EP0129480A1 - Procédé et dispositif pour fabriquer des éléments de structure en béton et les éléments ainsi fabriqués - Google Patents

Procédé et dispositif pour fabriquer des éléments de structure en béton et les éléments ainsi fabriqués Download PDF

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EP0129480A1
EP0129480A1 EP84401234A EP84401234A EP0129480A1 EP 0129480 A1 EP0129480 A1 EP 0129480A1 EP 84401234 A EP84401234 A EP 84401234A EP 84401234 A EP84401234 A EP 84401234A EP 0129480 A1 EP0129480 A1 EP 0129480A1
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    • B28B3/08—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor wherein a ram exerts pressure on the material in a moulding space; Ram heads of special form with two or more rams per mould

Definitions

  • the invention relates to the manufacture of new concrete structural elements.
  • An object of the invention is to provide a process for manufacturing, under acceptable industrial conditions, concrete structural elements, in particular beams, having an admissible working rate in the range 50-100 MPa (Megapascals) or higher, while the permissible working rate of a conventional prestressed concrete beam is around 10-20 MPa.
  • the hoop acts as a formwork in high resistance steel; it is stretched under the effect of compression and, when the concrete has set, it seeks to return to its initial state by exerting compression on the concrete in transverse planes.
  • fresh axial pressure is exerted on the fresh concrete, that is to say perpendicular to the thickness of the concrete and parallel to the direction in which the concrete will work when it is in service, but it is however not excluded from exerting other additional pressures on the concrete.
  • the water is drained from the concrete by one or more tubes introduced into the concrete.
  • An object of the invention is also to provide a device for manufacturing structural elements according to a method according to the invention.
  • This device comprises a tubular envelope extending along an axis, means producing a hoop around the tube and means for compressing the concrete along the axis of the envelope during the setting of the concrete.
  • one or more cables are used which are passed through the concrete and with which one pulls towards the other pressure plates located at two opposite ends of the mass of fresh concrete, a technique that resists buckling of the tube during compression.
  • this or these cables are passed through one or more drainage tubes.
  • this prestressing will be preserved or reduced or replaced by prestressing cables passing through this or these tubes and ensuring the connection with the other elements of the concrete structure.
  • a cylindrical tube 1 for example made of thin sheet metal of the order of 2 mm or made of strong cardboard or plastic, the wall of the tube having multiple drainage perforations 4 and this is surrounded.
  • the winding 2 is in contact with the tube 1 and the winding 3 surrounds the winding 2 but they are not. not tense.
  • Means are provided for fixing each end of a winding relative to the corresponding end of the other winding, for example by fixing the two corresponding ends on a means which allows also to maintain these ends at one end of the tube 1.
  • An example of such a means is constituted by a circle which surrounds the tube 1 which is fixed in position relative to the tube 1 and to which are fixed the two corresponding ends of the wires fret. This circle has been identified 6 in FIG. 1. It will be understood that there is such a circle at each end of the tube 1.
  • longitudinal drains 5 which are preferably constituted by steel tubes generally thicker than the tube 1 when the latter is made of steel, for example a wall thickness of 4 to 6 mm.
  • the material and the thickness of the tubular casing 1 are chosen so that the tube distributes the forces and resists shearing by the hoop.
  • the concrete components are introduced into the space between the outer tube 1 and the drain (s) 5, or for example a mixture of aggregates, sand, water and cement, a mixture known per se.
  • the aggregates have, a priori, the same nature as the aggregates of a conventional concrete, but are preferably chosen from the high end of the aggregates of a concrete; rock aggregates resistant to values between 200-300 MPa (certain limestones, sandstones, etc.).
  • the binder can also be a binder such as those used for conventional concretes including resin-based binders. The percentages of aggregates and binder can be the same as those of conventional concretes.
  • the mixture is compressed at an axial pressure 7 of 50-150 MPa before and during setting, until the concrete has hardened, part of the water is discharged through the orifices 4 of the outer tube 1 and by the drain (s) 5 (it should be noted that the orifices 4 can be simple pores).
  • the compression is carried out constantly or not, and continuously or not.
  • the invention is not limited to a beam of circular cross section and it extends for example to beams of regular polygonal cross section or not.
  • a beam according to the invention compared to a steel beam, is approximately half as heavy for an admissible work rate of the order of half that of steel and it has the considerable advantages of a possibility. of connections between. beams by pouring concrete and joining the entire structure by prestressing.
  • a typical application which falls within the scope of the present invention is the use of beams according to the invention to constitute three-dimensional trellises involved in bridge structures and the like.
  • a structural element according to the invention can constitute a beam, a post, a tie rod and any other part of a concrete structure.

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Abstract

L'invention concerne des éléments de structure en béton. Pour fabriquer les éléments, on réalise la prise du béton dans une enveloppe (1) tout en comprimant le béton avec une pression (7) de la gamme 50-150 MPa et en entourant l'enveloppe d'une frette (2, 3) pour que l'enveloppe résiste à la poussée du béton pendant la compression. Application à la fabrication d'éléments de structure.

Description

  • L'invention concerne la fabrication de nouveaux éléments de structure en béton.
  • Un but de l'invention est de fournir un procédé pour fabriquer dans des conditions industrielles acceptables des éléments de structure en béton, notamment des poutres, ayant un taux de travail admissible dans la gamme 50-100 MPa (Mégapascals) ou supérieur, alors que le taux de travail admissible d'une poutre en béton précontraint classique est de l'ordre de 10-20 MPa.
  • La compression d'un béton frais, c'est-à-dire avant durcissement du béton, permet d'augmenter le taux de travail admissible du béton mais on ne connaît pas jusqu'à présent de technique pour mettre en oeuvre cette connaissance dans des conditions industriellement viables.
  • On y parvient, selon la présente invention, par un procédé dans lequel on réalise la prise du béton dans une enveloppe tout en comprimant le béton avec une pression axiale d'au moins 50 MPa et en entourant l'enveloppe d'une frette pour créer des plans de pression transversaux qui se combinent à la pression axiale de façon à réaliser une compression tridimensionnelle du béton.
  • Pendant la compression axiale du béton, la frette agit comme un coffrage en acier à haute résistance ; elle se tend sous l'effet de la compression et, quand le béton a fait prise, elle cherche à reprendre son état initial en exerçant sur le béton une compression dans des plans transversaux.
  • Pour fabriquer une poutre rectiligne, on utilise une enveloppe s'étendant selon un axe et on comprime le béton suivant cet axe, cette compression longitudinale créant dans le béton des poussées transversales qui mettent la frette en tension autour de l'enveloppe tubulaire.
  • De préférence, on exerce sur le béton frais une pression axiale uniquement, c'est-à-dire perpendiculaire à l'épaisseur du béton et parallèle au sens dans lequel le béton travaillera lorsqu'il sera en service, mais il n'est cependant pas exclu d'exercer d'autres pressions complémentaires sur le béton.
  • Avantageusement, pendant la compression, on draine l'eau du béton par un ou plusieurs tubes introduits au sein du béton.
  • Un but de l'invention est aussi de fournir un dispositif pour fabriquer des éléments de structure suivant un procédé conforme à l'invention.
  • Ce dispositif comprend une enveloppe tubulaire s'étendant suivant un axe, des moyens réalisant une frette autour du tube et des moyens pour comprimer le béton suivant l'axe de l'enveloppe pendant la prise du béton.
  • De préférence, pour comprimer le béton frais, on utilise un ou des câbles que l'on fait passer à travers le béton et avec lesquels on tire l'une vers l'autre des plaques de pression situées à deux extrémités opposées de la masse de béton frais, technique qui permet de résister au flambage du tube pendant la compression.
  • Avantageusement, on fait passer ce ou ces câbles dans un ou des tubes de drainage.
  • Ultérieurement, c'est-à-dire après le durcissement du béton, cette précontrainte sera conservée ou diminuée ou remplacée par des câbles de précontrainte passant dans ce ou ces tubes et assurant la liaison avec les autres éléments de la structure en béton.
  • On décrira ci-après un exemple d'un tel dispositif en référence aux figures du dessin joint sur lequel :
    • - la figure 1 est une coupe longitudinale d'une poutre, en cours de fabrication, conformément à la présente invention, et
    • - la figure 2 est une coupe transversale de la poutre de la figure 1.
  • On dispose, de préférence verticalement, un tube cylindrique 1, par exemple en tôle mince d'épaisseur de l'ordre de 2 mm ou en carton fort ou en plastique, la paroi du tube présentant de multiples perforations de drainage 4 et on entoure ce tube d'une double frette constituée par deux fils 2, 3 en acier à haute résistance qui sont enroulés en hélice autour du tube, respectivement dans le sens horaire et dans le sens anti-horaire. A ce stade du procédé, l'enroulement 2 est en contact avec le tube 1 et l'enroulement 3 entoure l'enroulement 2 mais ils ne sont. pas tendus.
  • Des moyens, sont prévus pour fixer chaque extrémité d'un enroulement relativement à l'extrémité correspondante de l'autre enroulement, par exemple en fixant les deux extrémités correspondantes sur un moyen qui permet également de maintenir ces extrémités à une extrémité du tube 1. Un exemple d'un tel moyen est constitué par un cercle qui entoure le tube 1 qui est fixe en position par rapport au tube 1 et auquel sont fixées les deux extrémités correspondantes des fils de frette. Ce cercle a été repéré 6 sur la figure 1. On comprendra qu'il existe un tel cercle à chaque extrémité du tube 1.
  • On dispose à l'intérieur du tube un ou plusieurs drains longitudinaux 5 qui sont de préférence constitués par des tubes d'acier généralement plus épais que le tube 1 lorsque ce dernier est en acier, soit par exemple une épaisseur de paroi de 4 à 6 mm.
  • La matière et l'épaisseur de l'enveloppe tubulaire 1 sont choisis pour que le tube répartisse les efforts et résiste à un cisaillement par la frette.
  • On introduit dans l'espace compris entre le tube extérieur 1 et le ou les drains 5 les composants du béton, soit par exemple un mélange d'agrégats, de sable, d'eau et de ciment, mélange connu en soi. Les agrégats ont, à priori, même nature que les agrégats d'un béton classique, mais sont de préférence choisis dans le haut de gamme des agrégats d'un béton ; agrégats de roche résistants à des valeurs comprises entre 200-300 MPa (certains calcaires, grès, etc...). Le liant peut également être un liant tel que ceux utilisés pour les bétons classiques y compris les liants à base de résine. Les pourcentages d'agrégats et de liant peuvent être les mêmes que ceux des bétons classiques.
  • On comprime le mélange à une pression axiale 7 de 50-150 MPa avant et pendant la prise, jusqu'au durcissement du béton dont une partie de l'eau est évacuée par les orifices 4 du tube extérieur 1 et par le ou les drains 5 (il est à noter que les orifices 4 peuvent être de simples pores).
  • Pour réaliser la pression axiale tout en évitant un flambage du tube, on préconise, selon l'invention, de rapprocher l'une de l'autre deux plaques introduites respectivement à une extrémité et à l'autre extrémité du tube. Ce rapprochement est obtenu par exemple au moyen d'un ou plusieurs câbles de précontrainte passant longitudinalement dans le béton et tirés par un vérin. On a schématisé un tel dispositif sur la figure 1 où l'on voit les deux plaques de pression 8, 9 dont l'une est tirée vers l'autre par des câbles 10, 11 actionnés par un vérin 12 qui prend appui sur l'autre plaque. Avantageusement, les câbles 10, 11 passent dans des tubes de drainage 5.
  • La compression est réalisée de façon constante ou non, et de façon continue ou non.
  • Sous l'effet de la compression longitudinale du béton, les frettes se tendent et on réalise ainsi une compression triaxiale, les frettes réalisant des plans de pression transversaux et la pression axiale réalisant la pression dans la troisième dimension.
  • Dans certains cas, et notamment pour les poutres de grande longueur, il est prévu de réaliser l'opération par couches successives de béton, en attendant la prise d'une couche pour réaliser la couche suivante.
  • L'invention n'est pas limitée à une poutre de section droite circulaire et elle s'étend par exemple à des poutres de section droite polygonale régulière ou non.
  • Une poutre conforme à l'invention, comparativement à une poutre en acier, est environ deux fois moins lourde pour un taux de travail admissible de l'ordre de la moitié de celui de l'acier et elle présente les avantages considérables d'une possibilité de liaisons entre. poutres par coulage d'un béton et d'assemblage à l'ensemble de la structure par précontrainte.
  • Une application typique qui rentre dans le cadre de la présente invention est l'utilisation des poutres conformes à l'invention pour constituer des treillis tridimensionnels intervenant dans des structures de pont et analogues.
  • Un élément de structure conforme à l'invention peut constituer une poutre, un poteau, un tirant et tout autre partie d'une structure en béton.

Claims (16)

1. Procédé pour fabriquer un élément de structure en béton, dans lequel on réalise la prise du béton dans une enveloppe tout en comprimant le béton, caractérisé en ce qu'on comprime le béton axialement avec une pression axiale d'au moins 50 PMa et en ce qu'on entoure l'enveloppe (1) d'une frette (2, 3) pour créer des plans de pression transversaux.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise une pression de la gamme 50-150 MPa.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que pendant la compression on draine l'eau du béton par un ou plusieurs tubes (5) introduits au sein du béton.
4. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe tubulaire (1) s'étendant suivant un axe, des moyens (2, 3) réalisant une frette autour du tube et des moyens (8-12) pour comprimer le béton suivant l'axe de l'enveloppe pendant la prise du béton.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la frette comporte au moins deux enroulements hélicoldaux (2, 3) autour de l'enveloppe, ces deux enroulements ayant des sens d'enroulement inverse l'un de l'autre et des extrémités fixes.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux extrémités des enroulements (2, 3) qui sont situés à une même extrémité de l'enveloppe tubulaire sont fixées à un anneau (6) qui entoure l'enveloppe (1).
7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'un des enroulements (2) est au contact de l'enveloppe (1) et est entouré par l'autre enroulement (3).
8. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'on utilise une enveloppe (1) apte à répartir l'effort et à résister à un cisaillement par la frette.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite enveloppe tubulaire (1) est une tube d'acier à paroi mince comportant éventuellement des perforations de drainage (4).
10. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 9, et qui comprend de plus un ou plusieurs tubes (5) disposés longitudinalement dans le béton pour drainer l'eau du béton pendant la compression.
11. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que les moyens (8-12) pour comprimer le béton comprennent des plaques de pression (8-9) situées aux deux extrémités longitudinales de l'enveloppe et un ou des câbles (10,11) qui traversent longitudinalement la masse de béton et qui exercent sur l'une des plaques au moins une traction dirigée vers l'autre plaque.
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits câbles (10,11) passent dans des tubes (5).
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les câbles (10,11) passent dans des tubes de drainage (5).
14. Elément de structure selon la revendication 13, caractérisé en ce que cet élément comporte essentiellement un tube (1) rempli de béton et entouré d'au moins deux enroulements hélicoïdaux (2,3) dont les sens d'enroulement sont inverses.
15. Elément de structure selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce qu'il est précontraint par des armatures passant dans des tubes (5) qui traversent longitudinalement la masse de béton.
16. Elément de structure selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que cet élément est une poutre ayant un taux de travail admissible compris dans la gamme 50-100 MPa ou supérieur.
EP84401234A 1983-06-17 1984-06-15 Procédé et dispositif pour fabriquer des éléments de structure en béton et les éléments ainsi fabriqués Expired EP0129480B1 (fr)

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