EP3800304A1 - Tige d'armature pour un élément structurel en béton armé, assemblage d'éléments structurels, et procédé de fabrication d'un assemblage d'éléments structurels - Google Patents

Tige d'armature pour un élément structurel en béton armé, assemblage d'éléments structurels, et procédé de fabrication d'un assemblage d'éléments structurels Download PDF

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Publication number
EP3800304A1
EP3800304A1 EP20199795.4A EP20199795A EP3800304A1 EP 3800304 A1 EP3800304 A1 EP 3800304A1 EP 20199795 A EP20199795 A EP 20199795A EP 3800304 A1 EP3800304 A1 EP 3800304A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
anchoring
chamber
structural element
reinforced concrete
concrete
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20199795.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Romain MEGE
Omar AL MANSOURI
Thierry GUILLET
Nicolas PINOTEAU
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre Scientifique et Technique du Batiment CSTB
Original Assignee
Centre Scientifique et Technique du Batiment CSTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre Scientifique et Technique du Batiment CSTB filed Critical Centre Scientifique et Technique du Batiment CSTB
Publication of EP3800304A1 publication Critical patent/EP3800304A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/01—Reinforcing elements of metal, e.g. with non-structural coatings
    • E04C5/02—Reinforcing elements of metal, e.g. with non-structural coatings of low bending resistance
    • E04C5/03—Reinforcing elements of metal, e.g. with non-structural coatings of low bending resistance with indentations, projections, ribs, or the like, for augmenting the adherence to the concrete
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/38—Connections for building structures in general
    • E04B1/48—Dowels, i.e. members adapted to penetrate the surfaces of two parts and to take the shear stresses
    • E04B1/483—Shear dowels to be embedded in concrete

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of reinforcing rods for a structural element made of reinforced concrete, and more particularly to the field of assemblies of structural elements.
  • the invention also relates to a method of manufacturing an assembly of structural elements.
  • reinforcing rods for a reinforced concrete structural element comprising an anchoring end intended to be fixed in an anchoring chamber of a first reinforced concrete structural element, and in the extension of the end, a connecting part intended to be embedded in a second structural element in reinforced concrete.
  • Assemblies using such a rod are bonded together via a polymer adhesive.
  • the rod is embedded in the concrete of the second structural element and the anchoring chamber of the first structural element is filled with an adhesive material, the composition of which may depend on the constraints of the assembly. Then, the rod is inserted and the curing of the adhesive ensures the adhesion between the rod and the first concrete element.
  • the invention relates to a reinforcing rod for a structural element made of reinforced concrete, the anchoring end of which has a bent shape.
  • This angled or arched shape improves the tensile strength of the anchored part of the anchor.
  • a rod according to the invention has an anchoring depth, measured perpendicularly to the surface of the concrete of the first structural element less than the anchoring depth of the straight rod.
  • the anchoring end has a substantially circular section.
  • Rods with a substantially circular section are particularly well suited to forming the reinforcements of a concrete element.
  • the angled or arcuate anchoring end has a radius of curvature of between two and four times its diameter, preferably between two and a half and three times its diameter. This characteristic of curvature makes it possible to obtain very effective results as regards the resistance to tearing of an assembly using a reinforcing rod according to the invention.
  • the bent anchoring end extends over an angular sector of between 30 ° and 90 °, preferably 45 °.
  • Such a curvature configuration makes it possible to optimize the resistance characteristics without making it difficult to use the anchor rod according to the invention, in particular as regards the introduction of the bent end into the reservation defining the chamber. anchoring of the first structural element.
  • the rod is made of steel.
  • the rod is made from a High Adhesion (HA) reinforcing steel.
  • HA High Adhesion
  • the use of High Adhesion reinforcing steel improves the adhesion of the rod with the concrete.
  • Reinforcing bars with properties compatible with the concrete Eurocode are targeted (NF EN 1992-1-1). These are in particular HA bars with ductility classes A, B, C and characteristic yield strengths between 400 and 600 MPa.
  • the embedded part is curved leads to a distribution of forces along the anchoring, different from that existing in the case of a straight anchoring. Indeed, the binding adhesion remains with the same value as for a straight end. There is also a friction effect, known as the “belt effect” due to the curvature.
  • the adhesive material comprises a polymer resin.
  • Polymeric adhesives are commonly used in this type of assembly, commonly referred to as chemical anchors.
  • the polymer adhesive can be specially developed according to the materials and the constraints imposed by the assembly.
  • the adhesive material comprises mortar.
  • a mortar as a sealing element is possible for certain types of constraints linked to the assembly of structural elements.
  • the diameter of the anchoring end is between 8 and 16 mm.
  • the anchoring chamber has a diameter greater than that of the end of the reinforcement, ranging from 4 to 10 mm. Such a configuration makes it possible to obtain good mechanical characteristics of the anchorage produced.
  • the insert is made from a friable material.
  • a friable material can thus be broken up during its removal to free the reservation.
  • the friable material can be, for example, a polymer foam, expanded polystyrene or any other suitable friable material supporting the humidity of the concrete before it sets.
  • the chamber is drilled in the first reinforced concrete element.
  • the average fiber or neutral fiber of the rod 1 according to the invention is represented by dashed lines.
  • the lengths are represented by dotted or mixed arrows.
  • the invention aims to provide a reinforcing rod 1, as illustrated in figure 1 , allowing the assembly 2 of two structural elements 3, 4 in reinforced concrete.
  • a reinforcing rod 1 according to the invention has an anchoring end 5 intended to be fixed in an anchoring chamber 6 of a first structural element 3, and in the extension of the end, a connecting part 7 intended to be embedded in a second structural element 4 possibly being linked to the rest of the reinforcement of the second structural element.
  • the anchoring end 5 of the rod 1 has a bent shape, also called a curved or arched shape.
  • the reinforcing rod 1 has a substantially rectilinear connecting portion 7 and an anchoring end 5 of bent shape.
  • the latter has a circular section and is similar to a reinforcing bar with a diameter D of between 8 and 16 mm, one end of which has a curved shape.
  • Hv represents the anchoring depth of the average fiber of the rod 1 represented by a dashed line, that is to say the length intended to be embedded in the concrete.
  • Lef represents the useful anchoring length of the rod 1 on which the resistance of the anchoring is exerted. Lef is defined in the figures at the level of the average fiber of rod 1.
  • the radius of curvature Rc is defined with respect to the average fiber of the rod 1.
  • the radius of curvature Rc of the arcuate end is between 2 and 4 times the diameter of the rod 1 , preferably between 2.5 and 3 times.
  • the radius of curvature Rc of its anchoring end 5 will be between 16 and 32 mm, preferably between 20 and 24 mm.
  • the radius of curvature Rc of its anchoring end 5 will be between 24 and 48 mm, preferably between 30 and 36 mm.
  • the radius of curvature Rc of its anchoring end 5 will be between 28 and 56 mm, preferably between 35 and 42 mm.
  • the radius of curvature Rc of its anchoring end 5 will be between 32 and 64 mm, preferably between 40 and 48 mm.
  • the invention is obviously not limited to its only examples of dimensions.
  • the invention also relates to a rod of polygonal section or of free form.
  • the radius of curvature Rc defined with respect to the average fiber of the rod 1 is approximately equal to three times the diameter D of the rod 1.
  • the curved anchoring end 5 of the rod 1 according to the invention extends over an angular sector ⁇ between 30 ° and 90 °, preferably 45 ° as illustrated in figure 1 .
  • a reinforcing rod 1 according to the invention can be produced from all known steel grades. As this is a rod 1 intended to form at least part of the reinforcement of a structural element made of reinforced concrete, a steel of the type used for high adhesion reinforcing bars is preferred.
  • An assembly 2 of structural elements according to the invention and illustrated in figures 2 and 3 comprises a first 3 and a second 4 structural elements made of reinforced concrete, that is to say that these structural elements 3, 4 each comprise a metal frame 26, 27 on which the concrete has been poured.
  • the first structural element 3 is a post to which is fixed a second structural element 4 in the form of a beam.
  • the first structural element 3 comprises an anchoring chamber 6 having a shape complementary to that of the anchoring end 5 of the rod 1.
  • the anchoring chamber 6 itself also has a substantially circular section and its diameter is substantially 0.4 mm greater than that of the anchoring end 5 of the rod 1. The anchoring end 5 is then perfectly engaged in the adhesive material filling the anchoring chamber 6.
  • the anchor depth Hv and the anchor length Lef are equal.
  • these two depths do not have the same value.
  • the anchor length Lef is greater than the corresponding anchor depth Hv measured perpendicular to the external surface of the concrete between the latter and the end of the reinforcing rod 1 according to the invention.
  • the fact that the embedded part is curved leads to a different distribution of forces along the anchor from that resulting from a straight anchor. Indeed, the bond of adhesion remains with the same value as for a straight bar.
  • the anchoring length Lef of the rod 1 directly impacts the dimension of the anchoring chamber 6.
  • the anchoring according to the invention visible at figures 2 and 3 therefore mobilizes less material in the structural element 3 than a straight anchor.
  • the anchoring length Lef of the rod 1 is greater than the anchoring depth Hv, a straight anchoring would therefore mobilize an anchoring depth greater than that used according to the invention.
  • the figure 4 illustrates a formwork 20 for producing a first structural element 3 comprising an anchoring chamber 6 of complementary shape to that of the anchoring end 5 of the rod 1.
  • the corresponding formwork 20 is produced by means of four wooden boards. These wooden boards can be held in position by wedges 22 and strapping, not shown.
  • the formwork 20 can be produced by means of other techniques.
  • the formwork 20 of the first structural element 3 is produced with an insert 25 of bent shape, defining the particular reservation of the structural element 3 in concrete.
  • the insert 25 shown on figure 5 can be made from a foam form or using any other friable material.
  • a metal frame 26 is placed in the formwork 20 as visible at the figure 4 .
  • the concrete is poured into the formwork 20. And, after the setting time necessary for the hardening of the concrete, the formwork 20 is removed and the insert 25 is removed or destroyed, so as to obtain a first structural element 3 made of concrete. armed with an elbow-shaped reservation. The reservation is cleaned to obtain the desired elbow chamber 6.
  • the bent chamber 6 of the first element 3 can also be produced on a set or solidified concrete element. To this end, the reinforced concrete element is drilled. There are various methods for crafting a bent chamber.
  • the figure 7 illustrates a formwork 21 for producing a second structural element 4 which will comprise a rod 1 according to the invention.
  • the connecting part 7 of the rod 1 of the invention is intended to be embedded in the second structural element 4 made of concrete.
  • the implementation of the second structural element 4 in reinforced concrete is similar to the first.
  • a second formwork 21 is mounted to obtain the shape of the desired second element 4, it is held by means of wedges 22.
  • a metal frame 27 is placed in this second formwork 21 as well as a reinforcing rod 1 according to the invention.
  • the reinforcing rod 1 is an integral part of the metal reinforcement of the second structural element 4.
  • the anchoring end 5 of the rod 1 is left outside the formwork 21.
  • the aforementioned reservation defining the anchoring chamber 6 of the first structural element 3 is filled with an adhesive material.
  • the adhesive material can be specially designed according to the mechanical constraints of the assembly 2 of structural elements.
  • the polymer resins used are structural adhesives marketed on the market for an application of steel anchors in concrete. Manufacturers supply the polymer resin, generally in the form of a two-component thermosetting adhesive, i.e. the mother resin and the hardener, as well as the installation method including the instruments used, the hole cleaning procedure, the thickness of the joint.
  • the adhesives used are generally based on epoxy or vinyl ester processes, with the possible addition of inorganic products such as mortar.
  • the two structural elements can then be brought together before the curing time of the adhesive material.
  • the anchoring end 5 of the second structural element 4 is inserted into the anchoring chamber 6 of the first structural element 3, in the middle of the adhesive material. And, after the necessary curing time, assembly 2 is operational.
  • a first structural element 3 made of reinforced concrete is manufactured with an anchoring chamber 6 of bent shape.
  • a reinforcing rod 1 according to the invention is also implemented.
  • the anchoring end 5 of the reinforcing rod 1 is sealed in the anchoring chamber 6 of the first structural member 3 by means of an adhesive material.
  • a horizontal formwork 21 as well as a reinforcement 27 are implemented. This formwork 21 is placed such that the connecting part of the rod 1 is placed inside.
  • the rod 1 can be connected to the frame 27 in the formwork 21.
  • the concrete is poured in situ in the formwork 21 in order to constitute the second structural element 4 around the rod 1 previously fixed to the first structural element 3.
  • anchor rod 1 according to the invention An experimental validation was carried out to demonstrate the relevance of an anchor rod 1 according to the invention. Tensile tests were carried out with anchor rods according to the invention, made from High Adhesion reinforcement bars. In the context of these tests, anchor rods 1 according to the invention were inserted into reservations of a concrete load-bearing element previously filled with a polymer resin.
  • the test is carried out as follows: a tensile loading is applied by a hydraulic jack at the head of the anchor. This loading is controlled by a constant displacement speed until failure. Failure is characterized by reaching a maximum load. The rupture must take place between 1 and 3 minutes from the start of the test.
  • the anchor can be pre-loaded to 1 kN in order to avoid the oscillation of the measurements at the start of the test.
  • a displacement sensor was positioned at the head of the outgoing part of the concrete from the anchor in order to measure its displacement.
  • a force sensor connected to the cylinder ensured the applied force measurement.
  • a straight profile with an anchoring depth of 48 mm induces a normalized mean force of 39.26 kN, while a curved profile according to the invention with an anchoring depth of 41.3 mm and a radius of curvature Rc of 31 mm, the normalized mean force is 42.64 kN.
  • a straight profile with an anchoring depth of 64 mm induces a normalized average force of 35.17 kN, while a curved profile according to the invention with an anchoring depth of 55.4 mm , the normalized mean force is 56.41 kN.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne une tige d'armature (1) pour un élément structurel en béton armé comprenant une extrémité d'ancrage (5) destinée à être fixée dans une chambre d'ancrage (6) d'un premier élément structurel (3) en béton armé, et dans le prolongement de l'extrémité, une partie de liaison (7) destinée à être noyée dans un deuxième élément structurel (4) en béton armé. Selon l'invention, l'extrémité d'ancrage (5) présente une forme coudée. L'invention concerne également un assemblage (2) d'éléments structurels comprenant :- un premier élément structurel (3) en béton armé comprenant une chambre d'ancrage (6),- un deuxième élément structurel (4) en béton disposé en vis-à-vis du premier élément structurel (3), ledit deuxième élément (4) comprenant une armature (27) comprenant une tige d'armature (1) selon l'une des revendications 1 à 6, ladite chambre d'ancrage (6) est remplie en partie d'un matériau adhésif qui lie l'extrémité d'ancrage (5) aux parois de la chambre d'ancrage (6),Selon l'invention, la chambre d'ancrage (6) présente une forme coudée complémentaire à l'extrémité d'ancrage (5).L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un assemblage d'éléments structurels comprenant les étapes suivantes :- mise en œuvre d'un premier élément structurel (3) en béton armé comprenant une chambre coudée (6),- injection d'un matériau adhésif dans la chambre coudée (6) du premier élément en béton,- mise en œuvre d'un deuxième élément en béton (4) comprenant une armature (27) comprenant une tige d'armature (1) selon l'une des revendications 1 à 6, l'extrémité d'ancrage (5) présentant une forme complémentaire à celle de la chambre (6),- insertion de l'extrémité d'ancrage (5) dans la chambre (6), et- attente du temps de cure du matériau adhésif.

Description

  • La présente invention concerne le domaine technique des tiges d'armature pour un élément structurel en béton armé, et plus particulièrement le domaine des assemblages d'éléments structurels. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un assemblage d'éléments structurels.
  • Dans le domaine ci-dessus, sont connues des tiges d'armature pour un élément structurel en béton armé comprenant une extrémité d'ancrage destinée à être fixée dans une chambre d'ancrage d'un premier élément structurel en béton armé, et dans le prolongement de l'extrémité, une partie de liaison destinée à être noyée dans un deuxième élément structurel en béton armé. Des assemblages utilisant une telle tige sont fixés par collage via un adhésif polymère. En effet, la tige est noyée dans le béton du deuxième élément structurel et la chambre d'ancrage du premier élément structurel est remplie par un matériau adhésif dont la composition peut dépendre des contraintes de l'assemblage. Puis, la tige est insérée et la cure de l'adhésif permet d'assurer l'adhérence entre la tige et le premier élément en béton.
  • Cependant de tels assemblages peuvent être améliorés pour augmenter leur résistance, et notamment la résistance de la partie ancrée de l'ancrage installé dans l'élément porteur. Il est donc apparu le besoin de proposer une alternative aux tiges d'armature rectilignes existantes.
  • A cet effet, l'invention concerne une tige d'armature pour un élément structurel en béton armé dont l'extrémité d'ancrage présente une forme coudée. Cette forme coudée ou arquée permet d'améliorer la résistance à la traction de la partie ancrée de l'ancrage. En effet, par rapport à une tige d'ancrage droite commune et pour une résistance à la traction et l'arrachement équivalente, une tige selon l'invention possède une profondeur d'ancrage, mesurée perpendiculairement par rapport à la surface du béton du premier élément structurel inférieure à la profondeur d'ancrage de la tige droite.
  • Selon une caractéristique de l'invention, l'extrémité d'ancrage possède une section sensiblement circulaire. Les tiges à section sensiblement circulaire sont particulièrement bien adaptées pour former les armatures d'un élément en béton.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, l'extrémité d'ancrage coudée ou arquée présente un rayon de courbure compris entre deux et quatre fois son diamètre, de préférence compris entre deux fois et demi et trois fois son diamètre. Cette caractéristique de courbure permet d'obtenir des résultats très efficaces quant à la résistance à l'arrachement d'un assemblage utilisant une tige d'armature selon l'invention.
  • Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'extrémité d'ancrage coudée s'étend sur un secteur angulaire compris entre 30° et 90°, de préférence 45°. Une telle configuration de courbure permet d'optimiser les caractéristiques de résistance sans rendre difficile la mise en œuvre de la tige d'ancrage selon l'invention, notamment en ce qui concerne l'introduction de l'extrémité coudée dans la réservation définissant la chambre d'ancrage du premier élément structurel.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, la tige est en acier.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, la tige est réalisée dans un acier de renforcement Haute Adhérence (HA). La mise en œuvre d'acier de renforcement Haute Adhérence permet d'améliorer l'adhérence de la tige avec le béton. Les barres d'armatures présentant des propriétés compatibles avec l'Eurocode béton sont visées (NF EN 1992-1-1). Il s'agit notamment des barres HA possédant des classes de ductilité A, B, C et des limites d'élasticité caractéristiques entre 400 et 600 MPa.
  • L'invention concerne également un assemblage d'éléments structurels comprenant :
    • un premier élément structurel en béton armé comprenant une chambre d'ancrage,
    • un deuxième élément structurel en béton disposé en vis-à-vis du premier élément structurel, ledit deuxième élément comprenant une armature comprenant une tige d'armature selon l'invention, ladite chambre d'ancrage est remplie en partie d'un matériau adhésif qui lie l'extrémité d'ancrage aux parois de la chambre d'ancrage. Selon l'invention, la chambre d'ancrage présente une forme coudée complémentaire à l'extrémité d'ancrage. La mise en œuvre de tige d'armature ayant une extrémité d'ancrage courbée, arquée ou coudée permet, d'une part, d'améliorer la résistance de la partie ancrée, et, d'autre part, de limiter la profondeur d'ancrage dans le premier élément structurel en béton armé, mesurée perpendiculairement par rapport à la surface du béton du premier élément structurel.
  • Le fait que la partie encastrée soit courbée conduit à une distribution d'efforts le long de l'ancrage, différente de celle existant dans le cas d'un ancrage droit. En effet, la liaison d'adhérence subsiste avec la même valeur que pour une extrémité droite. Il s'y ajoute un effet de frottement, dit « effet de courroie » dû à la courbure.
  • Selon une caractéristique de l'invention, le matériau adhésif comprend une résine polymère. Des adhésifs polymères sont couramment utilisés dans ce type d'assemblage, appelés communément ancrages chimiques. L'adhésif polymère peut être développé spécialement en fonction des matériaux et des contraintes imposés par l'assemblage.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, le matériau adhésif comprend du mortier. L'emploi d'un mortier comme élément de scellement est possible pour certains types de contraintes liées à l'assemblage d'éléments structurels.
  • Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le diamètre de l'extrémité d'ancrage est compris entre 8 et 16 mm.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, la chambre d'ancrage possède un diamètre supérieur à celui de l'extrémité d'armature, allant de 4 à 10 mm. Une telle configuration permet d'obtenir de bonnes caractéristiques mécaniques de l'ancrage réalisé.
  • L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un assemblage d'éléments structurels comprenant les étapes suivantes :
    • mise en œuvre d'un premier élément structurel en béton armé comprenant une chambre coudée,
    • injection d'un matériau adhésif dans la chambre coudée du premier élément en béton,
    • mise en œuvre d'un deuxième élément en béton comprenant une armature comprenant une tige d'armature selon l'invention, l'extrémité d'ancrage présentant une forme complémentaire à celle de la chambre,
    • insertion de l'extrémité d'ancrage dans la chambre, et
    • attente du temps de cure du matériau adhésif.
  • Selon une caractéristique de l'invention, le procédé comprend les étapes supplémentaires suivantes pour l'obtention d'un premier élément en béton armé comprenant une chambre coudée :
    • mise en œuvre d'un coffrage comprenant un insert de forme complémentaire à celle de l'extrémité d'ancrage créant ainsi une réservation définissant une chambre coudée apte à recevoir l'extrémité d'ancrage,
    • disposition d'une armature d'acier dans ledit coffrage,
    • coulage du premier élément en béton sur l'armature d'acier,
    • attente du temps de prise du premier élément en béton armé,
    • retrait du coffrage et de l'insert.
  • Selon une caractéristique de l'invention, l'insert est réalisé à partir d'un matériau friable. Un tel matériau friable peut ainsi être désagrégé lors de son retrait pour libérer la réservation. Le matériau friable peut être par exemple une mousse polymère, du polystyrène expansé ou tout autre matériau friable adapté supportant l'humidité du béton avant sa prise.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, la chambre est percée dans le premier élément en béton armé.
  • Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
  • De plus, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes, non limitatives, de réalisation de l'invention et où :
    • [Fig. 1] est une vue en coupe axiale schématique d'une tige d'armature selon l'invention,
    • [Fig. 2] est une vue en coupe schématique d'un assemblage de deux éléments structurels selon l'invention,
    • [Fig. 3] est une vue en coupe du détail d'assemblage de deux éléments structurels selon l'invention,
    • [Fig. 4] est une vue en coupe d'un coffrage permettant d'obtenir un premier élément structurel d'un assemblage selon l'invention,
    • [Fig. 5] est une vue en coupe d'un détail du coffrage visible à la figure 4,
    • [Fig. 6] est une vue d'un premier élément structurel obtenu à partir du coffrage visible à la figure 4, et
    • [Fig. 7] est une vue en coupe d'un coffrage permettant d'obtenir un deuxième élément structurel d'un assemblage selon l'invention.
  • Il est à noter que sur ces figures, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références.
  • La fibre moyenne ou fibre neutre de la tige 1 selon l'invention est représentée par des traits mixtes. Les longueurs sont représentées par des traits pointillés ou mixtes fléchés.
  • L'invention vise à proposer une tige d'armature 1, telle qu'illustrée à la figure 1, permettant l'assemblage 2 de deux éléments structurels 3,4 en béton armé. Une tige d'armature 1 selon l'invention possède une extrémité d'ancrage 5 destinée à être fixée dans une chambre d'ancrage 6 d'un premier élément structurel 3, et dans le prolongement de l'extrémité, une partie de liaison 7 destinée à être noyée dans un deuxième élément structurel 4 en étant éventuellement liée au reste de l'armature du deuxième élément structurel. Selon l'invention, l'extrémité d'ancrage 5 de la tige 1 possède une forme coudée, encore appelée forme courbe ou arquée.
  • Selon l'exemple illustré à la figure 1, la tige d'armature 1 possède une partie de liaison 7 sensiblement rectiligne et une extrémité d'ancrage 5 de forme coudée.
  • Selon une forme de réalisation de la tige 1, celle-ci est de section circulaire et elle s'apparente à une barre de renforcement avec un diamètre D compris entre 8 et 16 mm dont une extrémité présente une forme courbée.
  • Sur la figure 1, Hv représente la profondeur d'ancrage de la fibre moyenne de la tige 1 représentée par un trait mixte, c'est-à-dire la longueur destinée à être encastrée dans la béton. Lef représente la longueur d'ancrage utile de la tige 1 sur laquelle la résistance de l'ancrage s'exerce. Lef est définie sur les figures au niveau de la fibre moyenne de la tige 1.
  • Sur les figures, le rayon de courbure Rc est défini par rapport à la fibre moyenne de la tige 1. Selon l'invention, le rayon de courbure Rc de l'extrémité arquée est compris entre 2 et 4 fois le diamètre de la tige 1, de préférence entre 2.5 et 3 fois. Ainsi, pour une tige 1 de diamètre 8 mm, le rayon de courbure Rc de son extrémité d'ancrage 5 sera compris entre 16 et 32 mm, de préférence entre 20 et 24 mm. Pour une tige 1 de diamètre égale à 12 mm, le rayon de courbure Rc de son extrémité d'ancrage 5 sera compris entre 24 et 48 mm, de préférence entre 30 et 36 mm. Pour une tige 1 de diamètre égale à 14 mm, le rayon de courbure Rc de son extrémité d'ancrage 5 sera compris entre 28 et 56 mm, de préférence entre 35 et 42 mm. Pour une tige 1 de diamètre égale à 16 mm, le rayon de courbure Rc de son extrémité d'ancrage 5 sera compris entre 32 et 64 mm, de préférence entre 40 et 48 mm. L'invention ne se limite évidemment pas à ses seuls exemples de dimension. De même, l'invention porte également sur une tige à section polygonale ou de forme libre.
  • Selon l'exemple de réalisation illustré à la figure 1, le rayon de courbure Rc défini par rapport à la fibre moyenne de la tige 1 est environ égal à trois fois le diamètre D de la tige 1.
  • Par ailleurs, l'extrémité d'ancrage 5 courbe de la tige 1 selon l'invention s'étend sur un secteur angulaire α compris entre 30° et 90°, de préférence 45° tel qu'illustré à la figure 1.
  • Une tige d'armature 1 selon l'invention peut être réalisée à partir de toutes les nuances d'acier connues. S'agissant d'une tige 1 destinée à former au moins en partie l'armature d'un élément structurel en béton armé, un acier du type de celui utilisé pour les barres d'armature Haute Adhérence est privilégié.
  • Pour fabriquer une telle tige d'armature 1 selon l'invention, il est par exemple possible de procéder au cintrage d'un segment d'une barre de Haute Adhérence afin d'obtenir une extrémité courbée.
  • Un assemblage 2 d'éléments structurels selon l'invention et illustré aux figures 2 et 3 comprend un premier 3 et un deuxième 4 éléments structurels en béton armé, c'est-à-dire que ces éléments structurels 3,4 comprennent chacun une armature métallique 26,27 sur laquelle le béton a été coulé. Selon cette forme de réalisation, le premier élément structurel 3 est un poteau auquel est fixé un deuxième élément structurel 4 sous la forme d'une poutre. Ces deux formes illustrent un assemblage d'éléments structurels, mais ne sont pas limitatives pour l'invention.
  • Ces deux éléments structurels 3,4 sont fixés l'un à l'autre grâce à une tige d'armature 1 selon l'invention. A cette fin, le premier élément structurel 3 comprend une chambre d'ancrage 6 possédant une forme complémentaire à celle de l'extrémité d'ancrage 5 de la tige 1.
  • Selon une forme de réalisation dans laquelle la tige 1 possède une section sensiblement circulaire, la chambre d'ancrage 6 a elle aussi une section sensiblement circulaire et son diamètre est supérieur de sensiblement 0.4 mm à celui de l'extrémité d'ancrage 5 de la tige 1. L'extrémité d'ancrage 5 est alors parfaitement en prise dans le matériau adhésif remplissant la chambre d'ancrage 6.
  • Pour le cas d'un ancrage droit, la profondeur d'ancrage Hv et la longueur d'ancrage Lef sont égales. Cependant, pour le cas d'un ancrage courbe selon l'invention, ces deux profondeurs n'ont pas la même valeur. En effet, en raison de la courbure, la longueur d'ancrage Lef est plus grande que la profondeur d'ancrage Hv correspondante mesurée perpendiculairement à la surface externe du béton entre cette dernière et l'extrémité de la tige d'armature 1 selon l'invention. Or c'est la longueur d'ancrage efficace Lef qui contribue à la résistance à la traction de l'ancrage. De plus, le fait que la partie encastrée soit courbée, conduit à une distribution différente d'efforts le long de l'ancrage de celle résultant d'un ancrage droit. En effet, la liaison d'adhérence subsiste avec la même valeur que pour une barre droite. Il s'y ajoute un effet de frottement dit « effet de courroie » dû à la courbure.
  • La longueur d'ancrage Lef de la tige 1 impacte directement la dimension de la chambre d'ancrage 6. L'ancrage selon l'invention visible aux figures 2 et 3, mobilise donc moins de matière dans l'élément structurel 3 qu'un ancrage droit. La longueur d'ancrage Lef de la tige 1 est supérieure à la profondeur d'ancrage Hv, un ancrage droit mobiliserait donc une profondeur d'ancrage supérieure à celle utilisée selon l'invention.
  • Pour mettre en œuvre les éléments structurels 3,4 de l'assemblage 2 conforme à l'invention, deux coffrages 20,21 sont réalisés et illustrés aux figures 4 et 7.
  • La figure 4 illustre un coffrage 20 pour réaliser un premier élément structurel 3 comprenant une chambre d'ancrage 6 de forme complémentaire à celle de l'extrémité d'ancrage 5 de la tige 1.
  • Selon cet exemple illustré correspondant à un premier élément structurel 3 sous la forme d'un poteau, le coffrage 20 correspondant est réalisé au moyen de quatre planches en bois. Ces planches en bois peuvent être maintenues en position par des cales 22 et un cerclage non représenté. Le coffrage 20 peut être réalisé au moyen d'autres techniques.
  • Afin de mettre en œuvre l'invention, le coffrage 20 du premier élément structurel 3 est réalisé avec un insert 25 de forme coudée, définissant la réservation particulière de l'élément structurel 3 en béton. L'insert 25 illustré à la figure 5 peut être réalisé à partir d'une forme en mousse ou au moyen de tout autre matériau friable.
  • Une armature métallique 26 est placée dans le coffrage 20 tel que visible à la figure 4.
  • Ensuite, le béton est coulé dans le coffrage 20. Et, après le temps de prise nécessaire au durcissement du béton, le coffrage 20 est retiré et l'insert 25 est enlevé ou détruit, de manière à obtenir un premier élément structurel 3 en béton armé comprenant une réservation de forme coudée. La réservation est nettoyée de manière à obtenir la chambre coudée 6 voulue.
  • La chambre coudée 6 du premier élément 3 peut aussi être réalisée sur un élément en béton pris ou solidifié. A cette fin, l'élément en béton armé est percé. Il existe diverses méthodes pour ouvrager une chambre coudée.
  • La figure 7 illustre un coffrage 21 pour réaliser un deuxième élément structurel 4 qui comprendra une tige 1 selon l'invention. En effet, la partie de liaison 7 de la tige 1 de l'invention est destinée à être noyée dans le deuxième élément structurel 4 en béton.
  • La mise en œuvre du deuxième élément structurel 4 en béton armé est similaire au premier. Un deuxième coffrage 21 est monté pour obtenir la forme du deuxième élément 4 voulu, il est maintenu grâce à des cales 22. Une armature métallique 27 est disposée dans ce deuxième coffrage 21 ainsi qu'une tige d'armature 1 selon l'invention. Ainsi la tige d'armature 1 fait partie intégrante de l'armature métallique du deuxième élément structurel 4. L'extrémité d'ancrage 5 de la tige 1 est laissée à l'extérieur du coffrage 21.
  • Ensuite, le béton est coulé dans ce deuxième coffrage 21 et après le temps de prise nécessaire le coffrage 21 est retiré, de manière à obtenir un deuxième élément structurel 4 en béton armé comprenant une tige d'armature 1 selon l'invention dont l'extrémité d'ancrage 5 est libre. Il est ainsi obtenu un deuxième élément structurel 4 préfabriqué avant son assemblage avec le premier élément structurel 3.
  • Afin de réaliser cet assemblage, la réservation susmentionnée définissant la chambre d'ancrage 6 du premier élément structurel 3 est remplie d'un matériau adhésif.
  • Divers types de matériaux adhésifs sont possibles tels que des résines polymères ou du mortier. Le matériau adhésif peut être conçu spécialement en fonction des contraintes mécaniques de l'assemblage 2 d'éléments structurels. Les résines polymères employées sont des adhésifs structuraux commercialisés sur le marché pour une application d'ancrages d'acier dans le béton. Les industriels fournissent la résine polymère, généralement sous la forme d'adhésif thermodurcissable bicomposant, c'est-à-dire la résine mère et le durcisseur, ainsi que la méthode de pose comprenant les instruments utilisés, la procédure de nettoyage du trou, l'épaisseur du joint. Les adhésifs employés sont généralement basés sur des procédés en époxy ou vinylester, avec un ajout éventuel de produits inorganiques tels que du mortier.
  • Les deux éléments structurels peuvent ensuite être rapprochés avant le temps de cure du matériau adhésif. L'extrémité d'ancrage 5 du deuxième élément structurel 4 est insérée dans la chambre d'ancrage 6 du premier élément structurel 3, au milieu du matériau adhésif. Et, après le temps de cure nécessaire, l'assemblage 2 est opérationnel.
  • Dans un autre mode de réalisation de l'invention, un premier élément structurel 3 en béton armé est fabriqué avec une chambre d'ancrage 6 de forme coudée. Une tige d'armature 1 conforme à l'invention est également mise en œuvre. Puis, l'extrémité d'ancrage 5 de la tige d'armature 1 est scellée dans la chambre d'ancrage 6 du premier élément structurel 3 au moyen d'un matériau adhésif. Et, dans le cas de l'exemple illustré correspondant à un deuxième élément structurel 4 sous la forme d'une poutre, un coffrage 21 horizontal ainsi qu'une armature 27 sont mis en œuvre. Ce coffrage 21 est placé tel que la partie de liaison de la tige 1 soit disposée à l'intérieur. La tige 1 peut être reliée à l'armature 27 dans le coffrage 21. Enfin le béton est coulé in situ dans le coffrage 21 afin de constituer le deuxième élément structurel 4 autour de la tige 1 préalablement fixée au premier élément structurel 3.
  • Une validation expérimentale a été conduite pour démontrer la pertinence d'une tige d'ancrage 1 selon l'invention. Des essais en traction ont été faits avec des tiges d'ancrage selon l'invention, réalisées à partir de barres de renforcement Haute Adhérence. Dans le cadre de ces essais, des tiges d'ancrage 1 selon l'invention ont été insérées dans des réservations d'un élément porteur en béton préalablement remplies d'une résine polymère.
  • Plusieurs séries d'essais opposant un profil droit à un profil courbé, ont été réalisés pour caractériser la résistance à l'arrachement avec confinement de la surface du béton. Les essais de validation ont été effectués selon le guide européenne EAD 330499-01-0601, juillet 2017 (European Assessment Document on Bonded fasteners for use in concrete). Pour le diamètre testé D égale à 12 mm, la réservation de forme complémentaire coudée a un diamètre égal à 16 mm. Pour le diamètre D testé égale à 16 mm, la réservation de forme complémentaire coudée a un diamètre égal à 20 mm.
  • L'essai est effectué de la façon suivante : un chargement en traction est appliqué par un vérin hydraulique en tête de l'ancrage. Ce chargement est piloté par une vitesse de déplacement constante jusqu'à la rupture. La rupture est caractérisée par l'atteinte d'une charge maximale. La rupture doit avoir lieu entre 1 et 3 minutes du lancement de l'essai. L'ancrage peut être pré-chargé à 1 kN afin d'éviter l'oscillation des mesures en début d'essai. Un capteur de déplacement a été positionné en tête de la partie sortante du béton de l'ancrage afin de mesurer son déplacement. Un capteur de force connecté au vérin assurait la mesure de force appliquée.
  • Pour le diamètre D égale à 12 mm, un profil droit avec une profondeur d'ancrage de 48 mm, induit une force moyenne normalisée de 39.26 kN, alors qu'un profil courbé selon l'invention avec une profondeur d'ancrage de 41.3 mm et un rayon de courbure Rc de 31 mm, la force moyenne normalisée est de 42.64 kN.
  • Pour le diamètre D égale à 16 mm, un profil droit avec une profondeur d'ancrage de 64 mm, induit une force moyenne normalisée de 35.17 kN, alors qu'un profil courbé selon l'invention avec une profondeur d'ancrage de 55.4 mm, la force moyenne normalisée est de 56.41 kN.
  • La force moyenne normalisée représentant la force nécessaire à l'arrachement, ces essais montrent bien que les performances de l'ancrage courbe sont supérieures à celle de l'ancrage droit.
  • Bien entendu, diverses autres modifications peuvent être apportées à l'invention dans le cadre des revendications annexées.

Claims (15)

  1. Tige d'armature (1) pour un élément structurel en béton armé comprenant une extrémité d'ancrage (5) destinée à être fixée dans une chambre d'ancrage (6) d'un premier élément structurel (3) en béton armé, et dans le prolongement de l'extrémité, une partie de liaison (7) rectiligne destinée à être noyée dans un deuxième élément structurel (4) en béton armé, caractérisée en ce que l'extrémité d'ancrage (5) présente une forme coudée.
  2. Tige d'armature selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'extrémité d'ancrage (5) possède une section sensiblement circulaire.
  3. Tige d'armature selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'extrémité d'ancrage (5) présente un rayon de courbure (Rc) sensiblement compris entre 2 et 4 fois son diamètre.
  4. Tige d'armature selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'extrémité d'ancrage (5) s'étend sur un secteur angulaire (a) compris entre 30° et 90°, de préférence 45°.
  5. Tige d'armature selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la tige est en acier.
  6. Tige d'armature selon la revendication 5, caractérisée en ce que la tige est réalisée dans un acier de renforcement Haute Adhérence.
  7. Assemblage (2) d'éléments structurels comprenant :
    - un premier élément structurel (3) en béton armé comprenant une chambre d'ancrage (6),
    - un deuxième élément structurel (4) en béton disposé en vis-à-vis du premier élément structurel (3), ledit deuxième élément (4) comprenant une armature (27) comprenant une tige d'armature (1) selon l'une des revendications 1 à 6, ladite chambre d'ancrage (6) est remplie en partie d'un matériau adhésif qui lie l'extrémité d'ancrage (5) aux parois de la chambre d'ancrage (6), caractérisé en ce que la chambre d'ancrage (6) présente une forme coudée complémentaire à l'extrémité d'ancrage (5).
  8. Assemblage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau adhésif comprend une résine polymère.
  9. Assemblage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau adhésif comprend du mortier.
  10. Assemblage selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en que le diamètre de l'extrémité d'ancrage (5) est compris entre 8 et 16 mm.
  11. Assemblage selon la revendication 10, caractérisé en ce que la chambre d'ancrage (6) possède un diamètre supérieur à celui de l'extrémité d'ancrage (5), allant de 4 à 10 mm.
  12. Procédé de fabrication d'un assemblage d'éléments structurels comprenant les étapes suivantes :
    - mise en œuvre d'un premier élément structurel (3) en béton armé comprenant une chambre coudée (6),
    - injection d'un matériau adhésif dans la chambre coudée (6) du premier élément en béton,
    - mise en œuvre d'un deuxième élément en béton (4) comprenant une armature (27) comprenant une tige d'armature (1) selon l'une des revendications 1 à 6, l'extrémité d'ancrage (5) présentant une forme complémentaire à celle de la chambre (6),
    - insertion de l'extrémité d'ancrage (5) dans la chambre (6), et
    - attente du temps de cure du matériau adhésif.
  13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes supplémentaires suivantes :
    - mise en œuvre d'un coffrage (20) comprenant un insert (25) de forme complémentaire à celle de l'extrémité d'ancrage (5) créant ainsi une réservation définissant une chambre coudée (6) apte à recevoir l'extrémité d'ancrage (5),
    - disposition d'une armature d'acier (26) dans ledit coffrage (20),
    - coulage du premier élément en béton sur l'armature d'acier (26),
    - attente du temps de prise du premier élément (3) en béton armé,
    - retrait du coffrage (20) et de l'insert (25) pour l'obtention d'un premier élément (3) en béton armé comprenant une chambre coudée (6).
  14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'insert (25) est réalisé à partir d'un matériau friable.
  15. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la chambre (6) est percée dans le premier élément structurel (3) en béton armé.
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