EP3175057B1 - Élément de structure à précontrainte anticipée - Google Patents

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EP3175057B1
EP3175057B1 EP15759499.5A EP15759499A EP3175057B1 EP 3175057 B1 EP3175057 B1 EP 3175057B1 EP 15759499 A EP15759499 A EP 15759499A EP 3175057 B1 EP3175057 B1 EP 3175057B1
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EP
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tensioner
structural element
elongate body
tensioners
concrete
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Alain SABBAH
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SABBAH, ALAIN
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    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/08—Members specially adapted to be used in prestressed constructions
    • E04C5/10—Ducts

Definitions

  • the present invention generally relates to the manufacture of structural elements, in particular beams, slabs or concrete moldings.
  • It relates more particularly to a prefabricated structural element comprising an elongated body, and at least a first tensioner which is fixed in the elongated body in such a way that it compresses and bends the elongated body in a first direction.
  • It also relates to a method of installing such a structural element in a structure.
  • the invention applies to any type of structure, for example buildings, bridges, dams, etc.
  • a well-known problem with concrete is that, although it resists compressive forces well, it cracks quickly when subjected to tensile forces. It is estimated that concrete resists compressive forces twenty times better than tensile forces.
  • reinforced concrete has certain advantages, its use becomes counter-productive when the stresses exerted on the structure become significant, due to the increased weight of the reinforced concrete section.
  • tensioners are placed in the concrete (generally steel bars or metal cables) on which traction is exerted so that at rest, the concrete is compressed.
  • the first process consists of applying tension to the tensioners before the concrete has completely set. After the concrete has dried, the tensioners are released, thus putting the beam in compression by simple adhesion effect.
  • the tensioners are off-centered relative to the neutral fiber of the beam in such a way that they allow the beam to be bent upwards (we speak of counter-deflection), opposite to the load that the beam will receive (once loaded, the beam will then find itself little deformed).
  • the first disadvantage is that when the beam is unmolded and the tensioners are released, the latter cause excessive forces on the beam which have the effect of bending the latter quickly, with the risk that these tensile or compressive forces generate cracks in the concrete. It is therefore advisable to wait until the concrete has dried well before releasing the tensioners and unmolding the beam.
  • Another disadvantage is that, when the beam is not yet loaded, its bending generates tensile stresses in the concrete (at the level of the convex face of the beam) as well as particularly strong localized compressive stresses (at the level of the concave face of the beam).
  • the prestress generated by the first tensioners must therefore not exceed a threshold beyond which the beam bends too much and it would crack.
  • the second process consists of placing tensioners through straight or curved sheaths incorporated into the concrete of the beams. After the concrete has set, the beam is placed in the structure (building, bridge, etc.) before the tensioners are tensioned. Once the beam is in place, it is gradually loaded (for example by placing slabs on top). It is during this loading stage that the tensioners will be gradually put in tension so as to compress and bend the beams as they are put under load.
  • This technique makes it possible to gradually compensate for the forces exerted on the beam when it is loaded. It then makes it possible to achieve the limits of concrete resistance to compression, so that the beam obtained by this technique can be more loaded than that obtained by pre-tension.
  • the present invention proposes a new structural element which has the advantages of prestressing by pre-tension and which is adapted to support higher loads.
  • a structural element according to claim 1 and a method of constructing a structure according to claim 14.
  • a structural element as defined in the introduction in which there is provided at least a second tensioner which is fixed at two distinct points to said elongated body such that it compresses and flexes the elongated body, and in which there is provided deactivation means for releasing the compression and flexing exerted on the body elongated by said second tensioner.
  • the first and second tensioners will then be put in tension during the molding of the body (beam, slab, etc.) of the structural element in the factory.
  • the process for manufacturing the structural element will therefore be as easy to implement as the prestressing process by pre-tension.
  • the first and second tensioners will generally be located longitudinally in the body, along two opposite faces thereof. In this way, the tension exerted on the first and second tensioners will generate little or no deflection of the structural element (the counter-deflection exerted by the first tensioner will be compensated by the deflection exerted by the second tensioner).
  • the second tensioner(s) will make it possible to compress and flex the body temporarily. After the release of the second tensioners, the structural element will behave like a structural element obtained by a pre-tensioning process by pre-tension.
  • the major advantage of the invention will be that, as the body will not flex or only slightly, it will be possible to compress it further.
  • first tensioners it will also be possible to move the first tensioners as far as possible from the neutral fiber of the body so that after extracting the second tensioners from the body, the first tensioners exert a strong bending moment on the body which opposes the bending. generated by the body's own weight and by the loads resting on it.
  • steps c) and d) are carried out concomitantly.
  • Each structural element 10, 20, 30, 40 firstly comprises an elongated body 11, 21, 31, 41. This body gives the structural element 10, 20, 30, 40 its general shape. It also incorporates reinforcements allowing it to be pre-stressed.
  • the body 11, 21, 31, 41 is made of concrete.
  • another material could be used.
  • the body 11, 21, 31, 41 will naturally tend to deform, bending downwards (the body is then said to have an “arrow”). This flexion will generate compressive stresses in the upper part of the body, and tensile stresses in the lower part of the body. The risk would then be that, due to these tensile or compressive stresses, the concrete would crack on the lower face or on the upper face of the body.
  • the structural elements 10, 20, 30, 40 are each equipped with at least a first tensioner 1 which is fixed in the body 11, 21, 31, 41 in such a way that the latter is compressed.
  • the compression obtained will then make it possible to compensate for the aforementioned tensile stresses, so as to avoid the appearance of cracks.
  • the body 11, 21, 31, 41 is therefore prestressed by each first tensioner 1.
  • first rectilinear tensioners 1 will be used. These first tensioners 1 could be formed by wires, by metal cables or by high-capacity steel bars. They will preferably be embedded in concrete, so as to gradually transmit the forces to the body of the structural element 10, 20, 30, 40. They are also eccentric with respect to the neutral fiber A1 of the body 11, 21, 31, 41 of the structural element 10, 20, 30, 40 considered .
  • these first tensioners 1 are preferentially distributed under the neutral fiber A1 of the body 11, 21, 31, 41 of the structural element 10, 20, 30, 40 considered.
  • the first tensioners 1 extend in length parallel to the neutral fiber A1 of the body 11 of the beam 10, and they are regularly distributed around 'a lower middle fiber A2.
  • the total traction exerted on the first tensioners 1 therefore makes it possible to compress the body 11 of the beam 10 along the lower middle fiber A2.
  • these first tensioners 1 therefore exert a compressive force E1 on the body 11 of the beam 10.
  • This compressive force E1 generates compressive stresses distributed homogeneously over the entire section of the body 11.
  • the lower average fiber A2 is here located under the neutral fiber A1, at a distance from it denoted difference D1.
  • the first tensioners 1 exert a bending moment M1 on the body 11 of the beam 10.
  • This bending moment M1 makes it possible to bend the body 11 upwards, that is to say in a direction opposite to that in which it tends to deflect under the effect of its own weight (the beam is then said to have a “counter-deflection).
  • This bending moment M1 generates, in the upper part of the body 11, tensile stresses. It also generates compressive stresses in the lower part of the body 11.
  • the bending moment M1 is not compensated and tends to bend the body 11, 21, 31, 41 (especially when the structural element is stored vertically and its own weight no longer causes the body to bend towards the down).
  • the invention then proposes a method making it possible to increase this gap D1 and/or to increase the forces exerted on the first tensioners in order to be able to further load the structural element 10, 20, 30, 40, without risking damage. see cracks appear in the concrete.
  • the structural element 10, 20, 30, 40 comprises at least one second tensioner 2 which is fixed at two distinct points to the body 11, 21, 31, 41 by two means fixing means 3 such that it compresses and bends the body 11, 21, 31, 41 downwards, and there is provided a deactivation means 3B to release the compression and bending exerted on the elongated body 11, 21, 31, 41 by this second tensioner 2.
  • each second tensioner 2 is located on the body 11, 21, 31, 41 off-centered relative to the neutral fiber A1 so that, when the structural element is not yet placed in the work and is not yet loaded, the compression it exerts on the structural element helps prevent the appearance of cracks.
  • each second tensioner 2 is located above the neutral fiber A1 of the body 11, 21, 31, 41, so that it exerts on the body a bending moment which at least partially opposes the bending moment M1.
  • second straight tensioners 2 may be formed by wires, by metal cables or even by metal bars, preferably made of suitable steel.
  • these second tensioners 2 are preferably distributed above the neutral fiber A1 of the body 11, 21, 31, 41 of the structural element 10, 20, 30, 40 considered.
  • these second tensioners 2 are here elongated parallel to the neutral fiber A1 of the body 11 of the beam 10 and are regularly distributed around an average fiber superior A3.
  • the total traction exerted on the second tensioners 2 therefore makes it possible to compress the body 11 of the beam 10 along the upper middle fiber A3.
  • these second tensioners 2 exert a compressive force E2 on the body 11 of the beam 10, which is added to the compressive force E1.
  • This compressive force E2 generates compressive stresses distributed homogeneously over the entire section of the body 11.
  • this upper average fiber A3 is located above the neutral fiber A1, at a distance from it denoted difference D2.
  • these second tensioners 2 exert a bending moment M2 on the body 11 of the beam 10, in the opposite direction to the bending moment M1.
  • This bending moment M2 makes it possible to bend the body 11 downwards, so that it makes it possible to compensate at least in part for the bending of the body 11 under the effect of the bending moment M1.
  • this bending moment M2 makes it possible to simulate a load on the beam 10 when it is not yet loaded.
  • the means for deactivating each second tensioner 2 will then allow, when the beam 10 begins to be loaded, to release the second tensioner 2 so as to cancel the bending moment M2.
  • the ends of the second tensioners are fixed in a non-removable manner to the body of the structural element, provision can be made to release only the central parts of these second tensioners. It is thus possible, for example, to cut the second tensioners at their centers, so that their two ends remain fixed to the body of the structural element.
  • the ends of the second tensioners will therefore allow, after their cutting, to continue to exert compressive forces and bending moments at the ends of the body of the structural element. These efforts and moments will then make it possible to compensate for the forces that the first tensioners exert on these ends.
  • the body 11 of the beam 10 has a substantially parallelepiped shape.
  • the first tensioners 1 are entirely embedded in the concrete of the body 11 of the beam 10, with the possible exception of their ends which can project from the body. They are therefore immovable relative to the body of beam 10.
  • the second tensioners 2 are mounted slidingly in the body 11 of the beam 10. As shown in Figure 2B , the second tensioners 2 are for this purpose threaded into sheaths 4 cast in the concrete, such that their ends open out at both ends of the body 11. These sheaths 4, here made of plastic, prevent the concrete from coming hang on the second tensioners 2.
  • the first tensioners 1 are distributed over three rows and five columns.
  • the first tensioner 1 which is located in the center of this matrix therefore extends along the lower middle fiber A2.
  • the second tensioners 2 are here half as numerous as the first tensioners 1 and are distributed relative to each other in substantially the same way as the first tensioners.
  • the second tensioner 2 which is located in the center of this matrix therefore extends along the upper middle fiber A3.
  • the neutral fiber A1 which passes through the centers of the cross sections of the body 11, therefore extends between the upper middle fibers A3 and lower A2, at equal distances from them.
  • each second tensioner 2 is fixed at two distinct points to the body 11 of the beam 10, by two fixing means, and a deactivation means is provided to release each second tensioner 2.
  • each second tensioner 2 is fixed by its two ends 2A to the two ends of the body 11 of the beam 10. In this way, these ends 2A remain easily accessible from outside the body 11.
  • the deactivation means is provided to allow, on site, to release the tension of the second tensioner 2.
  • this fixing means 3 comprises a socket 3A which is pressed against the corresponding end of the body 11 of the beam 10 and which internally houses two keys 3B.
  • the socket 3A has a cylindrical outer face of revolution, and a frustoconical inner face whose top is turned towards the body 11.
  • the keys 2B overall have the shape of a cylinder cut in two lengthwise. They each have a frustoconical outer face with a shape corresponding to that of the inner face of the socket 3A, and a notched inner face.
  • the aforementioned deactivation means is then formed by the two keys 3B. These two keys 3B in fact project outside the socket 3A, so that they are adapted to be mechanically pulled outside the socket 3A so as to release the end 2A of the second tensioner 2.
  • the deactivation means is fuse.
  • this deactivation means is formed by a layer of metal or by a non-metallic paste which covers the end 2A of the second tensioner 2 (or the internal face of the socket 3A or the keys 3B), the temperature of which melting temperature is relatively low, and which has satisfactory mechanical characteristics. It could thus be a layer of zinc or tin, since the melting temperature of these materials is low enough (less than 450°C, preferably around 200 to 300°C) to allow its fusion on site, and that its rigidity at ambient temperature is sufficient to ensure good grip of the second tensioner 2.
  • the removable fixing means could be in the form of another form.
  • the fixing means used could be in the form of a glue or a meltable paste. It could also be in the form of an easily destructible sleeve (for example by cutting), which would be slipped onto the second tensioner and which would rest against the body.
  • the end 2A of the second tensioner 2 could be coated with a layer of zinc or tin and be directly sealed in the concrete.
  • the metal layer it will be possible to melt it so that the second tensioner 2 can escape from the concrete and release the compression and bending that it exerts on the body 11 of the beam 10.
  • the second fixing means intended to block the other end of the second tensioner 2
  • the second fixing means can also be presented in various forms.
  • the second tensioner 2 can be extracted from the body 11 of the beam 10 and can be reused on other beams, which will reduce costs.
  • this second fixing means can fix the second end of the second tensioner 2 in an immovable manner to the body 11 of the beam 10, in which case the second tensioner 2 cannot be extracted from the body 11.
  • this second fixing means can fix the second end of the second tensioner 2 in an immovable manner to the body 11 of the beam 10, in which case the second tensioner 2 cannot be extracted from the body 11.
  • the deactivation means is not at one of the ends of the second tensioner 2, but at a distance from them.
  • the second tensioner 2 is made in two parts 2C, 2D located in the extension of one another and which are connected together by a fixing means 5.
  • This fixing means 5 comprises a sleeve 5A inside which two pairs of keys 3B are housed.
  • the 3B keys are identical to those shown on the Figure 2A .
  • the sleeve 5A has an interior face which has two frustoconical parts facing in opposite directions.
  • the contiguous ends of the two parts 2C, 2D of the tensioner are each coated with a coating of zinc or tin or another material which represents suitable characteristics, in which a resistance wire runs.
  • the keys 3B move towards the two ends of the sleeve 5A, which allows them to close in the manner of two jaws on the contiguous ends of the two parts 2C, 2D of the second tensioner 2.
  • the beam could thus have a length of 7 meters, a height L2 of 60 centimeters, and a width L3 of 40 centimeters.
  • the first tensioners 1 can be distributed in such a way that the lower middle fiber A2 extends 6.8 centimeters from the lower face of the body 11 of the beam 10.
  • the second tensioners 2 can be distributed in such a way that the upper average fiber A3 extends 5 centimeters from the upper face of the body 11 of the beam 10.
  • This beam 10 can be prestressed using the first tensioners 1 with a compression force E1 equal to 192 tonnes.
  • the body 21 of the beam 20 has an I-shaped cross section.
  • the body 21 of the beam 20 therefore has two parallel flanges 23 between which a vertical wall 22 extends.
  • the first and second tensioners 1, 2 then extend over the entire length of the beam 20, parallel to each other.
  • first tensioners 1 embedded in the concrete of the lower sole 23 of the body 21 of the beam 20. These first tensioners 1 are here again regularly distributed over the width of the beam 20. Thus, when they compress the body 21 of beam 10, they do not deform it in torsion.
  • These first five tensioners 1 are located near the underside of the lower sole 23. Thus, when they are tensioned, they make it possible to bend the body 21 of the beam 20 such that the center of the beam moves to the top.
  • Three second tensioners 2 are also provided, which are regularly distributed over the width of the beam 20.
  • the means for fixing the ends of these second tensioners 2 to the body 21 of the beam 20 are identical to those described with reference to the figures 2B .
  • the body 31 of the slab 30 has a generally parallelepiped shape. Its neutral fiber A1 therefore coincides with the central longitudinal axis of body 31.
  • the ends of the slab 30 however have, projecting from the upper face of the body 31, flanges 32. These two flanges 32 run along the two ends of the body 31. They delimit between them a cavity 33 into which a screed.
  • the first and second tensioners 1, 2 extend over the entire length of the slab 30, parallel to each other.
  • first tensioners 1 embedded in the concrete of the body 31 of the slab 30. These first tensioners 1 are here again regularly distributed over the width of the slab 30, under the neutral fiber A1. They are located near the lower face of body 31 of slab 30.
  • Second tensioners 2 are also provided, which are regularly distributed over the width of the slab 30, above the neutral fiber A1. These second tensioners 2 pass through the two edges 32 of the body 31 of the slab 30 such that their ends project from either side of the body 31 of the slab 30. A central part of each of the second tensioners 2, which extends between these two edges 32, is on the other hand located in the cavity 33, outside the body 31.
  • the second tensioners 2 are sheathed over their entire length, which ensures their sliding across the edges 32 and which guarantees their protection from the outside. These sheaths are also useful when a concrete screed is poured into the cavity 33, since they prevent the concrete of the screed from adhering to the second tensioners 2.
  • the second tensioners 2 are only sheathed over part of their length, that located in the cavity 33.
  • the parts of the second tensioners which pass through the edges 32 will be coated with zinc or tin. and cast in concrete. To allow the forces exerted by these second tensioners to be released, it will then be sufficient to heat the zinc or tin coating.
  • the second tensioners 2 are not sheathed, provided that the height of the concrete screed to be poured into the cavity 33 is sufficiently low so that, once this screed has been cast, the second tensioners are located at above this screed.
  • the edges 32 make it possible to offset the second tensioners 2 to a large distance from the neutral fiber A1 of the body 31. In this way, the tensile force exerted on each of the second tensioners 2 can be less than that exerted on the first tensioners 1.
  • the body (31) is devoid of rim (32), in which case the second tensioners would be located entirely through the body of the slab.
  • FIG. 5A a second embodiment of slabs 40 according to the invention is shown.
  • the 40 slabs represented on this figure 5A do not differ from the slab 30 shown on the Figures 4A and 4B than by the honeycombed nature of their body 41.
  • the full surface area of the slab section is larger here due to the absence of cells. Consequently, the slab is able to undergo greater compressive forces.
  • the slab could thus have a length of 9 meters, a height L2 of 20 centimeters, and a width L3 of 1.2 meters.
  • the first tensioners 1 can be distributed in such a way that the lower average fiber A2 extends 4 centimeters from the lower face of the body 31 of the slab 30, 40.
  • the second tensioners 2 can be distributed in such a way that the upper average fiber A3 extends 4 centimeters above the upper face of the body 31 of the slab 30, 40.
  • This slab 40 can be pre-stressed using the first tensioners 1 with a compression force equal to 140 tonnes. We can also temporarily prestress this slab 40 using the second tensioners 2 with a compression force equal to 60 tonnes.
  • this hollow core slab 40 will be able to support loads twice as heavy as a hollow core slab which would not have been equipped with second tensioners 2. It is in fact designed to support a prestress of 140 tonnes which is much greater than the prestress that could not have been applied in the absence of second tensioners (which would have been approximately 82 tonnes).
  • This slab 30 can be pre-stressed using the first tensioners 1 with a compression force equal to 192 tonnes. We can also temporarily prestress this slab 30 using the second tensioners 2 with a compression force equal to 96 tonnes.
  • this solid slab 30 will be able to support loads three times heavier than a hollow core slab which would not have been equipped with second tensioners 2.
  • a solid slab can store more prestress than a hollow core slab.
  • Beams 10 and slabs 40 are prefabricated in the factory.
  • Their manufacturing process consists of placing the first and second tensioners 1, 2 in molds (the second tensioners here already being sheathed and equipped with their frustoconical sleeves 3), applying tension to these tensioners, pouring concrete into the molds , and wait for the concrete to completely set. After drying the concrete, the first and second tensioners 1, 2 are released, thus putting the bodies 11, 31 of the beams and slabs in eccentric longitudinal compression.
  • the beams 10 and slabs 40 are then taken out of their respective molds. Due to the forces exerted by the first and second tensioners 1, 2, the bodies 11, 31 do not tend to bend excessively. Consequently, the exit of the beams 10 and slabs 40 outside their molds does not cause sudden bending of the bodies, which avoids the appearance of cracks in the concrete.
  • the first operation will then consist of installing two beams 10 in parallel and at a distance from each other, each cantilevered between two supports 50 spaced apart from each other. For this, the ends of each beam 10 will be placed on edges 51 provided on these supports 50.
  • the second operation will consist of gradually loading the two beams 10 by installing slabs 40 on them, the ends of each slab 40 resting respectively on the two beams 10.
  • the release of second tensioners makes it possible to obtain an effect similar to a second phase of prestressed by post tension.

Description

    DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION
  • La présente invention concerne de manière générale la fabrication d'éléments de structure, notamment de poutres, de dalles ou d'ourdis en béton.
  • Elle concerne plus particulièrement un élément de structure préfabriqué comportant un corps allongé, et au moins un premier tendeur qui est fixé dans le corps allongé de telle manière qu'il comprime et fléchit le corps allongé dans une première direction.
  • Elle concerne également un procédé d'installation d'un tel élément de structure dans un ouvrage.
  • L'invention s'applique à tout type d'ouvrage, par exemple aux bâtiments, aux ponts, aux barrages...
    • ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
  • Il est courant, lors de la construction d'un tel ouvrage, d'utiliser des poutres et des dalles en béton.
  • Un problème bien connu du béton est que, s'il résiste bien aux efforts de compression, il se fissure vite lorsqu'il est soumis à des efforts de traction. On estime ainsi que le béton résiste vingt fois mieux aux efforts de compression qu'aux efforts de traction.
  • Il est alors connu de renforcer le béton par des armatures métalliques. On parle de béton armé.
  • Toutefois, si le béton armé présente certains avantages, son utilisation devient contre-productive lorsque les contraintes exercées sur la structure deviennent importantes, du fait de l'alourdissement de la section de béton armé.
  • La solution alors envisagée est d'utiliser du béton dit précontraint.
  • L'idée est alors de s'assurer que le béton travaille toujours en compression et jamais (ou peu) en traction. Pour cela, on place des tendeurs dans le béton (généralement des barres d'acier ou des câbles métalliques) sur lesquels on exerce une traction de telle sorte qu'au repos, le béton soit comprimé.
  • De cette manière, lorsque le béton subit des efforts de traction, il se décomprime mais ne travaille jamais en traction, ce qui évite l'apparition de fissures.
  • Actuellement, on connaît deux procédés de fabrication de poutres en béton précontraint.
  • Le premier procédé, dit de pré-tension, consiste à appliquer une tension sur les tendeurs avant la prise complète du béton. Après séchage du béton, les tendeurs sont libérés, mettant ainsi la poutre en compression par simple effet d'adhérence.
  • Ce procédé est simple à mettre en oeuvre. Généralement, lorsque la poutre est prévue pour être placée à l'horizontale et pour être chargée, les tendeurs sont décentrés par rapport à la fibre neutre de la poutre de telle manière qu'ils permettent de fléchir la poutre vers le haut (on parle de contre-flèche), à l'opposé de la charge que la poutre va recevoir (une fois chargée, la poutre se retrouvera alors peu déformée).
  • Ce procédé présente toutefois deux inconvénients.
  • Le premier inconvénient est qu'au moment du démoulage de la poutre et de la libération des tendeurs, ces derniers provoquent des efforts excessifs sur la poutre qui ont pour effet de fléchir cette dernière rapidement, au risque que ces efforts de traction ou de compression génèrent des fissures dans le béton. Il convient donc d'attendre que le béton ait bien séché avant de relâcher les tendeurs et démouler la poutre.
  • Un autre inconvénient est que, lorsque la poutre n'est pas encore chargée, sa flexion génère des contraintes de traction dans le béton (au niveau de la face convexe de la poutre) ainsi que des contraintes de compression localisées particulièrement fortes (au niveau de la face concave de la poutre). La précontrainte générée par les premiers tendeurs ne doit donc pas excéder un seuil au-delà duquel la poutre se fléchissant trop, elle se fissurerait.
  • Le second procédé, dit de post-tension, consiste à disposer des tendeurs au travers de gaines rectilignes ou courbes incorporées au béton des poutres. Après la prise du béton, la poutre est mise en place dans l'ouvrage (bâtiment, pont, ...) avant que les tendeurs ne soient tendus. Une fois la poutre mise en place, elle est progressivement chargée (par exemple en posant des dalles par dessus). C'est au cours de cette étape de chargement que les tendeurs vont être progressivement mis en tension de manière à comprimer et fléchir les poutres au fur et à mesure que celles-ci seront mises en charge.
  • Cette technique permet de compenser progressivement les efforts qui s'exercent sur la poutre lorsqu'on la charge. Elle permet alors d'atteindre les limites de résistance du béton à la compression, si bien que la poutre obtenue par cette technique peut être davantage chargée que celle obtenue par pré-tension.
  • Cette technique, relativement complexe, est en revanche généralement réservée aux grands ouvrages puisqu'elle nécessite la mise en oeuvre de machines de mise en tension encombrantes. Elle s'avère en outre onéreuse non seulement à cause de l'utilisation de ces machines, mais également car les tendeurs sont enfilés au travers de gaines spéciales et onéreuses dans lesquelles est injecté un enduit spécial qui permet de transmettre les efforts à la poutre.
  • US 6 668 412 B1 divulgue les caractéristiques du préambule de la revendication 1.
    • OBJET DE L'INVENTION
  • Afin de remédier aux inconvénients précités de l'état de la technique, la présente invention propose un nouvel élément de structure qui présente les avantages de la précontrainte par pré-tension et qui est adapté à supporter de plus fortes charges.
  • Plus particulièrement, on propose selon l'invention un élément de structure selon la revendication 1 et un procédé de construction d'un ouvrage selon la revendication 14. En particulier, on propose un élément de structure tel que défini dans l'introduction, dans lequel il est prévu au moins un second tendeur qui est fixé en deux points distincts audit corps allongé de telle sorte qu'il comprime et fléchit le corps allongé, et dans lequel il est prévu un moyen de désactivation pour relâcher la compression et le fléchissement exercés sur le corps allongé par ledit second tendeur.
  • Les premier et second tendeurs seront alors mis en tension lors du moulage du corps (poutre, dalle, ...) de l'élément de structure en usine. Le procédé de fabrication de l'élément de structure sera donc aussi facile à mettre en oeuvre que le procédé de précontrainte par pré-tension.
  • Les premier et second tendeurs seront généralement situés longitudinalement dans le corps, le long de deux faces opposées de celui-ci. De cette manière, la tension exercée sur les premier et second tendeurs ne générera pas ou peu de fléchissement de l'élément de structure (la contre-flèche exercée par le premier tendeur sera compensée par la flèche exercée par le second tendeur).
  • On comprend ainsi que cet élément de structure pourra être démoulé plus tôt puisqu'il n'y aura pas de risque de fissuration au moment du relâchement des tendeurs et du démoulage. Sa fabrication sera donc plus rapide, au bénéfice de son coût de production.
  • Grâce à l'invention, le ou les seconds tendeurs vont permettre de comprimer et de fléchir le corps de manière provisoire. Après le relâchement des seconds tendeurs, l'élément de structure se comportera comme un élément de structure obtenu par un procédé de précontrainte par pré-tension.
  • L'avantage majeur de l'invention sera que, comme le corps ne fléchira pas ou peu, il sera possible de le comprimer davantage.
  • En effet, tant que les seconds tendeurs seront tendus, l'élément de structure sera pas ou peu fléchi. On pourra alors prévoir de relâcher ces seconds tendeurs au fur et à mesure que l'élément de structure sera chargé, de manière que ces relâchements successifs des seconds tendeurs permettent de compenser la déformation de l'élément de structure provoqué par la charge.
  • Par conséquent, comme la flexion sera moins importante, les risques d'apparition de fissures seront moindres, si bien qu'il sera possible de tendre davantage les premiers tendeurs (et les seconds tendeurs) jusqu'à approcher les limites de tenue du béton à la compression.
  • Il sera également possible d'écarter les premiers tendeurs au maximum de la fibre neutre du corps de manière qu'après avoir extrait les seconds tendeurs du corps, les premiers tendeurs exercent sur le corps un fort moment de flexion qui s'oppose à la flexion générée par le poids propre du corps et par les charges qui reposent sur celui-ci.
  • Du fait de la précontrainte plus importante, l'élément de structure sera donc à même de supporter des charges plus lourdes.
  • Pour supporter une charge de même poids, il sera sinon possible de réduire la section de la poutre, ce qui générera des gains de poids, d'encombrement et de coûts.
  • D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'élément de structure conforme à l'invention sont les suivantes :
    • le corps allongé présentant deux abouts et chaque second tendeur présentant deux extrémités noyées dans les abouts du corps allongé;
    • le second tendeur étant fixé audit corps allongé par des moyens de fixation, l'un au moins desdits moyens de fixation comporte une partie amovible qui forme ledit moyen de désactivation ;
    • le second tendeur étant réalisé en deux parties qui sont situées dans le prolongement l'une de l'autre et qui sont raccordées l'une à l'autre par un moyen de fixation, ce moyen de fixation comporte une partie amovible qui forme ledit moyen de désactivation ;
    • ladite partie amovible est fusible ;
    • ladite partie amovible est démontable ;
    • au moins une partie centrale du second tendeur est accessible depuis l'extérieur du corps allongé pour être découpée ou cassée ;
    • le second tendeur étant fixé audit corps allongé par ses extrémités, les moyen de désactivation sont uniquement adaptés à relâcher la compression et le fléchissement exercés sur le corps allongé par la partie centrale dudit second tendeur ;
    • chaque second tendeur est adapté à être entièrement ou partiellement extrait dudit corps allongé ;
    • chaque second tendeur comporte un fil, un câble ou une barre métallique;
    • au moins une partie centrale du second tendeur est enfilée librement dans une gaine fixée au corps allongé ;
    • au moins une partie centrale du second tendeur est située à l'extérieur du corps allongé ;
    • chaque premier tendeur comporte un fil, un câble ou une barre métallique, noyé dans le matériau du corps allongé ; et
    • le corps est formé par une poutre en béton ou par une dalle en béton.
  • L'invention propose également un procédé de construction d'un ouvrage, comportant des étapes :
    1. a) d'installation d'une structure initiale,
    2. b) de fixation d'un élément de structure tel que précité à ladite structure initiale,
    3. c) d'installation d'une structure postérieure sur ledit élément de structure, de telle sorte que ledit élément de structure est mis en charge,
    4. d) de désactivation de chaque second tendeur dudit élément de structure pour relâcher la compression et la flexion exercées par le second tendeur sur le corps allongé dudit élément de structure, en supprimant cette compression et cette flexion.
  • Préférentiellement, les étapes c) et d) sont opérées de manière concomitante.
  • Avantageusement, ladite structure postérieure comportant au moins un élément de structure conforme à l'invention, les étapes c) et d) sont suivies des étapes :
    • e) d'ajout d'une chape ou d'une table de compression ou d'une charge de poids permanente sur ladite structure postérieure, et
    • f) de désactivation de chaque second tendeur de l'élément de structure de ladite structure postérieure pour relâcher la compression et la flexion exercées par le second tendeur sur le corps allongé dudit élément de structure.
    DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION
  • La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.
  • Sur les dessins annexés :
    • les figures 1A et 1B sont des vues schématiques de côté et en coupe d'une poutre de section rectangulaire conforme à l'invention,
    • la figure 1C est un diagramme des efforts et moments s'exerçant à vide sur le corps de la poutre représentée sur les figures 1A et 1B,
    • la figure 1D est un diagramme des efforts et moments s'exerçant sous charge sur le corps de la poutre représentée sur les figures 1A et 1B,
    • les figures 2A, 2B et 2C sont des vues de détail, en coupe, de trois modes de réalisation des moyens de désactivation d'un second tendeur de la poutre représentée sur les figures 1A et 1B,
    • les figures 3A et 3B sont des vues schématiques de côté et en coupe d'une poutre de section en I conforme à l'invention,
    • les figures 4A et 4B sont des vues schématiques de côté et en coupe d'une dalle conforme à l'invention, et
    • les figures 5A et 5B sont des vues schématiques d'un ouvrage utilisant des poutres et des dalles conformes à l'invention.
  • Les ouvrages de grandes tailles (immeubles, ponts) sont généralement réalisés à l'aide d'éléments de structure préfabriqués, qui sont assemblés les uns avec les autres sur le chantier.
  • Dans la description, les termes «inférieur » et «supérieur » seront utilisés par rapport à cet ouvrage une fois assemblé, la partie inférieure d'un élément désignant la partie de cet élément qui est située du côté du sol et la partie supérieure désignant la partie de cet élément qui est située du côté opposé.
  • Sur les figures 1A, 3A, 4A et 5A, on a représenté quatre types d'éléments de structure 10, 20, 30, 40 préfabriqués. Sur les figures 1A et 3A, il s'agit de poutres 10, 20. Sur les figures 4A et 5A, il s'agit de dalles 30, 40.
  • Les points communs à ces différents éléments de structure 10, 20, 30, 40 seront décrits ensemble dans une première partie de cet exposé. Ces éléments de structure 10, 20, 30, 40 seront ensuite décrits successivement en détail dans une seconde partie de cet exposé.
  • Chaque élément de structure 10, 20, 30, 40 comporte tout d'abord un corps 11, 21, 31, 41 allongé. Ce corps confère à l'élément de structure 10, 20, 30, 40 sa forme générale. Il intègre en outre des ferraillages permettant de le précontraindre.
  • On considérera ici le cas où le corps 11, 21, 31, 41 est réalisé en béton. En variante, un autre matériau pourrait être utilisé.
  • On considérera en outre le cas où le corps 11, 21, 31, 41 est conçu pour être placé horizontalement dans l'ouvrage, pour y être fixé par ses deux extrémités, et pour être chargé (c'est-à-dire pour supporter des éléments pesants).
  • On comprend que l'élément de structure 10, 20, 30, 40 considéré sera alors soumis à deux efforts : son poids propre et le poids de la charge. De manière usuelle, on pourra subdiviser cette charge en deux composantes : une composante permanente et une composante variable.
  • Sous l'effet de ces deux efforts, le corps 11, 21, 31, 41 aura naturellement tendance à se déformer, en fléchissant vers le bas (on dit alors du corps qu'il présente une « flèche »). Cette flexion engendrera des contraintes de compression dans la partie supérieure du corps, et des contraintes de traction dans la partie inférieure du corps. Le risque serait alors que, du fait de ces contraintes de traction ou de compression, le béton se fissure sur la face inférieure ou sur la face supérieure du corps.
  • Pour éviter l'apparition de telles fissures, les éléments de structure 10, 20, 30, 40 sont équipés chacun d'au moins un premier tendeur 1 qui est fixé dans le corps 11, 21, 31, 41 de telle manière que ce dernier s'en trouve comprimé.
  • La compression obtenue permettra alors de compenser les contraintes de traction précitées, de manière à éviter l'apparition de fissures. Le corps 11, 21, 31, 41 est donc ainsi précontraint par chaque premier tendeur 1.
  • Généralement, on utilisera plusieurs premiers tendeurs 1 rectilignes. Ces premiers tendeurs 1 pourront être formés par des fils, par des câbles métalliques ou encore par des barres en acier à haute capacité. Ils seront préférentiellement noyés dans le béton, de manière à transmettre progressivement les efforts au corps de l'élément de structure 10, 20, 30, 40. Ils sont par ailleurs excentrés par rapport à la fibre neutre A1 du corps 11, 21, 31, 41 de l'élément de structure 10, 20, 30, 40 considéré.
  • Comme le montrent bien les figures 1B, 3B, 4B et 5, ces premiers tendeurs 1 sont préférentiellement répartis sous la fibre neutre A1 du corps 11, 21, 31, 41 de l'élément de structure 10, 20, 30, 40 considéré.
  • Comme le montrent bien les figures 1A et 1B (et il en est de même pour les autres éléments de structure 20, 30, 40), les premiers tendeurs 1 s'étendent en longueur parallèlement à la fibre neutre A1 du corps 11 de la poutre 10, et ils sont régulièrement répartis autour d'une fibre moyenne inférieure A2.
  • La traction totale exercée sur les premiers tendeurs 1 permet donc de comprimer le corps 11 de la poutre 10 selon la fibre moyenne inférieure A2.
  • Comme le montre la figure 1C, ces premiers tendeurs 1 exercent donc un effort de compression E1 sur le corps 11 de la poutre 10. Cet effort de compression E1 génère des contraintes de compression réparties de manière homogène sur l'ensemble de la section du corps 11.
  • Comme le montre la figure 1A, la fibre moyenne inférieure A2 est ici située sous la fibre neutre A1, à une distance de celle-ci notée écart D1.
  • Comme le montre la figure 1C, du fait de cet écart D1, les premiers tendeurs 1 exercent un moment de flexion M1 sur le corps 11 de la poutre 10. Ce moment de flexion M1 permet de faire fléchir le corps 11 vers le haut, c'est-à-dire dans une direction opposée à celle selon laquelle elle a tendance à fléchir sous l'effet de son poids propre (on dit alors de la poutre qu'elle présente une « contre-flèche). Ce moment de flexion M1 génère, dans la partie supérieure du corps 11, des contraintes de traction. Il génère en outre des contraintes de compression dans la partie inférieure du corps 11.
  • Lorsque le corps 11, 21, 31, 41 de l'élément de structure 10, 20, 30, 40 est en place dans l'ouvrage et est chargé, ce moment de flexion M1 permet de compenser la flexion du corps sous l'effet de son propre poids et sous l'effet de la charge qu'il porte.
  • En revanche, avant la mise en place de l'élément de structure 10, 20, 30, 40 dans l'ouvrage, le moment de flexion M1 n'est pas compensé et a tendance à fléchir le corps 11, 21, 31, 41 (notamment lorsque l'élément de structure est stocké à la verticale et que son poids propre ne fait plus fléchir le corps vers le bas).
  • En pratique, tant que l'écart D1 et/ou que l'effort de traction exercé sur les premiers tendeurs 1 reste inférieur à un seuil, les contraintes de traction générées par le moment de flexion M1 sont compensées par les contraintes de compression générées par l'effort de compression E1 : les contraintes restent dans des limites admissibles. Il n'y a donc pas de risque de fissure.
  • L'inconvénient est alors que le moment de flexion M1 reste alors limité du fait de cet écart D1, si bien que les charges que l'élément de structure 10, 20, 30, 40 peut supporter sont également limitées.
  • L'invention propose alors une méthode permettant d'accroître cet écart D1 et/ou d'accroitre les efforts exercés sur les premiers tendeurs afin de pouvoir charger davantage l'élément de structure 10, 20, 30, 40, sans pour autant risquer de voir apparaître des fissures dans le béton.
  • Ainsi, selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, l'élément de structure 10, 20, 30, 40 comporte au moins un second tendeur 2 qui est fixé en deux points distincts au corps 11, 21, 31, 41 par deux moyens de fixation 3 de telle sorte qu'il comprime et fléchit le corps 11, 21, 31, 41 vers le bas, et il est prévu un moyen de désactivation 3B pour relâcher la compression et le fléchissement exercés sur le corps allongé 11, 21, 31, 41 par ce second tendeur 2.
  • En pratique, chaque second tendeur 2 est situé sur le corps 11, 21, 31, 41 de manière décentrée par rapport à la fibre neutre A1 de telle sorte que, lorsque l'élément de structure n'est pas encore mis en place dans l'ouvrage et n'est pas encore chargé, la compression qu'il exerce sur l'élément de structure permet d'éviter l'apparition de fissures.
  • Préférentiellement, chaque second tendeur 2 est situé au-dessus de la fibre neutre A1 du corps 11, 21, 31, 41, de manière qu'il exerce sur le corps un moment de flexion qui s'oppose au moins partiellement au moment de flexion M1.
  • On utilisera généralement plusieurs seconds tendeurs 2 rectilignes. Ces seconds tendeurs 2 pourront être formés par des fils, par des câbles métalliques ou encore par des barres métalliques, préférentiellement en acier adapté.
  • Comme le montrent bien les figures 1B, 3B, 4B et 5, ces seconds tendeurs 2 sont préférentiellement répartis au-dessus de la fibre neutre A1 du corps 11, 21, 31, 41 de l'élément de structure 10, 20, 30, 40 considéré.
  • Comme le montrent par exemple les figures 1A et 1B (et il en est de même pour les autres éléments de structure 20, 30, 40), ces seconds tendeurs 2 sont ici allongés parallèlement à la fibre neutre A1 du corps 11 de la poutre 10 et sont régulièrement répartis autour d'une fibre moyenne supérieure A3.
  • La traction totale exercée sur les seconds tendeurs 2 permet donc de comprimer le corps 11 de la poutre 10 selon la fibre moyenne supérieure A3.
  • Comme le montre la figure 1C, ces seconds tendeurs 2 exercent un effort de compression E2 sur le corps 11 de la poutre 10, qui s'ajoute à l'effort de compression E1. Cet effort de compression E2 génère des contraintes de compression réparties de manière homogène sur l'ensemble de la section du corps 11.
  • Comme le montrent par exemple les figures 1A et 1B, cette fibre moyenne supérieure A3 est située au-dessus de la fibre neutre A1, à une distance de celle-ci notée écart D2.
  • Comme le montre la figure 1C, du fait de cet écart D2, ces seconds tendeurs 2 exercent un moment de flexion M2 sur le corps 11 de la poutre 10, de sens opposé au moment de flexion M1. Ce moment de flexion M2 permet de faire fléchir le corps 11 vers le bas, si bien qu'il permet de compenser au moins en partie la flexion du corps 11 sous l'effet du moment de flexion M1.
  • Autrement formulé, ce moment de flexion M2 permet de simuler une charge sur la poutre 10 lorsque celle-ci n'est pas encore chargée. Le moyen de désactivation de chaque second tendeur 2 permettra ensuite, lorsque la poutre 10 commencera à être chargée, de relâcher le second tendeur 2 de manière à annuler le moment de flexion M2.
  • Grâce à l'invention, il est alors possible de maximiser les écarts D1 et D2 et les forces de traction exercées sur les premiers et seconds tendeurs 1, 2 tout en évitant une flexion trop importante du corps lorsque celui-ci n'est pas encore chargé, ce qui évite l'apparition de fissures dans le béton et ce qui évite d'excéder les limites de compression admissibles du béton.
  • Cette maximisation des écarts D1 et D2 et des forces de traction permet donc d'augmenter les valeurs des moments de flexion M1, M2. De cette manière, lorsque les seconds tendeurs 2 auront été extraits du corps 11, 21, 31, 41 de l'élément de structure (ce dernier ayant été progressivement chargé), le moment de flexion M1 permettra à l'élément de structure 10, 20, 30, 40 de supporter des charges plus lourdes que celles qu'il aurait pu supporter si l'écart D1 ou si l'effort exercé sur les premiers tendeurs 1 avait été moindre.
  • Le seul frein à ce procédé reste la limite de la tenue à la compression du béton, qu'il ne faut pas dépasser. C'est la raison pour laquelle on jouera davantage sur la maximisation des écarts D1 et D2 que sur l'accroissement des efforts de traction exercés sur les premiers et seconds tendeurs 1, 2.
  • Sur la figure 1C, la somme des efforts et moments exercés par les premiers et seconds tendeurs 1, 2 est noté C1.
  • Comme le montre la figure 1D, lorsque l'élément de structure 10, 20, 30, 40 est mis en charge, cette charge et le poids propre de l'élément de structure exercent un moment de flexion M3 qui s'ajoute à la somme C1 précitée.
  • En relâchant les seconds tendeurs 2, il est alors possible de supprimer l'effort de compression E2 et le moment de flexion M2 qui s'exerçaient sur l'élément de structure, de manière à compenser au moins partiellement le moment de flexion M3.
  • Alors, la somme des efforts et moments qui s'exercent sur l'élément de structure, notée C2 permet de faire en sorte que :
    • aucune contrainte de traction n'apparaît dans l'élément de structure, et
    • les contraintes de compression que subit l'élément de structure demeurent inférieures à la limite de compression du béton.
  • Dans une variante de l'invention où les extrémités des seconds tendeurs sont fixés de manière indémontable au corps de l'élément de structure, on peut prévoir de relâcher seulement les parties centrales de ces seconds tendeurs. On peut ainsi par exemple prévoir de découper les seconds tendeurs en leurs centres, de manière que leurs deux extrémités restent fixées au corps de l'élément de structure. Dans cette variante, les extrémités des seconds tendeurs permettront donc, après leur découpe, de continuer à exercer des efforts de compression et des moments de flexion au niveau des abouts du corps de l'élément de structure. Ces efforts et moments permettront alors de compenser les efforts que les premiers tendeurs exercent sur ces abouts.
  • On peut maintenant s'intéresser plus en détail au cas particulier de la poutre de section rectangulaire représentée sur les figures 1A et 1B.
  • Dans ce mode, le corps 11 de la poutre 10 présente une forme sensiblement parallélépipédique.
  • Les premiers tendeurs 1 sont entièrement noyés dans le béton du corps 11 de la poutre 10, à l'exception éventuelle de leurs extrémités qui peuvent faire saillie du corps. Ils sont donc inamovibles par rapport au corps de la poutre 10.
  • Les seconds tendeurs 2 sont quant à eux montés coulissants dans le corps 11 de la poutre 10. Comme le montre la figure 2B, les seconds tendeurs 2 sont à cet effet enfilés dans des gaines 4 coulées dans le béton, de telle manière que leurs extrémités débouchent aux deux extrémités du corps 11. Ces gaines 4, ici en matière plastique, évitent que le béton ne vienne s'accrocher aux seconds tendeurs 2.
  • Comme cela a été exposé supra, on pourra toutefois prévoir de noyer les extrémités des seconds tendeurs dans les abouts du corps de l'élément de structure.
  • En variante, comme le montre la figure 2A, on pourrait ne pas utiliser de gaine, auquel cas il faudrait prévoir de faire bouger les seconds tendeurs 2 (par exemple en les faisant pivoter sur eux-mêmes) pendant le séchage du béton, de manière que le béton n'adhère pas aux seconds tendeurs 2. Encore en variante, on pourrait appliquer sur les seconds tendeurs un produit empêchant l'adhésion du béton. On pourrait encore prévoir de placer les seconds tendeurs en dehors du béton, comme cela sera par exemple exposé en référence à la figure 4A.
  • Ici, comme le montre la figure 1B, les premiers tendeurs 1 sont répartis sur trois lignes et cinq colonnes. Le premier tendeur 1 qui est situé au centre de cette matrice s'étend donc selon la fibre moyenne inférieure A2.
  • Les seconds tendeurs 2 sont ici deux fois moins nombreux que les premiers tendeurs 1 et sont répartis les un par rapport aux autres sensiblement de la même manière que les premiers tendeurs. Le second tendeur 2 qui est situé au centre de cette matrice s'étend donc selon la fibre moyenne supérieure A3.
  • La fibre neutre A1, qui passe aux centres des sections transversales du corps 11, s'étend donc entre les fibres moyennes supérieure A3 et inférieure A2, à égales distances de celles-ci.
  • Comme cela a été exposé supra, chaque second tendeur 2 est fixé en deux points distincts au corps 11 de la poutre 10, par deux moyens de fixation, et il est prévu un moyen de désactivation pour relâcher chaque second tendeur 2.
  • En pratique, chaque second tendeur 2 est fixé par ses deux extrémités 2A aux deux extrémités du corps 11 de la poutre 10. De cette manière, ces extrémités 2A restent facilement accessibles depuis l'extérieur du corps 11.
  • Le moyen de désactivation est prévu pour permettre, sur chantier, de relâcher la tension du second tendeur 2.
  • Ce moyen de désactivation pourra se présenter de diverses manières.
  • Il pourra ainsi être intégré à l'un au moins des moyens de fixation 3 des extrémités 2A des seconds tendeurs 2 au corps 11 de la poutre 10.
  • Tel qu'il apparait sur la figure 2A, ce moyen de fixation 3 comporte une douille 3A qui est plaquée contre l'extrémité correspondante du corps 11 de la poutre 10 et qui loge intérieurement deux clavettes 3B.
  • La douille 3A présente une face extérieure cylindrique de révolution, et une face intérieure tronconique dont le sommet est tourné vers le corps 11.
  • Les clavettes 2B présentent globalement ensemble une forme de cylindre coupé en deux dans le sens de la longueur. Elles présentent chacune une face extérieure tronconique de forme correspondant à celle de la face intérieure de la douille 3A, et une face intérieure crantée.
  • Ces deux clavettes 2B forment ainsi une sorte de mâchoire qui, lorsqu'elles s'enfoncent dans la douille 3A vers le corps 11, permettent de bloquer rigidement l'extrémité 2A du second tendeur 2.
  • Dans ce mode de réalisation représenté sur la figure 2A, le moyen de désactivation précité est alors formé par les deux clavettes 3B. Ces deux clavettes 3B font en effet saillie à l'extérieur de la douille 3A, si bien qu'elles sont adaptées à être tirées mécaniquement à l'extérieur de la douille 3A de manière à relâcher l'extrémité 2A du second tendeur 2.
  • Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2B, le moyen de désactivation est fusible. En l'espèce, ce moyen de désactivation est formé par une couche de métal ou par une pâte non métallique qui recouvre l'extrémité 2A du second tendeur 2 (ou la face interne de la douille 3A ou des clavettes 3B), dont la température de fusion est relativement basse, et qui présente des caractéristiques mécaniques satisfaisantes. Il pourra ainsi s'agir d'une couche de zinc ou d'étain, puisque la température de fusion de ces matériaux est assez basse (inférieure à 450 °C, préférentiellement de l'ordre de 200 à 300°C) pour permettre sa fusion sur chantier, et que sa rigidité à température ambiante est suffisante pour assurer une bonne accroche du second tendeur 2.
  • En variante, le moyen de fixation amovible pourrait se présenter sous une autre forme.
  • Il pourrait ainsi se présenter sous la forme d'un manchon fileté fixé sur le second tendeur, qui viendrait se visser dans un écrou engagé dans l'extrémité de la gaine 4. Pour relâcher la compression exercée par le second tendeur sur le corps de la poutre, il suffirait alors de dévisser le manchon fileté de manière qu'il s'échappe de l'écrou.
  • Selon une autre variante, le moyen de fixation utilisé pourrait se présenter sous la forme d'une colle ou d'une pâte fusible. Il pourrait aussi se présenter sous la forme d'un manchon facilement destructible (par exemple par découpe), qui serait enfilé sur le second tendeur et qui serait en appui contre le corps.
  • Encore en variante, l'extrémité 2A du second tendeur 2 pourrait être enduite d'une couche de zinc ou d'étain et être directement scellée dans le béton. Ainsi, en chauffant la couche métallique, il sera possible de la faire fondre de telle sorte que le second tendeur 2 puisse s'échapper du béton et relâcher la compression et la flexion qu'il exerce sur le corps 11 de la poutre 10.
  • Quoi qu'il en soit, le second moyen de fixation, prévu pour bloquer l'autre extrémité du second tendeur 2, pourra également se présenter sous diverses formes.
  • Il sera préférentiellement amovible. De cette manière, le second tendeur 2 pourra être extrait du corps 11 de la poutre 10 et pourra être réutilisé sur d'autres poutres, ce qui réduira les coûts.
  • Il pourra ainsi se présenter sous la même forme que le premier moyen de fixation amovible. Il pourra aussi se présenter sous la forme d'un manchon qui sera enfilé et fixé sur le second tendeur et qui viendra simplement en appui contre le corps.
  • En variante, ce second moyen de fixation pourra fixer la seconde extrémité du second tendeur 2 de manière inamovible au corps 11 de la poutre 10, auquel cas le second tendeur 2 ne pourra pas être extrait du corps 11. Ainsi, on pourrait prévoir de noyer cette seconde extrémité du second tendeur 2 dans le béton du corps 11.
  • Comme le montre la figure 2C, on pourrait en variante prévoir que le moyen de désactivation se trouve non pas à l'une des extrémités du second tendeur 2, mais à distance de celles-ci. Dans cette variante, on pourra bloquer les extrémités 2A du second tendeur 2 au corps 11 de la poutre 10 de manière inamovible (ou non).
  • Dans cette variante, le second tendeur 2 est réalisé en deux parties 2C, 2D situées dans le prolongement l'une de l'autre et qui sont raccordées ensemble par un moyen de fixation 5.
  • Ce moyen de fixation 5 comporte un manchon 5A à l'intérieur duquel sont logées deux paires de clavettes 3B. Les clavettes 3B sont identiques à celles représentées sur la figure 2A. Le manchon 5A présente quant à lui une face intérieure qui présente deux parties tronconiques tournées dans des directions opposées.
  • Ici, les extrémités jointives des deux parties 2C, 2D du tendeur sont chacune revêtues d'un enduit en zinc ou en étain ou d'une autre matière qui représente des caractéristiques adéquates, dans lequel courre un fil de résistance.
  • Lorsque le second tendeur 2 est mis en traction (lors du moulage du corps 11 de la poutre 10), les clavettes 3B se déplacent vers les deux extrémités du manchon 5A, ce qui leurs permet de se refermer à la manière de deux mâchoires sur les extrémités jointives des deux parties 2C, 2D du second tendeur 2.
  • Pour désactiver ce second tendeur 2, il faudra alors alimenter en courant électrique le fil de résistance (depuis l'extérieur du corps 11 de la poutre 10), de manière que l'enduit fonde et que les extrémités jointives des deux parties 2C, 2D du second tendeur s'échappent hors du manchon 5A.
  • On peut maintenant donner un exemple précis de poutre 10 utilisable sur chantier.
  • La poutre pourra ainsi présenter une longueur de 7 mètres, une hauteur L2 de 60 centimètres, et une largeur L3 de 40 centimètres.
  • Les premiers tendeurs 1 pourront être répartis de telle manière que la fibre moyenne inférieure A2 s'étende à 6,8 centimètres de la face inférieure du corps 11 de la poutre 10.
  • Les seconds tendeurs 2 pourront être répartis de telle manière que la fibre moyenne supérieure A3 s'étende à 5 centimètres de la face supérieure du corps 11 de la poutre 10.
  • On pourra précontraindre cette poutre 10 grâce aux premiers tendeurs 1 avec un effort de compression E1 égal à 192 tonnes.
  • On pourra en outre précontraindre de manière provisoire cette poutre 10 grâce aux seconds tendeurs 2 avec un effort de compression E2 égal à 120 tonnes.
  • Sur la figure 3A, on a représenté un second mode de réalisation d'une poutre 20 selon l'invention.
  • Dans ce mode, le corps 21 de la poutre 20 présente une section transversale en I.
  • Comme le montre la figure 3B, le corps 21 de la poutre 20 présente donc deux semelles 23 parallèles entre lesquelles s'étend une paroi verticale 22.
  • Les premiers et seconds tendeurs 1, 2 s'étendent alors sur toute la longueur de la poutre 20, en parallèle les uns des autres.
  • Il est ici prévu cinq premiers tendeurs 1 noyés dans le béton de la semelle inférieure 23 du corps 21 de la poutre 20. Ces premiers tendeurs 1 sont ici encore régulièrement répartis sur la largeur de la poutre 20. Ainsi, lorsqu'ils compriment le corps 21 de la poutre 10, ils ne la déforment pas en torsion.
  • Ces cinq premiers tendeurs 1 sont situés à proximité de la face inférieure de la semelle inférieure 23. Ainsi, lorsqu'ils sont tendus, ils permettent de faire fléchir le corps 21 de la poutre 20 de telle sorte que le centre de la poutre se déplace vers le haut.
  • Il est en outre prévu trois seconds tendeurs 2, qui sont régulièrement répartis sur la largeur de la poutre 20. Les moyens de fixation des extrémités de ces seconds tendeurs 2 au corps 21 de la poutre 20 sont identiques à ceux décrits en référence aux figures 2B.
  • Sur les figures 4A et 4B, on a représenté un premier mode de réalisation d'une dalle 30 conforme à l'invention.
  • Dans ce mode, le corps 31 de la dalle 30 présente une forme globalement parallélépipédique. Sa fibre neutre A1 est donc confondue avec l'axe longitudinal central du corps 31.
  • Ici, les extrémités de la dalle 30 présentent toutefois, en saillie de la face supérieure du corps 31, des rebords 32. Ces deux rebords 32 longent les deux extrémités du corps 31. Ils délimitent entre eux une cavité 33 dans laquelle pourra être coulée une chape.
  • Les premiers et second tendeurs 1, 2 s'étendent sur toute la longueur de la dalle 30, en parallèle les uns des autres.
  • Il est ici prévu une pluralité de premiers tendeurs 1 noyés dans le béton du corps 31 de la dalle 30. Ces premiers tendeurs 1 sont ici encore régulièrement répartis sur la largeur de la dalle 30, sous la fibre neutre A1. Ils sont situés à proximité de la face inférieure du corps 31 de la dalle 30.
  • Il est en outre prévu des seconds tendeurs 2, qui sont régulièrement répartis sur la largeur de la dalle 30, au-dessus de la fibre neutre A1. Ces seconds tendeurs 2 traversent les deux rebords 32 du corps 31 de la dalle 30 de telle sorte que leurs extrémités font saillie de part et d'autre du corps 31 de la dalle 30. Une partie centrale de chacun des seconds tendeurs 2, qui s'étend entre ces deux rebords 32, est en revanche située dans la cavité 33, à l'extérieur du corps 31.
  • Ici, les seconds tendeurs 2 sont gainés sur l'ensemble de leur longueur, ce qui assure leur coulissement au travers des rebords 32 et ce qui garantie leur protection vis-à-vis de l'extérieur. Ces gaines sont en outre utiles lorsqu'une chape en béton est coulée dans la cavité 33, puisqu'elles évitent que le béton de la chape n'adhère aux seconds tendeurs 2.
  • En variante, on pourrait envisager que les seconds tendeurs 2 ne soient gainés que sur une partie de leur longueur, celle située dans la cavité 33. Les parties des seconds tendeurs qui traversent les rebords 32 seront quant à elles enduites de zinc ou d'étain et coulées dans le béton. Pour permettre de relâcher les efforts exercés par ces seconds tendeurs, il suffira alors de chauffer l'enduit en zinc ou en étain.
  • On pourrait encore en variante envisager que les seconds tendeurs 2 ne soient pas gainés, pour autant que la hauteur de la chape en béton à couler dans la cavité 33 soit suffisamment faible pour que, une fois cette chape coulée, les seconds tendeurs soient situés au-dessus de cette chape.
  • Les rebords 32 permettent d'excentrer les seconds tendeurs 2 à une grande distance de la fibre neutre A1 du corps 31. De cette manière, l'effort de traction exercé sur chacun des seconds tendeurs 2 peut être inférieur à celui exercé sur les premiers tendeurs 1. On peut ainsi utiliser ici des seconds tendeurs 2 d'un diamètre inférieur à celui des premiers tendeurs 1 ou diminuer le nombre de seconds tendeurs 2 utilisés.
  • Les moyens de fixation prévus aux extrémités de ces seconds tendeurs 2 sont ici encore identiques à ceux décrits en référence aux figures 1A, 1B et 2B.
  • Selon une variante de réalisation de la dalle, on aurait pu prévoir que le corps (31) soit dépourvu de rebord (32), auquel cas les seconds tendeurs seraient entièrement situés au travers du corps de la dalle.
  • Sur la figure 5A, on a représenté un second mode de réalisation de dalles 40 selon l'invention. Les dalles 40 représentées sur cette figure 5A ne diffèrent de la dalle 30 représentée sur les figures 4A et 4B que par le caractère alvéolé de leur corps 41.
  • Il est en effet connu d'utiliser des dalles 40 alvéolées, c'est-à-dire des dalles 40 dont le corps est creusé de conduits longitudinaux appelés alvéoles. Ces alvéoles permettent de réduire le poids de la dalle tout en préservant son épaisseur pour lui assurer une bonne rigidité.
  • Toutefois ici, comme le montrent les figures 4A et 4B, on préfèrera utiliser une dalle 30 dont le corps 31 est plein (par opposition à alvéolé).
  • En effet, pour une même section de dalle, la surface pleine de la section de la dalle est ici plus grande du fait de l'absence d'alvéoles. Par conséquent, la dalle est à même de subir des efforts de compression plus importants.
  • Il est ainsi possible d'exercer davantage d'efforts sur les premiers et seconds tendeurs 1, 2, de manière que la dalle 30 soit à même de supporter des moments de flexion plus importants.
  • On peut maintenant donner un exemple précis de dalle 30, 40 utilisable sur chantier.
  • La dalle pourra ainsi présenter une longueur de 9 mètres, une hauteur L2 de 20 centimètres, et une largeur L3 de 1,2 mètre.
  • Les premiers tendeurs 1 pourront être répartis de telle manière que la fibre moyenne inférieure A2 s'étende à 4 centimètres de la face inférieure du corps 31 de la dalle 30, 40.
  • Les seconds tendeurs 2 pourront être répartis de telle manière que la fibre moyenne supérieure A3 s'étende à 4 centimètres au-dessus de la face supérieure du corps 31 de la dalle 30, 40.
  • Considérons tout d'abord le cas où le corps 41 de la dalle 40 est alvéolé (figure 5).
  • On pourra précontraindre cette dalle 40 grâce aux premiers tendeurs 1 avec un effort de compression égal à 140 tonnes. On pourra en outre précontraindre de manière provisoire cette dalle 40 grâce aux seconds tendeurs 2 avec un effort de compression égal à 60 tonnes.
  • Le résultat sera que cette dalle 40 alvéolée pourra supporter des charges deux fois plus lourdes qu'une dalle alvéolée qui n'aurait pas été équipée de seconds tendeurs 2. Elle est en effet prévue pour supporter une précontrainte de 140 tonnes qui est bien supérieure à la précontrainte qu'on n'aurait pu appliquer en l'absence de seconds tendeurs (qui aurait été d'environ 82 tonnes).
  • Considérons maintenant le cas où le corps 31 de la dalle 30 est plein (figures 4A et 4B).
  • On pourra précontraindre cette dalle 30 grâce aux premiers tendeurs 1 avec un effort de compression égal à 192 tonnes. On pourra en outre précontraindre de manière provisoire cette dalle 30 grâce aux seconds tendeurs 2 avec un effort de compression égal à 96 tonnes.
  • Le résultat sera que cette dalle 30 pleine pourra supporter des charges trois fois plus lourdes qu'une dalle alvéolée qui n'aurait pas été équipée de seconds tendeurs 2. On comprend en effet qu'une dalle pleine peut emmagasiner davantage de précontrainte qu'une dalle alvéolée.
  • On peut maintenant décrire comment sont utilisées les poutres 10 et dalles 40 précitées, en référence aux figures 5A et 5B.
  • Les poutres 10 et dalles 40 sont préfabriquées en usine.
  • Leur processus de fabrication consiste à disposer les premiers et seconds tendeurs 1, 2 dans des moules (les seconds tendeurs étant ici déjà gainés et équipés de leurs manchons tronconiques 3), à appliquer une tension sur ces tendeurs, à couler du béton dans les moules, et à attendre la prise complète du béton. Après séchage du béton, les premiers et seconds tendeurs 1, 2 sont libérés, mettant ainsi les corps 11, 31 des poutres et dalles en compression longitudinale excentrée.
  • Les poutres 10 et dalles 40 sont ensuite sorties de leurs moules respectifs. Du fait des efforts exercés par les premiers et seconds tendeurs 1, 2, les corps 11, 31 n'ont pas tendance à se courber exagérément. Par conséquent, la sortie des poutres 10 et dalles 40 en dehors de leurs moules ne provoque pas de cintrage brusque des corps, ce qui évite l'apparition de fissures dans le béton.
  • Sur le chantier, on considérera ici qu'une structure initiale de l'ouvrage a déjà été assemblée. En l'espèce, des appuis 50 verticaux auront déjà été installés à distance les uns des autres.
  • La première opération consistera alors à installer deux poutres 10 en parallèles et à distance l'une de l'autre, chacune en porte-à-faux entre deux appuis 50 écartés l'un de l'autre. Pour cela, les extrémités de chaque poutre 10 seront posées sur des rebords 51 prévus sur ces appuis 50.
  • La seconde opération consistera à charger progressivement les deux poutres 10 en installant sur elles des dalles 40, les extrémités de chaque dalle 40 reposant respectivement sur les deux poutres 10.
  • La mise en place progressive des dalles sur les poutres 10 aura pour effet de faire ployer graduellement les poutres 10 vers le bas. Pour endiguer ce phénomène de flexion, les ouvriers pourront libérer progressivement les seconds tendeurs 2 des poutres 10 de manière que ces tendeurs cessent d'exercer un moment de flexion vers le bas sur les corps 11 des poutres 10. On pourra ainsi prévoir de libérer les seconds tendeurs 2 au fur et à mesure qu'on charge les poutres 10, de manière que les poutres 10 conservent toujours des meilleures formes (sensiblement rectilignes).
  • Une fois l'ensemble des dalles 40 mises en place, on pourra prévoir de recouvrir ces dernières par une chape de béton (également appelée « table de compression »).
  • Préalablement à cette opération, on pourra retirer tout ou partie des seconds tendeurs 2 présents dans les dalles 40. Si on souhaite extraire une partie de ces seconds tendeurs 2 au moment du coulage de la chape ou après la prise du béton, on pourra alors avantageusement utiliser des boîtes au niveau des extrémités des seconds tendeurs 2, afin de conserver un accès à ces extrémités.
  • La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.
  • En particulier, lorsque les dalles utilisées seront alvéolées, on pourra prévoir de placer les seconds tendeurs dans les alvéoles elles-mêmes, de manière à faciliter leur installation et leur extraction.
  • Selon une autre variante non représentée de l'invention, on pourrait utiliser, pour la construction d'un pont, une poutre du type de celle représentée sur les figures 3A et 3B, avec une longueur de 40 mètres, une section de 2,5 mètres de hauteur, un talon inférieur de 70 centimètres de largeur, un talon supérieur de 1,2 mètre de largeur, et une épaisseur d'âme de 24 centimètres. Le relâchement de seconds tendeurs permet d'obtenir un effet similaire à une seconde phase de précontrainte par post tension.

Claims (16)

  1. Elément de structure (10, 20, 30, 40) préfabriqué comportant :
    - un corps allongé (11, 21, 31, 41), et
    - au moins un premier tendeur (1) qui est fixé dans le corps allongé (11, 21, 31, 41) de telle manière qu'il est adapté à comprimer et faire fléchir le corps allongé (11, 21, 31, 41) dans une première direction,
    - -au moins un second tendeur (2) qui est fixé audit corps allongé (11, 21, 31, 41) de telle sorte qu'il est adapté à comprimer et faire fléchir le corps allongé (11, 21, 31, 41) dans une direction opposée à ladite première direction,
    caractérisé en ce que le au moins un second tendeur (2) est fixé en deux points distincts audit corps allongé (11, 21, 31, 41), et en ce qu'il est prévu un moyen de désactivation (3B) pour relâcher la compression et le fléchissement exercés sur le corps allongé (11, 21, 31, 41) par ledit second tendeur (2).
  2. Elément de structure (10, 20, 30, 40) selon la revendication 1, dans lequel le corps allongé (11, 21, 31, 41) présente deux abouts et chaque second tendeur (2) présente deux extrémités noyées dans les abouts du corps allongé (11, 21, 31, 41).
  3. Elément de structure (10, 20, 30, 40) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, le second tendeur (2) étant réalisé en deux parties (2C, 2D) qui sont situées dans le prolongement l'une de l'autre et qui sont raccordées l'une à l'autre par un moyen de fixation (5), ce moyen de fixation (5) comporte une partie amovible (3B ; 3C) qui forme ledit moyen de désactivation.
  4. Elément de structure (10, 20, 30, 40) selon la revendication 1, dans lequel, le second tendeur (2) étant fixé audit corps allongé (11, 21, 31, 41) par des moyens de fixation (3), l'un au moins desdits moyens de fixation (3) comporte une partie amovible (3B ; 3C) qui forme ledit moyen de désactivation.
  5. Elément de structure (10, 20, 30, 40) selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel ladite partie amovible (3C) est fusible.
  6. Elément de structure (10, 20, 30, 40) selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel ladite partie amovible (3B) est démontable.
  7. Elément de structure selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une partie centrale du second tendeur est accessible depuis l'extérieur du corps allongé pour être découpée ou cassée.
  8. Elément de structure selon la revendication précédente, dans lequel le second tendeur étant fixé audit corps allongé par ses extrémités, les moyens de désactivation sont uniquement adaptés à relâcher la compression et le fléchissement exercés sur le corps allongé par la partie centrale dudit second tendeur.
  9. Elément de structure (10, 20, 30, 40) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque second tendeur (2) est adapté à être entièrement ou partiellement extrait dudit corps allongé (11, 21, 31, 41).
  10. Elément de structure (10, 20, 30, 40) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque second tendeur (2) comporte un fil, un câble ou une barre métallique.
  11. Elément de structure (10, 20, 30, 40) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une partie centrale du second tendeur (2) est enfilée librement dans une gaine (4) fixée au corps allongé (11, 21, 31, 41).
  12. Elément de structure (10, 20, 30, 40) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une partie centrale du second tendeur (2) est située à l'extérieur du corps allongé (11, 21, 31, 41).
  13. Elément de structure (10, 20, 30, 40) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le corps est formé par une poutre (11, 21) en béton ou par une dalle (31, 41) en béton.
  14. Procédé de construction d'un ouvrage, comportant des étapes :
    a) d'installation d'une structure initiale (50),
    b) de fixation d'un élément de structure (20) conforme à l'une des revendications précédentes à ladite structure initiale (50), chaque premier tendeur (1) étant à cette étape fixé dans le corps allongé (11, 21, 31, 41) de telle manière qu'il comprime et fléchit le corps allongé (11, 21, 31, 41) dans une première direction, et chaque second tendeur (2) de cet élément de structure (20) étant fixé en deux points distincts audit corps allongé (11, 21, 31, 41) de telle sorte qu'il comprime et fléchit le corps allongé (11, 21, 31, 41) dans une direction opposée à ladite première direction,
    c) d'installation d'une structure postérieure (40) sur ledit élément de structure (20), de telle sorte que ledit élément de structure (20) est mis en charge,
    d) de désactivation de chaque second tendeur (2) dudit élément de structure (20) pour relâcher la compression et la flexion exercées par le second tendeur (2) sur le corps allongé (21) dudit élément de structure (20), en supprimant cette compression et cette flexion.
  15. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les étapes c) et d) sont opérées de manière concomitante.
  16. Procédé selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel, ladite structure postérieure comportant au moins un élément de structure (40) selon l'une des revendications 1 à 13, les étapes c) et d) sont suivies des étapes :
    e) d'ajout d'une chape ou d'une table de compression ou d'une charge de poids permanente sur ladite structure postérieure, et
    f) de désactivation de chaque second tendeur (2) de l'élément de structure (40) de ladite structure postérieure (40) pour relâcher la compression et la flexion exercées par le second tendeur (2) sur le corps allongé (41) dudit élément de structure (40).
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