<B>Dispositif pour la</B> précontrainte <B>du béton</B> La présente invention a pour objet un dispositif pour la précontrainte du béton.
Les efforts de précontrainte sont couramment appliqués aux éléments en béton par la technique de la mise sous tension après montage. Dans un mode usuel d'application de cette technique, l'on met en place des tendeurs constitués par un ou plu sieurs fils d'acier à haute résistance, par exemple un faisceau de fils disposés côte à côte, ou par des barres ou par des câbles d'acier, puis l'on coule sur ces tendeurs le béton destiné à réaliser l'élément con sidéré.
Lorsque le béton a pris à un degré de con sistance suffisant, l'on met sous tension les tendeurs par l'intermédiaire de vérins ou autres dispositifs et l'on ancre leurs extrémités au béton de manière que la tension des tendeurs provoque dans celui-ci une précontrainte de compression correspondante.
Lorsqu'on met sous tension les tendeurs, il est nécessaire qu'ils se déplacent par rapport au béton qui les entoure. Pour permettre à ce mouvement de s'effectuer chaque tendeur est préalablement entouré d'une gaine qui maintient le béton au moment de la coulée en l'empêchant de se lier audit tendeur. Lors que ce dernier est mis sous tension il se déplace à l'intérieur de la gaine. Une certaine fraction de l'ef fort de précontrainte appliqué par le vérin ou autre dispositif est absorbée par les frottements qui pren nent naissance entre la gaine et ce tendeur.
Si celui- ci est mis sous tension par le moyen d'un vérin à chacune des ses extrémités, la fraction de l'effort total ainsi absorbée augmente pour atteindre un maximum au milieu de la longueur du tendeur. Il en résulte que l'effort appliqué au tendeur en son milieu peut être considérablement moindre que celui qui lui est appliqué aux extrémités.
En pratique, dans le cas, par exemple, d'une poutre reposant sur des appuis simples, il est néces- saire que l'effort de précontrainte soit maximum au milieu de la longueur de la poutre, de telle sorte que la perte d'effort due aux frottements entre le tendeur et la gaine qui l'entoure constitue un grave incon vénient qu'il convient de réduire dans toute la me sure du possible.
D'autre part lorsque le fil tendeur a été mis sous tension et a été ancré en place, il est nécessaire d'assurer une liaison aussi efficace que possible entre ce tendeur et la gaine de manière que s'il se pro duit un glissement ou autre défaut dans le dispositif d'ancrage, le tendeur soit maintenu à l'état tendu du fait de la liaison existant entre lui et le béton par l'intermédiaire de la gaine. Cette liaison assure une marge de sécurité supplémentaire pour l'élément en béton précontraint.
En outre l'expérience a montré qu'une bonne liaison entre les tendeurs de précon trainte et le béton réduit l'importance des fissures en cas de surcharge et augmente la charge nécessaire pour déterminer la rupture complète de l'élément.
La difficulté d'assurer à la fois une faible perte de l'effort de précontrainte par suite des effets de frottement lorsque le tendeur est mis sous tension, et en même temps une liaison adéquate entre la sur face de ce tendeur et la gaine après l'opération de mise sous tension, réside dans l'incompatibilité qu'il y a à réaliser pour une même surface à la fois de bonnes qualités de glissement et de bonnes qualités de liaison.
Une bonne surface de glissement exige normalement un lubrifiant, tandis que la méthode la plus économique et la plus avantageuse pour établir une liaison entre la surface du tendeur et la gaine qui l'entoure consiste à injecter dans l'espace com pris entre ce tendeur et la gaine un mortier liquide constitué par un mélange de ciment hydraulique et d'eau.
Mais il est difficile de trouver un lubrifiant qui n'empêche pas en pratique la liaison entre la sur- face qu'il lubrifie et le mortier ainsi injecté. Même les lubrifiants dits solubles ne se dissolvent pas dans le mortier de façon satisfaisante, il en reste d'ordi naire des traces sur l'une des surfaces en contact et ces traces sont suffisantes pour empêcher ou faire disparaître la liaison.
La nécessité de réaliser pendant la mise sous tension de bonnes qualités de glissement entre la surface du tendeur et la gaine qui l'entoure est par ticulièrement importante lorsque ce tendeur suit un parcours incurvé à l'intérieur de l'élément en béton. Or la disposition de tendeurs suivant un tel parcours incurvé constitue un avantage particulier dans le cas des poutres épaisses ; lorsque la poutre comporte plusieurs portées successives un tendeur à profil on dulé constitue la solution la plus économique.
Toute fois un trajet incurvé provoque l'application au ten deur d'efforts latéraux d'amplitude considérable lors de la mise sous tension à partir des extrémités ; ces forces déterminent un frottement très important qui s'oppose au glissement relatif du fil ou tendeur dans la gaine qui l'entoure.
L'établissement d'une bonne liaison entre le ten deur et la gaine qui l'entoure, et par conséquent avec le béton qui entoure lui-même la gaine, consti tue un point d'importance particulière dans le cas où la charge prévue pour l'élément en béton se trouve dépassée et que cet élément se rompe. Si cette liaison n'existe pas, il est impossible que les efforts augmentent dans le tendeur à mesure qu'augmente la flèche de l'élément en béton et par conséquent cette flèche peut aller jusqu'à la rupture du béton sans que le métal du tendeur se rapproche même quelque peu de sa propre charge de rupture.
Au con traire si la liaison existe, l'effort dans le métal aug mente à mesure que .l'élément en béton fléchit et l'on peut de cette manière réaliser une augmentation susceptible d'atteindre 30 % dans la charge que l'élément peut supporter avant rupture complète.
La présente invention vise à réaliser des moyens grâce auxquels le frottement entre le tendeur de pré contrainte et la gaine qui l'entoure est faible pendant l'opération de mise sous tension, mais qui permet tent l'établissement d'une liaison satisfaisante entre la gaine et le tendeur après mise sous tension et ancrage de ce dernier.
Le dispositif faisant l'objet de la présente inven tion est caractérisé en ce qu'il comprend un tendeur entouré d'une couche discontinue d'une matière à propriétés lubrifiantes, par exemple qui soit auto- lubrifiante ou qui soit recouverte d'un lubrifiant superficiel à couche limite, ledit tendeur étant dis posé dans une gaine qui entoure ladite couche de façon à déterminer entre le tendeur et la gaine des espaces clos susceptibles d'être remplis d'une matière de liaison, telle par exemple que du mortier de ciment, qui vient ainsi au contact des faces en regard du tendeur et de la gaine.
De cette manière lorsque le tendeur est mis sous tension, il n'est supporté que par la couche discon- tinue qui assure une surface de glissement lubrifiée, mais après la mise sous tension l'on peut injec ter du mortier entre ce tendeur et sa gaine pour remplir l'espace non occupé par la couche discon tinue. Dans cet espace la surface de la gaine et celle du tendeur ne sont pas contaminées par le lubrifiant et par conséquent l'on peut réaliser une liaison satis faisante.
Diverses matières peuvent convenir pour cons tituer la couche discontinue. Celle-ci peut être réa lisée par le moyen d'un fil ou ruban de plomb, de polytétrafluoréthylène, ou d'une matière plastique chargée de graphite, ou par un fil ou ruban revêtu de plomb, graphite ou polytétrafluoréthylène. En variante la couche discontinue peut consister en une toile à mailles larges, par exemple par ce qu'on appelle une tresse, cette toile ou tresse étant faite de filaments autolubrifiants, par exemple de filaments de chlorure de polyvinyle ou de polyamide chargé à la cire. On peut également utiliser une couche de ce qu'on appelle du métal expandé, ou une couche d'un tricot en fil métallique ou en fibres.
On peut encore employer un fil ou ruban de molybdène traité de façon à présenter une couche mince de bisulfure de molybdène qui, comme on le sait, cons titue un lubrifiant superficiel à couche limite extrê mement efficace ; on peut aussi employer un fil d'acier à haute résistance sur lequel on n'a pas en levé le savon utilisé pour l'étirage.
La présence de la couche discontinue entre le tendeur et sa gaine a pour résultat un fort abaisse ment du frottement entre ces deux organes ; par exemple le coefficient de frottement de l'acier sur le polytétrafluoréthylène est de l'ordre de celui de la glace humide sur la glace sèche et n'atteint qu'en viron le dixième de celui de l'acier sur l'acier à sec.
On notera que la lubrification est du type super ficiel à couche limite, dans lequel la couche lubri fiante est d'épaisseur extrêmement réduite. La lubri fication du genre dans lequel l'on maintient une couche de fluide lubrifiant entre les deux surfaces intéressées ne peut s'envisager dans le cas de la pré sente invention du fait des fortes pressions provo quées par la courbure du tendeur et de la très faible vitesse du déplacement.
Dans la technique antérieure lorsqu'il était né cessaire de réduire le frottement entre un tendeur de précontrainte et la gaine qui l'entourait, puis en suite de remplir de mortier l'espace entre ces deux organes en vue de réaliser une liaison satisfaisante, il fallait prévoir la gaine à un diamètre intérieur plus grand que celui de la section transversale du ten deur, de sorte que cette gaine n'était pas supportée par le tendeur et devait par conséquent être prévue suffisamment résistante pour conserver sa forme sans être étayée par le tendeur pendant la mise en place du béton.
Au contraire dans le dispositif suivant l'invention la couche discontinue peut être directement enroulée sur le tendeur et la gaine est elle-même supportée par ladite couche, la seule réserve étant que l'es pacement des éléments constitutifs de la couche pré citée et la rigidité de la gaine doivent être tels que cette dernière ne soit pas refoulée par la pression du béton extérieur jusqu'à venir au contact du ten deur dans les espaces vides de la couche. Comme la gaine peut être supportée par la couche discon tinue en des points très rapprochés les uns des autres, on peut la réaliser sous forme plus légère que cela n'a été possible jusqu'ici.
Il n'est même plus essentiel que la gaine soit imperméable à l'eau pourvu qu'elle empêche le passage dans l'espace compris entre elle- même et le tendeur des particules de ciment pro venant du béton environnant ; si l'eau pénètre dans cet espace, elle s'écoule en suivant la longueur du tendeur.
Néanmoins lorsque la couche discontinue est réalisée. par le moyen d'éléments lubrifiants relative ment coûteux, tels que le polytétrafluoréthylène, il peut être avantageux au point de vue économique de réduire le nombre de ceux-ci à un minimum, à trois par exemple. En pareil cas, la gaine doit être à peu près aussi épaisse que si elle n'était pas sup portée et il faut l'enrouler sur des fils additionnels qu'on enlève progressivement à mesure que l'enroule ment avance de façon à maintenir l'espace entre la gaine et le tendeur là où cette gaine ne porte pas sur les fils lubrifiants.
La figure unique du dessin représente à titre d'exemple une forme d'exécution du dispositif fai sant l'objet de l'invention.
Le dispositif représenté comporte un tendeur 1 constitué par un faisceau de fils d'acier 2 à haute résistance disposés approximativement suivant des rangées circulaires, les interstices entre les fils étant remplis par une matière durcissable, mais qui se trouve à l'état non durci, par exemple par du ciment sec. Ce faisceau de fils d'acier est étroitement fretté par une enroulement hélicoïdal 3 fait d'un ruban d'acier enroulé sous tension, ce ruban pouvant être ondulé, comme montré.
Sur ce frettage 3 est appli quée une couche discontinue constituée par des fils lubrifiants 4, par exemple faits en l'une des matières mentionnées plus haut, ces fils étant espacés les uns des autres suivant des hélices présentant un angle d7in- clinaison relativement faible par rapport aux fils 1.
Les fils 4 sont répartis de façon équidistante sur le fret- tage 3 et ils sont eux-mêmes entourés par une gaine 5 constituée par un second frettage hélicoïdal fait d'un ruban d'acier ; lors de l'enroulement ce ruban passe entre des rouleaux qui lui impriment des ondu lations longitudinales, comme montré en 6, dans le but de le rigidifier et d'améliorer la liaison entre le ruban et le béton qui l'entoure.
Lors de l'utilisation ce dispositif tendeur est tout d'abord mis en place à la façon requise dans le cof frage dans lequel le béton doit être coulé. On coule alors le béton dans le coffrage et lorsqu'il a pris à un degré de consistance suffisant pour supporter les efforts de précontrainte, on pince les extrémités du tendeur 1 dans des appareils de mise sous tension appropriés, par exemple des vérins hydrauliques, puis l'on applique la tension requise. Au cours de la mise sous tension le glissement relatif entre le fret- tage 3 et la gaine 5 est facilité par les fils lubri fiants 4.
On ancre alors les extrémités du tendeur à la façon connue, puis l'on injecte du mortier de ciment par l'une des extrémités du dispositif ou par les deux entre le frettage 3 et la gaine 5 de manière qu'il s'écoule le long du tendeur, remplisse ainsi tous les espaces ménagés entre les fils 4 et, une fois pris, lie le frettage 3 à la gaine 5.
En même temps, l'on injecte de l'eau dans le tendeur 1 par l'une ou par les deux extrémités de celui-ci en vue de mouiller le ciment sec qui remplit les interstices entre les fils 2 de façon qu'une fois pris ce ciment lie énergiquement les fils les uns avec les autres et avec le frettage 3.
Il y a lieu de noter qu'on peut utiliser un ruban métallique fait en un autre métal que l'acier. Lors qu'une excellente liaison constitue une condition essentielle, l'on peut employer un ruban d'aluminium parce que ce métal réagit chimiquement avec le ci ment renfermé par le tendeur et avec le mortier de ciment injecté entre le frettage 3 et la gaine 5. En outre l'aluminium assure une protection excellente à l'encontre de la corrosion des fils d'acier puisque s'il se produit un phénomène électronique quelconque, c'est l'aluminium qui est sacrifié et qui se dépose sur l'acier.
Il est en général désirable que les fils lubrifiants ne soient par exactement parallèles aux fils d'acier du tendeur parce que ce dernier est destiné à porter sur lesdits fils lubrifiants et qu'il convient d'éviter tout risque d'éclatement du frettage qui entoure le tendeur. Mais dès qu'on enroule en hélice les fils lubrifiants du tendeur, le danger en question est évité dans une très large mesure.
Lorsque les fils lubrifiants sont ainsi disposés en hélice, le pas d'enroulement est préférablement dif férent de celui des deux enroulements en ruban d'acier qui constituent respectivement le frettage interne 3 et la gaine extérieure 5.
Au lieu d'appliquer sur le faisceau de fils d'acier à haute résistance un premier enroulement sous ten sion d'un ruban d'acier à la -façon sus-décrite, on peut utiliser un enroulement de tissu, par exemple d'un tissu en laine de verre ou en toile de lin, auquel cas l'on peut appliquer sur l'enroulement ainsi réa lisé un frettage additionnel en fil métallique pour assurer la résistance à l'abrasion au cours des mani- pulatïons.
Dans une autre forme d'exécution, les fils lubri fiants courent parallèlement aux fils d'acier à haute résistance du tendeur, mais sont disposés à un faible écartement les uns des autres, par exemple 3 mm d'axe en axe, tandis que l'enroulement extérieur qui forme la gaine et qui est ainsi supporté en des points très rapprochés les uns des autres est lui-même constitué par un tissu enroulé sous tension. Dans cette forme d'exécution, l'enroulement extérieur en tissu peut encore être protégé par un frettage exté rieur en fil métallique.
Dans encore une autre va riante les rubans ondulés en acier qui constituent respectivement le frettage 3 et la gaine 5 sont en roulés suivant des hélices de pas différents ou oppo sés, tandis que les fils lubrifiants 4 sont remplacés par une bande faite en une matière lubrifiante à mailles ouvertes et qui est bobinée entre les deux enroulements de ruban d'acier.
En variante la couche discontinue peut être cons tituée par un fil métallique enroulé en hélice sur le frettage intérieur, ce fil lui-même n'étant pas lubri fié, tandis que la surface externe du frettage inté rieur et la surface interne de la gaine sont enduites d'un lubrifiant sec. Les ondulations des rubans d'acier assurent un verrouillage mécanique avec le mortier de ciment durci en vue de réaliser la liaison appropriée.
Il est avantageux que les fils d'acier à haute résistance du dispositif tendeur reçoivent une légère torsion d'environ un tour par 10 mètres de la lon gueur du tendeur pour permettre de bobiner ce der nier sans fatiguer l'un quelconque des fils.
Lorsque la couche discontinue est constituée par des fils lubrifiants enroulés en hélice, le pas d'en roulement de ces fils ne doit pas être trop serré de manière à ne pas allonger de façon inadmissible le parcours du mortier de ciment lorsque celui-ci est injecté à partir d'une extrémité. Cette condition est satisfaite en général lorsque chacun des fils lubrifiants fait un tour complet sur une longueur de l'ordre de 3 à 4 fois le diamètre du tendeur sur lequel il est enroulé.
Dans l'utilisation du dispositif décrit l'on peut améliorer la liaison entre le tendeur et la gaine si le mortier ou autre matière équivalente injecté entre ces deux organes est de nature telle qu'il se dilate légèrement lors de la prise. Une telle matière peut être constituée par du ciment Portland mélangé à de la poudre d'aluminium. Il y a lieu de noter que le tendeur du dispositif de précontrainte peut aussi être constitué par une barre d'acier massive ou un câble fait de fils d'acier.