Dispositif d'ancrage pour fils d'acier, destiné à un ouvrage précontraint La technique des ouvrages précontraints utilise aujourd'hui des aciers à haute limite élastique, obte nus généralement par des opérations successives de tréfilage à froid qui confèrent aux aciers les carac téristiques de résistance nécessaires, mais qui, en même temps, en accroissent la fragilité et la dureté, ce qui a pour effet de réduire leurs propriétés d'être façonnés ou travaillés aisément.
Des ancrages connus réalisent la mise en ten sion par l'intermédiaire d'un culot mobile auquel on ancre au préalable les fils de précontrainte. Cer tains ancrages de cette catégorie prévoient l'ancrage des fils au culot d'ancrage en utilisant des mortiers de ciment spéciaux ayant une forte adhérence. D'au tres ancrages, par contre, prévoient la fixation des fils au culot mobile par l'intermédiaire d'une tête obtenue par compression ou refoulement axial, à froid, de l'extrémité des fils précités.
Les têtes épanouies ainsi obtenues par compression sont caractérisées par une brusque variation de section. Le refoulement, effec tué nécessairement à froid pour éviter d'altérer irré médiablement les caractéristiques physiques et méca niques de l'acier à haute résistance, provoque une rupture et un violent écrouissage local des fibres lon gitudinales à la racine de la tête ainsi que le détache ment desdites fibres provoqué par la forte expansion transversale.
Cette circonstance est accusée de ma nière évidente par les lésions et ruptures qui se pro duisent dans le corps desdites têtes. L'inconvénient est d'autant plus sensible que la résistance de l'acier est plus élevée et le diamètre de l'armature plus grand, allant parfois jusqu'à faire céder lesdites têtes, surtout sous l'effet de charges dynamiques. De plus, la surface d'appui des têtes comprimées sur le culot mobile étant limitée, il s'ensuit des tensions de con tact très élevées.
Ceci comporte, d'une part la n6ces- sité d'utiliser, même pour le culot mobile, des aciers de haute qualité, et d'autre part, d'évidents inconvé- nients ultérieurs de caractère local. En outre, aucun tassement relatif des fils d'un câble n'est possible pour compenser les différences inévitables de lon gueur dues, soit à la courbure, soit aux erreurs maté rielles inévitables. Cet inconvénient est particulière- ment grave dans le cas des câbles courts.
De plus, la machine pour former les têtes comprimées est encom brante, compliquée et coûteuse et se prête mal pour former lesdites têtes à pied d'#uvre.
L'invention a pour but d'éviter les inconvénients précités et peut s'avérer, tous comptes faits, plus économique et mieux appropriée aux exigences actuelles du béton précontraint.
Selon l'invention, le dispositif d'ancrage pour fils d'acier, destiné à un ouvrage précontraint compre nant un culot d'ancrage pour des. têtes formées par les fils, est caractérisé en ce que le culot d'ancrage est percé de trous tronconiques ouverts vers l'exté rieur, et que les fils.
destinés à la précontrainte pré sentent une tête épanouie constituée par une défor mation de la section transversale, de surface inchan- gée, obtenue par matriçage en direction radiale, avec des profils où les parties, latérales des régions matri cées présentent des portions d'une surface idéale correspondant à celle des trous des culots d'ancrage.
Le dessin représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution du dispositif faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe d'une extrémité de l'en semble des fils de précontrainte ancrés au culot d'an crage, avant la mise en tension.
La fig. 2 représente ledit ensemble après la mise en tension et l'appui du culot d'ancrage contre la paroi terminale de l'ouvrage en béton précontraint.
La fig. 3 est une vue à grande échelle par III-III de la fig. 2. Les fig. 4 et 5 représentent une élévation de l'ex trémité d'un rond après déformation ainsi qu'une vue selon la ligne V-V de la fig. 4.
Les fig. 6 et 7 sont des coupes transversales d'une tête déformée terminale d'un fil, par VI-VI et VII-VII respectivement de la fig. 5.
La fig. 8 montre en coupe une variante de la partie terminale de la tête d'un fil.
La fig. 9 représente un ensemble modifié pour la mise en tension et l'appui du culot d'ancrage. Selon les fig. 1 à 7, les faces 1 appartiennent à un ouvrage en béton qui devra être soumis à la pré contrainte, où les gaines 2 forment des cavités cylin driques 3 destinées à recevoir les culots d'ancrage 4, afin de permettre les opérations préliminaires de la précontrainte, et la gaine 5 contient les fils ou arma tures 6 destinés à déterminer la précontrainte.
Chaque culot d'ancrage 4 est percé d'une série de trous 8 qui présentent, au voisinage de l'extrémité extérieure du culot, une disposition tronconique de faible conicité. Les culots 4 sont filetés extérieure ment selon 4a de manière à recevoir un collier 9 de répartition, pouvant à son tour s'appuyer sur une plaque de répartition 10, prévue autour de l'ouver ture de la cavité cylindrique 3 du culot d'ancrage. Une seconde partie filetée 4b de diamètre plus réduit est prévue sur le côté extérieur de chaque culot 4, afin d'engager le culot de traction 11 du vérin des tiné à mettre en tension les armatures 6.
La section disponible pour les trous 8 est celle déterminée par le diamètre de la partie filetée 4b.
Les fils 6 sont façonnés à leurs extrémités afin de former les têtes d'ancrages comme on 1è voit fig. 4 à 7. Dans la région principalement indiquée par a à la fig. 4, on provoque une déformation à froid des extrémités des fils 6 de manière à créer la tête d'an crage ; la déformation est déterminée par des profils propres à éviter un glissement axial du matériau et à obtenir une aire de la section transversale de la zone déformée du rond égale en valeur à la section du même rond dans les zones non déformées.
La forme de la section transversale est sensiblement rectangu- laire avec les petits côtés incurvés et comprise dans une surface coïncidant sensiblement avec une surface conique équivalente à celle définie par les trous 8 du culot d'ancrage 4. Dans la partie plus déformée les grands côtés de la section ont l'avantage d'être légè rement concaves pour faciliter la déformation (voir fig. 6).
Ces parties déformées 6a des ronds 6 se pro longent par des appendices terminaux 6b qui ne sont pas, ou bien peu, sujets à déformation, de manière à éviter toutes fissures ou lésions du matériau au droit desdits appendices. Les appendices 6b servent donc à limiter <B>là</B> déformation dans les régions plus éprouvées de la tête, c'est-à-dire celles qui ont été les plus déformées par l'écrasement.
Quand les têtes 6a se logent dans les trous 8 des culots 4, les appen dices 6b émergent de l'extrémité extérieure du culot alors que les portions de surfaces tronconiques 6c latérales des têtes 6a prennent contact avec les sur faces tronconiques desdits trous 8.
La déformation des têtes 6a s'effectue aisément par l'intermédiaire de deux organes profilés opposés et associés que l'on rapproche l'un de l'autre, par exemple par un système hydraulique, selon une direc tion perpendiculaire à l'axe de l'extrémité des ronds ; lesdits organes sont profilés afin de maintenir cons tante la section transversale de la tête et d'avoir le profil latéral désiré 6c.
Selon la fig. 8, les zones de surface tronconiques 6e de la tête sont au nombre de trois au lieu de deux opposées et sont disposées radialement. Même dans ce cas, la déformation est effectuée par des orga nes de déformation qui se déplacent radialement dans le sens centripète par rapport à la section, formant les empreintes 6f et maintenant inchangée l'aire de la section. Cette forme de réalisation est avantageuse surtout pour des ronds relativement épais.
Un des culots, d'ancrage 4 est appuyé à sa plaque de répartition 10, alors que l'autre qui se trouve sen siblement dans les conditions de la fig. 1 est engagé par la partie filetée 4b dans la tête du vérin 11, et donc entraîné vers l'extérieur jusqu'à occuper la posi tion de la fig. 2. A ce moment, on visse le collier de répartition 9 sur le filetage extérieur 4a du culot 4, afin d'assurer un appui du culot 4 sur la plaque de répartition 10.
Le périmètre extérieur du collier d'ancrage 9 est avantageusement taillé en biseau afin d'avoir la plus grande extension possible de la surface de contact avec la plaque de répartition 10,à égalité de volume de matériau utilisé.
La formation directe à pied d'oeuvre de la tête compressée sur demande, est une opération facile grâce à la simplicité de l'outillage nécessaire à l'écra sement et l'encombrement réduit de cet outillage.
La forme des surfaces des matrices est déter minée par une équation qui exige l'invariabilité de l'aire des sections de ladite tête, soit en fonction de la partie active à profil latéral conique, soit en fonc tion des zones de raccordement avec la partie termi nale indéformée.
L'invariabilité de l'aire transversale de la tête est capitale pour la bonne tenue de l'ancrage de ladite tête dans les deux manières principales où elle est employée. L'opération de matriçage est exécutée gra duellement, de façon à\ obtenir un lent tassement plastique du matériau et permettre ainsi aux fibres longitudinales composant le fil tréfilé de modifier leurs positions respectives sans se détacher entre elles, ni se rompre grâce au fait que les profils de la matrice ont une forme appropriée empêchant le déplacement du matériau dans le sens longitudinal.
La tête est donc spécialement étudiée pour être formée à froid, sans crainte d'écrouissage local ou de lésions, sur fils de diamètre quelconque, même très grand, et pour des aciers de tous genres à hau tes résistances, même de type harmonique, dont la rupture à la traction est au minimum de 220 kg/mm2. Pour les fils de petit diamètre, il suffira d'une défor mation obtenue par deux matrices à profils opposés et pour les fils de diamètre supérieur, il conviendra d'adopter une tête déformée par trois profils angulai- rement équidistants à déplacement centripète.
Le trou percé dans l'acier doux du culot mobile d'ancrage se tasse jusqu'à épouser la forme même des têtes en acier harmonique, sensiblement plus dures ; cette circonstance permet également un jeu plus grand dans le tassement axial desdites têtes dans leurs sièges, afin d'obtenir une répartition égale de l'effort entre les fils du câble, compte tenu d'éven tuelles petites différences de longueur des fils pré cités. Cette possibilité de tassement sous la charge est capitale, surtout pour les câbles courbes et courts et n'a jamais été, jusqu'à présent, admise dans aucun système actuellement connu de béton précontraint.
La durée de matriçage d'un fil, pour la parfaite réussite de l'opération, est d'environ une minute. Toutefois en pratique on peut matricer avec un dis positif en sandwich, par exemple, même vingt fils à la fois, auquel cas la durée de l'opération se réduit en moyenne à trois secondes par fil.
La presse à matricer, généralement hydraulique, est de prix, d'encombrement et de poids réduits, de manière à être facilement utilisée à pied d'oeuvre, autre avantage évident surtout pour la composition d'éléments préfabriqués à assembler ultérieurement.
Comme la tête d'ancrage obtenue par déformation du fil offre la caractéristique de l'invariabilité des surfaces de sections transversales, et grâce à une lente plastification du matériau à la suite du matri çage graduel, elle ne réduit pratiquement pas la résistance aux efforts longitudinaux du fil. Elle peut donc être formée simultanément, même en position intermédiaire, à un mètre de l'extrémité du fil, par exemple, ainsi qu'à l'extrémité même du fil. Cette possibilité permet de réaliser l'ensemble représenté à la fig. 9.
On a indiqué par 16a et 16b les deux déformations du rond 16, dont celle qui est le plus à l'intérieur, 16a, est à double profil, graduellement aplati dans les deux sens. Un culot de traction 17, sensiblement cylindrique, et muni de trous coniques est disposé pour coopérer avec les têtes. 16a ; un second culot 18 est placé à l'extérieur de l'ouvrage à précontrainte et coopère avec les têtes 16b. Le culot 18 est engagé par un dispositif de traction pour la mise en tension.
Pendant la mise en tension, le culot 17 se déplace dans une cavité 19 quia une section relativement limitée, étant donné que le culot de traction 17 a l'encombrement strictement néces- saire pour l'ancrage des fils audit culot mobile. Cette circonstance est fort importante pour la tendance actuelle à augmenter la portée des câbles.
C'est, en fait, un avantage technique de pouvoir ancrer de fortes armatures sans, créer des fatigues excessives, par des, trous trop larges, aux extrémités des poutres. Après la mise en tension, un collier d'ancrage analo gue à celui représenté en 9, est vissé au filetage exté rieur 17a du culot 17 jusqu'à prendre contact avec la plaque de répartition 20 ; le culot 18 est récupé- rable. Les deux culots 17 et 18 sont d'une exécution très économique et ont l'avantage de pouvoir être interchangeables.