CH352123A - Dispositif pour la précontrainte du béton - Google Patents

Dispositif pour la précontrainte du béton

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CH352123A
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James Harris Alan
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    • E04BUILDING
    • E04CSTRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/08Members specially adapted to be used in prestressed constructions
    • E04C5/10Ducts

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  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Reinforcement Elements For Buildings (AREA)

Description


  <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.

Claims (1)

  1. REVENDICATION Dispositif pour la précontrainte du béton, carac térisé en ce qu'il comprend un tendeur entouré d'une couche discontinue d'une matière à propriétés lubri fiantes, ledit tendeur étant disposé dans une gaine qui entoure ladite couche de façon à déterminer entre le tendeur et la gaine des espaces clos sus ceptibles d'être remplis d'une matière de liaison qui vient ainsi au contact des faces respectives en regard du tendeur et de la gaine. SOUS-REVENDICATIONS 1. Dispositif selon la revendication, caractérisé en ce que la couche discontinue est constituée par un certain nombre de fils espacés les uns des autres sur la périphérie du tendeur. 2.
    Dispositif selon la revendication et la sous- revendication 1, caractérisé en ce que les fils formant la couche discontinue sont enroulés en hélice sur le tendeur. 3. Dispositif selon la revendication, caractérisé en ce que le tendeur est constitué d'un faisceau de fils métalliques enfermés dans un frettage et en ce que les interstices entre les fils du faisceau sont rem plis d'une matière durcissable à l'état non durci. 4.
    Dispositif selon la revendication, caractérisé en ce que le tendeur comprend un frettage constitué par un ruban d'acier enroulé en hélice, en ce que la gaine est également constituée par un ruban d'acier enroulé en hélice, et en ce que les rubans d'acier qui constituent respectivement le frettage et la gaine sont enroulés suivant des hélices de pas différents ou opposés.
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