé ments d'aire à construire, prendre appui sur ces ancrages pour tendre des armatures en fil d'acier à haute limite élastique, puis couler le béton. Dans le cas d'une piste d'envol, on peut utiliser une file unique de dalles et, les armatures peuvent. être tendues par exemple normalement et parallèlement à l'axe de la piste.
Après durcissement du béton, les arma tures transversales sont. coupées à leur entrée dans chacune des dalles et les armatures lon gitudinales sont coupées au droit des joints transversaux qu'on aura ménagés en établis sant un coffrage traversé par les armatures.
Dans une aire de ce genre, l'utilisation de câbles parallèles à la plus grande dimension de l'aire peut avoir pour inconvénient d'en traîner au droit des joints des complications dues à la présence des moyens d'ancrage. On les évitera comme le montrent; les fig. 9 et 10 en utilisant des câbles 48 inclinés, par rapport à la direction des joints, tels que 4, supposés perpendiculaires à l'axe de la piste. L'angle d'inclinaison peut être de 450 si on veut réali ser l'égalité des préeontrainta en tous sens, ou différent en cas contraire. Ces câbles pour ront être disposés dans des canaux ménagés dans le béton et être enduits de bitume pour permettre leur mise en tension et, leur allon gement élastique après la prise du béton.
Leur mise en tension pourra se faire par des dis positifs placés en bordure de la piste, les quels seront faciles à protéger par des masses de béton 48a.. Ces câbles provoqueront dans le béton voisin du joint; une précontrainte que l'on pourra situer à volonté dans l'épais seur en leur donnant la position et les formes jugées les meilleures. Par exemple, les fils d'armature pourront, dans le voisinage immé diat du joint -l, être séparés en 48b et répar tis dans le béton pour améliorer leur appui sur celui-ci. Dans ce cas, l'exécution du joint restera aussi simple que celle des joints habi tuellement prévus dans les aires usuelles.
Cette disposition des câbles, comme la précé dente, peut être facilement adaptée au cas de pistes allongées à tracé courbe en plan.
Dans le cas d'utilisation de joints du deuxième' type, on peut théoriquement réali- 'ser les précontraintes, sans aucune armature, en utilisant des butées ou culées fixes exté rieures à la masse à précontraindre. Les com pressions de l'aire seront obtenues en lui fai sant prendre appui contre ces butées en lieu et place des ancrages des armatures. La fig. 11 représente un exemple d'organe de butée de ce genre.
L'aire 50, épaissie sur son bord extrême, vient prendre appui sur un contre fort 51 enterré, continu ou formé d'éléments isolés, contrefort qui vient lui-même prendre appui sur des masses de béton 52 ou 52a dont les formes, par exemple en voûtes suc cessives, ainsi que les dimensions sont. étudiées pour réaliser l'appui nécessaire avec un vo lume minimum de béton et de terrassement.
La précompression peut être obtenue par des vérins établis en 53 ou sur une tranche quelconque de l'aire.
Le moyen qui vient d'être décrit n'a toute fois qu'une portée limitée. Il peut être com biné avec des ressorts, chambres pneumatiques ou autres moyens élastiques disposés dans les joints.
L'utilisation de joints du deuxième type permet, d'obtenir des solutions très élégantes, réalisant une continuité pratiquement totale des propriétés mécaniques des aires.
Sous la forme la plus générale de cette utilisation, on divise les aires en dalles par des joints, les mouvements de ces dalles, dé terminés par les variations linéaires et com patibles avec les liaisons des joints, étant tels que les extrémités de l'aire, au niveau des culées, soient fixes.
Ce problème est susceptible de solutions en nombre illimité. Les plus sim ples consistent à donner aux joints un tracé rectiligne et. à les incliner alternativement et également sur la direction perpendiculaire aux culées (axe de la piste), de manière à donner aux dalles la forme de trapèzes ou de triangles d'orientation alternée, comme le montre la fig. 12.
La piste d'envol représentée sur cette figure comprend: à ses extrémités, deux butées fixes ou culées 70, 71; des joints AB,<I>CD,</I> EF, de préférence équidistants, normaux à l'axe, répartis sur la longueur de l'aire, susceptibles d'être ouverts par des vérins 74 et maintenus tels par des cales 75; des câbles de mise en précontrainte trans versale 76 allant d'un bord de l'aire à l'autre sans traverser aucun joint et munis d'organes de tension et; d'ancrage 77; des câbles 76a analogues à 76, mais traver sant chacun un joint 78, munis d'organes de tension et d'ancrage 77a;
des joints 78 du deuxième type, non figu rés dans leur détail (ils peuvent. être établis par exemple selon les fig. 6 ou 7) de tracé rectiligne, formant l'angle 0 avec la normale à l'axe de l'aire<I>X -X.</I>
Ces joints peuvent dans le détail, comme le montre la fig. 15, être formés de lignes brisées comportant deux catégories de tron çons: d'une part, des tronçons 91 (de préfé rence égaux entre eux et équidistants) paral lèles à la direction du mouvement relatif des dalles accolées et formant l'angle a avec la normale à l'axe longitudinal X -X, de l'aire, ces tronçons sont en fait des joints du deuxième type, d'autre part, des tronçons 92, également parallèles entre eux et d'épaisseur variable (joints du premier type).
Sous l'effet des variations de dimensions des dalles dues à la température, au retrait, à l'état; hygrométrique, les dalles, en forme de trapèzes alternés, s'écartent ou se rappro chent de l'axe X-X, les câbles traversant les joints obliques 78 maintenant les dalles voi sines en contact. par l'intermédiaire desdits joints.
Selon les circonstances de climat, de ter rain et le mode de construction choisi pour les joints, on pourra faire varier le nombre et la position des joints et, obtenir, au lieu de la disposition de la fig. 12, celle de la fig. 13, qui comporte des dalles en forme de coins égaux, sensiblement triangulaires et des câbles 76u, tous identiques, ou encore celle de la fig. 14 avec des coins opposés 81, les câbles 76a pouvant se réduire à un seul câble 85;, on peut même réduire les coins à une dalle de largeur constante bordée par deux joints en dents de scie tels que 78b.
On peut remar quer que, dans ces réalisations, la mise en tension des câbles 76a, ou 85 crée à la fois une précontrainte dans le sens transversal et une précontrainte dans le sens longitudinal par le fait- que les dalles en forme de coins opposées exercent, du fait de leur déplace ment relatif, des poussées sur les butées termi nales. De plus, les câbles 76a ou 85, une fois tendus, se comportent comme des ressorts. Lors des dilatations des dalles, ils s'allongent et accumulent, de l'énergie élastique qui est uti lisée lors de la contraction des dalles pour les ramener dans leur situation initiale.
Tenant compte des variations de dimensions des dalles et des poids d'acier nécessaires pour permettre ces variations de dimensions, les solutions de ce genre sont très économiques; le prix des culées étant facilement amorti et les joints pouvant être établis très économiquement, notamment par les procédés décrits en regard des fig. 6, 7 et 8. Les câbles 76a font partie des liaisons entre dalles séparées par des joints du second type et, comme les liaisons comprimées de ces joints, ils doivent avoir des possibilités de dé formation. Les parties de ces câbles, solidaires de deux dalles contiguës, sont soumises à des déplacements relatifs réduits à quelques milli mètres en général.
Pour permettre ces défor mations, il convient de noyer ces câbles, au voisinage chi joint. qu'ils traversent, dans des gaines localement élargies remplies de matières telles que du bitume ou du caoutchouc dans lesquelles le câble peut librement se déplacer au droit de ce joint, tout en étant protégé contre l'oxydation.
Les joints du deuxième type peuvent être utilisés même lorsque les précontraintes sont obtenues en toutes directions par des arma tures tendues. Par exemple, rien ne s'oppose à ce que l'action des deux culées extrêmes soit. remplacée par celle clé câbles longitudinaux disposés par exemple dans le béton, sous celui-ci ou de part et d'autre. Il est facile de prévoir des dispositions permettant. le libre déplacement relatif des dalles et, des câbles.
Les joints peuvent être disposés selon toutes directions. Par exemple, dans le cas des câbles clé la fig. 15, on pourra disposer des joints parallèles tantôt à l'une, tantôt, à l'antre (les directions d'armatures.
Les divers modes clé réalisation décrits peuvent. être combinés entre eux de toutes manières, notamment pour permettre la réali sation de réseaux de pistes raccordées entre elles.