Elément de construction. La présente invention se rapporte à un élément de construction et plus particulière ment à un élément où une couche de béton formant. un plancher est supportée par une membrure en acier, aluminium ou autre mé tal. Des constructions de ce genre sont fré quemment employées dans l'édification de grands immeubles, de ponts et d'ouvrages analogues.
Généralement, la couche de béton ne con tribue à renforcer la capacité portante de la membrure métallique que dans la mesure où elle est astreinte à rester en contact avec celle-ci. Sauf lorsqu'il existe une forte liai son mécanique entre la dalle et l'âme, comme dans le cas d'une poutre en<B>T</B> en béton armé monolithe, la membrure tend à s'écarter de la couche de béton du fait que les efforts de cisaillement ont. facilement raison de la cohé sion entre métal et. béton. Cet état de choses est extrêmement indésirable, car la couche en béton ne prend alors pas sa propre part de la charge.
Différents remèdes ont. été proposés sous la forme d'éléments d'assemblage auxiliaires, tels que des spirales, cornières, étriers, etc., qui sont soudés à la membrure métallique et liés mécaniquement au béton. Ces disposi tifs ont une efficacité suffisante lorsque la couche de béton a fait prise, pourvu qu'ils présentent une résistance propre à supporter l'effort de cisaillement considérable de la construction sous charge.
Cette dernière con- dition tend à augmenter le prix de revient de la construction, notamment parce que les dis positifs d'assemblage doivent être calculés avec une marge de sécurité suffisante dans les conditions de charge maximum, du fait qu'ils sont complètement noyés dans le béton et qu'on ne peut, par conséquent, plus y avoir accès ultérieurement pour les vérifica tions, réajustements et remplacements. Un autre inconvénient est que la membrure mé tallique est soumise à une précontrainte lors qu'elle fléchit sous le poids du béton lors de la coulée de celui-ci, si les conditions ne per mettent pas de supporter la construction en des points intermédiaires pendant la prise.
D'autre part, il est courant d'assurer la co opération entre le béton et le métal en enro bant la membrure métallique dans le béton, mais cette disposition nécessite une dépense supplémentaire considérable de main-d'oeuvre et de matériaux.
Le but de l'invention est de créer dans un élément de construction du genre ci-dessus mentionné des dispositifs simples et efficaces assurant la coopération entre la couche de béton et la membrure métallique, en intro duisant de nouvelles forces pour s'opposer aux efforts de cisaillement; ceci peut être réalisé dans une mesure telle que la cohésion entre le béton et le métal, favorisée de préfé rence par un léger ancrage obtenu notamment en rendant rugueuse l'aile supérieure ou sur face porteuse de la membrure métallique, soit suffisante pour empêcher le déplacement de la couche par rapport à la membrure.
L'élément de construction selon l'inven tion est caractérisé en ce qu'au moins un tirant, disposé sous la couche de béton est ancré aux extrémités de l'élément, et prend appui en au moins un point intermédiaire de la membrure, ceci de façon à exercer une poussée de bas en haut sur la membrure.
Le procédé pour ériger cet élément de construction est caractérisé en ce qu'on .fait fléchir la membrure de bas en haut, après quoi on coule la couche de béton sur celle-ci.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution: Fig. 1 et la montrent respectivement, en élévation longitudinale et en coupe transver sale, une poutre en acier de section en<B>I,</B> for mant avec une dalle de béton une construc tion.
Fig. 2 et 2a montrent, en élévation longi tudinale et en vue en bout une forme d'exé cution.
Fig. 3 et 3a sont des vues semblables à celles des figures précédentes, montrant une variante.
Fig. 4 et 4a sont des vues en coupe lon gitudinale et en coupe transversale, respec tivement, d'une autre variante.
Fig. 5 est une vue en bout d'une paire de poutres semblables à celle de la fig. 2, sup portant une couche de béton commune, la construction ayant été soumise à la précon trainte de la manière représentée en détail sur les fig. 7 et 7a.
Fig. 5a est une coupe longitudinale mon trant une variante du procédé utilisé pour donner une précontrainte aux tirants en fil métallique avant la pose du béton.
Fig. 6 est une vue en coupe transversale d'une paire de poutres supportant une cou che de béton commune, la. construction ayant été soumise à la précontrainte suivant une antre variante du procédé indiqué sur la fig. 5.
Fig. 6a est une coupe partielle suivant la ligne<B>A -A</B> de la fig. 6. Fig. 7 et 7a sont des vues, à plus grande échelle, représentant respectivement en bout et en élévation de côté partielle une pou trelle semblable à. celle de la fi-. 5.
Fig. 8 est une élévation de côté d'une construction composée, suivant une autre forme d'exécution encore.
Fig. 9 est une coupe transversale suivant la ligne 9-9 de la fig. 8.
Fig. 10 est une vue semblable à la fig. 8, montrant la manière dont, la construction se comporte sous la charge utile.
Fig. 11 est une vue semblable aux fig. 8 et 10 représentant le dispositif employé pour soumettre la construction à une précontrainte additionnelle pour la charge utile.
Fig. 12 est une pue partielle montrant. une variante du dispositif représenté sur la fig. 11.
Fig. 13 est une vue semblable à la fig. 9 montrant une autre variante, et Fig. 14 est une vue semblable à la fig. 5, montrant encore une autre forme d'exécu tion.
Les fig. 1 et la montrent une poutre en acier ou autre membrure métallique laminée 1, constituant une poutre dont les extrémités reposent librement sur des supports 3 de type quelconque. 2 désigne une couche de béton supportée par l'aile supérieure 3 de la mem brure 1. Le poids de la couche de béton 2 et toute charge additionnelle qui y est. appliquée provoque une déformation ou un gauchisse ment de la construction qui augmente pro gressivement de la surface supérieure de la dalle de béton 2 à la surface inférieure de la membrure 1.
Des efforts de cisaillement horizontaux 4 et des efforts de cisaillement verticaux 5 entrent en jeu et, sous l'effet des premiers un déplacement relatif se produit entre la couche de béton 2 et l'aile 3 dans le sens longitudinal de la membrure 1. Dans les constructionsconnues, comportant, ,des dalles en béton supportées par des poutres métalliques, la cohésion entre le béton et les surfaces mé talliques n'est pas suffisante pour résister efficacement aux efforts de cisaillement ho rizontaux qui se produisent. Dans la forme d'exécution ici décrite, ce résultat s'obtient par l'emploi d'un tirant mé tallique comme c'est représenté sur les fig. 2 et 2a.
On supposera momentanément que la membrure 1 puisse être supportée en des points intermédiaires par des supports S' et S". Des plaques verticales 6a sont introdui tes, au-dessus de l'un ou de plusieurs de ces points, entre les deux ailes de la membrure et servent d'ancrage à une pièce d'appui transversale, telle qu'une broche 6. Généra lement, le nombre de broches 6 dépend de la longueur de la construction. Des tirants en fil métallique 7, à coefficient. d'élasticité élevé, passant. sous les broches 6, sont ancrés par leurs extrémités à des cornières 8 au moyen d'écrou 17. Ces écrous peuvent aussi être employés pour mettre les fils métalliques 7 sous tension avant que le béton ne soit coulé, de manière à soulever la membrure 1 en l'écartant des supports S'.
Si cette tension est juste suffisante pour équilibrer le poids de la dalle 2, la coulée du béton aura pour effet de ramener la membrure 1 dans sa posi tion initiale sans que la construction ne flé chisse après l'enlèvement des supports S'. L'application de la charge sur la construc tion augmentera la tension du tirant. en fil métallique 7; cette tension a une composante horizontale 9, agissant sur la couche de béton 2 par l'intermédiaire des cornières 8, et une composante verticale 10, agissant sur la mem brure 1 par l'intermédiaire des broches 6. Alors que les forces 9 tendent à augmenter la flèche de la dalle 2, les forces 10 limitent simultanément le mouvement descendant de la membrure 1; le contact entre la couche 2 et l'aile 3 est ainsi maintenu sous des condi tions variables de la charge.
Les fils métalliques 7 doivent pouvoir glisser longitudinalement sur toute leur lon gueur; s'il faut noyer la membrure métalli que 1 dans le béton, des enveloppes doivent être placées autour des broches 6, et les fils métalliques doivent être garnis d'un revête ment ou placés dans des gaines, de faon qu'ils n'adhèrent pas au béton. En variante, au lieu de mettre le tirant en fil métallique sous tension avant la coulée du béton, on peut aussi le faire après l'appli cation du poids mort; la tension des fils cor rige alors la déformation de la construction composée.
D'autre part, on peut régler la ten sion à une valeur telle que la construc tion composée soit fléchie ou cintrée vers le haut lorsqu'elle n'est pas chargée, dans une mesure égale à la flèche produite par la charge moyenne ou la charge maximum pré vue. On donne ainsi à la construction une courbure initiale qui est ensuite absorbée entièrement ou partiellement par l'applica tion de la charge. Dans ce cas, l'absence de cohésion entre les fils 7 et le recouvrement de béton, s'il y en a, de la membrure 1 n'est plus requise, à condition de laisser le béton du recouvrement faire prise pendant qu'on applique la tension maximum au tirant (par exemple en chargeant l'élément de construc tion).
Il est évident qu'en l'absence du fléchis sement, il n'y a pas d'effort de cisaillement entre la. dalle de béton et la membrure mé tallique; par conséquent la cohésion, dans le plan de contact, nécessaire pour assurer la parfaite coopération peut être d'autant moins élevée qu'on se rapproche davantage de cette condition. D'autre part, il y a lieu de faire remarquer que la cambrure initiale ne doit pas dépasser une certaine limite, car l'effet des forces 9 serait dans ce cas renversé. Ainsi, dans certaines conditions de la charge, la construction de la fig. 2 peut être avantageu sement remplacée par la variante représentée sur les fig. 3 et 3a.
Au lieu de porter une dalle d'épaisseur uniforme, la poutre d'acier 1 de la fig. 3, supporte une couche de béton 11 de forme arquée ou fortement creusée. Les fils métal liques 7 sont ancrés aux plaques 8a entre les rampes ascendantes des arcs adjacents 11' et 11". Cette construction permet l'emploi de poutrelles moins hautes 1 pour la même hau teur totale, étant donné que le fléchissement peut être réglé exactement par la tension du tirant 7.
En outre, elle permet de disposer les ancrages 8a de ce tirant à un niveau plus approprié en comparaison des cornières 8 de la fig. 2, ce qui résulte d'une dérivation sup plémentaire dans la répartition des forces contrôlant le fléchissement. Un autre avan tage est que la tension à laquelle est soumise la couche de béton par la tension des fils ti rants ne doit pas nécessairement faire tra- vailler la poutre en acier à la compression, ce qui peut être important spécialement lors que cette dernière n'est pas enrobée dans le béton.
La couche de béton pourrait également être espacée de la membrure métallique par des sommiers de voûte (non représentés) sup portant cette couche de béton.
On comprendra que la tension des fils tirants 7 peut être réglée dans tous les cas de manière à compenser les variations de vo lume dues au retrait et au fluage du béton; ces réglages peuvent être effectués avant ou après la prise de la couche de béton.
L'invention n'est pas limitée aux cas où la dalle de béton se termine aux extrémités de la poutre ëlle-même, mais elle peut être appliquée facilement à des constructions com portant des couches continues s'étendant sur plusieurs portées. Ceci est représenté sur les fig. 4 et 4a. Le point de jonction de deux pou tres adjacentes 1 repose sur un support S qui peut consister en une poutre semblable dis posée transversalement.
On remarquera que les plaques cornières 8 ont été omises; en leurs lieux et places des éléments de support 12 sont fixés aux ailes supérieures des poutres 1, et jouent un rôle semblable à celui des bro ches 6 en servant d'appui aux fils 7. Les ti rants 7 de poutres adjacentes sont assemblés entre eux au moyen d'un écrou tendeur 13 qu'on peut aussi employer pour créer une tension appropriée, de la même manière qu'avec les vis 17. Comme précédemment, si la construction ne doit pas être soumise à une précontrainte, les fils métalliques doivent être pourvus d'un revêtement ou d'une gaine, et la tension leur sera donnée par les charges.
La partie des fils métalliques qui s'étend entre les éléments de support 12 constitue la bride à tension négative; une bride travail- lant à la compression peut être établie sous les extrémités des poutres adjacentes 1, par exemple au moyen d'une couche de béton 14 coulée entre les ailes des poutres si celles-ci ne sont pas suffisamment. résistantes ou ne sont pas raccordées convenablement pour transmettre la compression. Le gainage des fils métalliques est représenté en 40.
Dans beaucoup de cas, par exemple lors qu'il s'agit d'éléments de toitures, il n'est pas recommandable de supporter la construction en des points intermédiaires pendant que le béton fait prise. Les fig. 5 à 7a montrent un moyen d'établir dans ces conditions les élé ments de construction ci-dessus décrits.
Ce moyen consiste à créer une charge ou mie réaction, temporairement, ou autrement, pour équilibrer la traction croissante des fils métalliques pendant le bétonnage. Si l'on doit soumettre les fils à une précontrainte, la réaction doit être créée même avant que le poids mort ne soit appliqué à l'élément de construction. Si la réaction doit être tempo raire, elle sera éliminée après la prise du béton, ce qui a pour effet de transférer l'ef fort à la couche de béton.
Une charge ou une réaction temporaire est représentée sur la fig. 5 de même que, à une plus grande échelle, sur les fig. 7 et 7a. Elle consiste en un tube ou Lune barre ronde 18 qui passe à travers des trous 19 ménagés dans des consoles 19a et dont les extrémités portent contre des plaques amovibles 23 qui couvrent les plaques cornières rainurées ou creusées 15. Cette barre 18 doit être pour vue d'un revêtement ou enfermée dans une gaine pour pouvoir être enlevée lorsque le béton qui l'enrobe a fait prise.
Avant la cou lée du béton, ou avant que sa prise ne soit terminée, on règle la. tension du tirant 7 jus qu'à ce qu'elle atteigne le degré désiré, en faisant ainsi travailler à la compression la pièce 18 qui agit de manière à créer une réaction en lieu et place de la dalle de béton. Lorsque la barre 18 a été retirée, on peut réintroduire les plaques 23 pour aider à transférer l'effort des tirants 7 à la couche de béton 2. Sur la fig. 5a la réaction temporaire est obtenue par des dispositifs tendeurs.
Un organe de traction 20 est établi entre des con soles 20a montées sur l'aile inférieure de la poutre 1 et la traction exercée est réglée par un écrou tendeur 21 jusqu'à ce que la charge désirée puisse être appliquée sans provoquer un fléchissement excessif.
Dans le cas des fig. 6 et 6a, on introduit une réaction permanente au moyen d'une rangée de blocs moulés d'avance 24 qu'on dispose le long de la poutre 1 entre des pla ques latérales 25 qui servent aussi à suppor ter les extrémités des broches 6. Les blocs 2-1 sont cannelés ou dentelés sur leurs surfaces et sont pourvus de mortaises 22, pour assurer une liaisonmécaniqueaveclebéton qui, est coulé dessus ultérieurement.
Ce béton peut former unecouchoarquée ,1l semblable à:celle représen tée sur les fig. 3 et 3a. Une soudure effective est obtenue si les blocs 24 sont fortement hu mectés avant que la couche 11 ne soit coulée.
Suivant une variante, au lieu des blocs préfabriqués 21, l'élément qui produit la charge ou la réaction permanente peut con sister en une colonne horizontale en bois, en contreplaqué, en briques d'amiante, en tuiles creuses, ou autres matériaux analogues. Si l'on emploie des blocs de béton préfabriqués, ils peuvent avoir une résistance de 550 à 700 kb!cm2. Comme l'organe de réaction est noyé d'une manière permanente dans la dalle de béton, les proportions de la force de com pression absorbées respectivement. par cet organe et par la couche de béton s'établiront en fonction des surfaces et du coefficient d'élasticité, comme dans une colonne en béton armé.
Sur les fig. 8 à 13, la construction 110 comprend une poutre 111 et une dalle 1l2. La poutre 111 repose sur des supports con venablement espacés 113, 11-1 et. peut être constituée par une poutre en<B>I,</B> comme on le voit mieux sur la fig. 9, ou par une poutre de toute autre section convenable.
Comme le montrent les fig. 8, 9 et 10, un dispositif tendeur peut être établi sous forme d'une paire de câbles 115a., 115b, ancrés aux extrémités de la construction, à proximité de l'aile supérieure de la poutre 111. Dans ce but, le système comprend des consoles 117 traversées par les extrémités filetées 118 des câbles, qui sont fixées à ces consoles au moyen d'écrous 119.
En vue d'obtenir la poussée désirée vers le haut pour entraver le fléchissement sous l'action de la charge, des ponts ou des entre toises 120 sont. placés à proximité de l'aile inférieure de la poutre 111 et ces entretoises sont soumises à l'action des câbles 115a, 115b passant dessous et sont maintenues entre l'âme de la poutre et les montants 121 qui sous-tendent les ailes de celle-ci. Ces entre toises peuvent présenter la forme d'un<B>U</B> ren versé, comme c'est représenté, de manière à former des butées latérales pour les câbles 115a, 115b en empêchant le flambage latéral de la poutre.
Les câbles peuvent être mis sous tension dans une telle mesure que lorsque la cons truction ne supporte que le poids mort de la dalle, elle occupe une position pratiquement horizontale, comme c'est représenté sur la fig. 8. Ceci est la situation exacte d'un sys tème où il n'existe pas d'effort de cisaillement entre la dalle et la poutre et où, par consé quent, il n'y a pas tendance à un déplacement relatif entre ces deux éléments. En consé quence, on peut compter sur la cohésion seule pour assurer la coopération entre l'acier et le béton, cette cohésion pouvant être augmentée, si on le désire, en rendant rugueuse la sur face de l'aile supérieure de la poutre.
On peut évidemment aussi employer des dispositifs d'ancrage supplémentaires connus, tels que des étriers ou. l'équivalent, en vue d'absorber le cisaillement lorsque la construction fléchit sous la charge utile.
Lorsque la charge utile est appliquée, comme c'est indiqué par les flèches 133 sur la fig. 10, la construction fléchit quelque peu de haut en bas, donnant lieu à des efforts de cisaillement horizontaux, comme c'est indiqué par les flèches 123, 124. En général, toute fois, ces efforts de cisaillement seront insuf fisants pour rompre la cohésion entre l'acier et le béton même sans l'emploi des dispositifs d'ancrage supplémentaires mentionnés.
Bien que l'aile inférieure de la poutre 111 devienne l'aile travaillant à la traction de la construction fléchie, la compression to tale qui se manifeste dans les conditions de travail en colonne de la construction se super pose encore à cette tension, de telle sorte, que l'effort résultant dans l'aile inférieure peut encore être de la compression. On, pourrait aussi donner à la construction une cambrure initiale, auquel cas l'aile supérieure de la pou tre devient l'aile travaillant à la traction, mais dans ce cas encore les efforts de trac tion sont éliminés ou réduits au minimtun par la compression superposée.
La cambrure ini tiale peut être donnée dans une mesure telle que la charge utile, lorsqu'elle est appliquée, ramène la construction tout juste aux condi tions de travail d'une colonne, comme sur la fig. 8, ou à des conditions qui s'en rappro chent intimement.
Fig. 11 montre comment la cambrure ini tiale peut être produite par l'application d'un dispositif de précontrainte supplémentaire établi sous la forme d'une seconde paire de câbles 125a, 125b (dont un seul est représenté sur la fig. 11). Ces câbles additionnels peu vent être ancrés au béton qui a fait prise et a effectué son retrait dans les conditions voulues, au moyen de plaques d'ancrage -126, 127 portant sur les extrémités de la dalle 111.
Des broches ordinaires 128 s'étendant entre les montants 121, peuvent servir à absorber la poussée de .bas en haut des câbles 125a, 125b, cette poussée étant indiquée par les flèches 129, 130. Les flèches 131, 132 montrent comment la courbure initiale ren verse le sens de l'effort de cisaillement entre la dalle et la poutre en comparaison des con ditions existant sur la fig. 10.
Fig . 12 montre comment deux jeux de câbles 115a, 115b et 125a, 125b peuvent être ancrés directement à la membrure d'acier, par exemple au moyen de consoles 117a. Dans ce cas, on peut mettre uniformément sous tension les deux jeux de câbles sous le poids mort; après que le poids mort a été appliqué et que des conditions semblables à celles qui existent dans le cas de la fig. 8 ont été obte nues, on peut retendre les câbles pour pro duire une cambrure de bas en haut, comme c'est représenté sur la fig. 11.
Pour faire su bir ainsi une nouvelle précontrainte à la cons truction, on laisse sous tension une série de câbles (par exemple 115a., 115b), tandis qu'on dégage les câbles de l'autre jeu (par exemple 125a, 125b) et qu'on y exerce alors une trac tion accrue déterminée; lorsque ces derniers câbles ont été fermement ancrés en place, on dégage le premier jeu de câbles et on le sou met alors à une nouvelle tension plus grande.
Dans la variante représentée sur la fi-. 13, la poutre en<B>I</B> 111 a été remplacée par une membrure de section en<B>U</B> Ma, présentant une table inférieure et deux ailes latérales qui sont ancrées à la dalle 112 de la manière représentée. Une ou plusieurs entretoises 120a, s'étendent entre les ailes latérales, cha cune d'elles comportant deux parties en<B>U</B> renversé pour recevoir des câbles 115a et 115b, respectivement. Ces câbles sont ancrés par leurs extrémités à une plaque d'ancrage ou à une console appropriée 117b.
Dans le cas de la fig. 14, deux poutres en <B>I</B> parallèles 201, 202 sont reliées entre elles par des poutrelles transversales 203, qui y sont fixées par des cornières 204, 205. Aiix ailes inférieures des poutrelles transversales 203 sont fixées, à des intervalles appropriés, des selles 206 formant appuis pour une série de câbles 207, qui s'étendent longitudinale ment par rapport aux poutres 201, 202, d'une manière semblable, en général, aux câbles 7 ou 115 des formes d'exécution précédentes.
On comprendra que des poutrelles transver sales similaires convenablement disposées à proximité des extrémités de la construction formée par les poutres 201, 202 et la dalle 208 qui repose dessus, peuvent tenir lieu d'ancrages analogues aux plaques cornières 8 ou aux consoles 117.