WO2015136194A1 - Barrette de renfort pour element de structure - Google Patents

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WO2015136194A1
WO2015136194A1 PCT/FR2015/050559 FR2015050559W WO2015136194A1 WO 2015136194 A1 WO2015136194 A1 WO 2015136194A1 FR 2015050559 W FR2015050559 W FR 2015050559W WO 2015136194 A1 WO2015136194 A1 WO 2015136194A1
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frame
deformation means
concrete
deformation
reinforcement
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PCT/FR2015/050559
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Alain SABBAH
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Sabbah Alain
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/08—Members specially adapted to be used in prestressed constructions
    • 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
    • E04B1/18—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons
    • E04B1/20—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons the supporting parts consisting of concrete, e.g. reinforced concrete, or other stonelike material
    • E04B1/22—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons the supporting parts consisting of concrete, e.g. reinforced concrete, or other stonelike material with parts being prestressed
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/20—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of concrete or other stone-like material, e.g. with reinforcements or tensioning members
    • E04C3/26—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of concrete or other stone-like material, e.g. with reinforcements or tensioning members prestressed
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/08—Members specially adapted to be used in prestressed constructions
    • E04C5/085—Tensile members made of fiber reinforced plastics

Definitions

  • the present invention relates generally to the manufacture of structural elements (such as beams and concrete slabs), in particular of concrete, reinforced concrete and prestressed concrete structural elements. , mixed material concrete-steel, composite material, or more generally any type of material used in the field of construction.
  • It relates more particularly to a reinforcing bar for structural element.
  • It also relates to a method of manufacturing a structural element incorporating such a reinforcing bar.
  • the invention applies to any type of frame, for example to floors, poles, retaining walls, rafts or footings and more generally to any type of structural element (prefabricated or manufactured in situ).
  • a well-known problem of concrete is that, although it resists compressive forces, it cracks quickly when subjected to tensile forces, even at low intensities.
  • the idea is to make sure that the concrete always works in compression and never (or little) in traction. For this, we exercise a traction initially on the metal frame so that at rest, the concrete beam is compressed.
  • the metal reinforcement used is generally formed of cables or bars of steel.
  • the first method consists in applying a tension to the metal frame before the complete setting of the concrete.
  • the reinforcement is then released, thus putting the concrete in compression by simple adhesion effect.
  • the second method consists in arranging the cables through sheaths incorporated in the concrete. After the setting of the concrete, the cables are stretched by means of jacks so as to compress the beams.
  • This technique relatively complex, is generally reserved for large structures since it requires the implementation of cumbersome tensioning machines.
  • the present invention proposes a structural element in which internal forces are exerted, but which is either devoid of metal reinforcement or has few metal reinforcements.
  • a reinforcement strip which comprises:
  • a deformation means adapted to elastically deform said body
  • a structural element comprising a frame (beam, slab, etc.) and at least one reinforcement strip as mentioned above, the body of which is fixed to said frame and whose anchoring means are accessible. from outside said frame.
  • the reinforcement bar once attached to the frame while it is deformed (thanks to the deformation means), is then able to restore its prestressing to the frame after its means of deformation has been extracted from its body.
  • the deformation means exerts a compressive force on the body
  • the body exerts on the frame a tensile force.
  • the reinforcing strip is placed on one side of the frame, it allows to generate a compression on the other side of this frame (relative to the neutral fiber of this frame).
  • the reinforcing bar makes it possible to limit these compressive forces and to reduce, or even cancel, the tensile forces exerted on the other. side of the building.
  • the deformation means may exert a tensile force on the body so that, as soon as the deformation means is extracted from the body, the body exerts on the frame a compressive force.
  • the deformation means may also exert a bending or torsion force on the body so that, as soon as the deformation means is extracted from the body, the body exerts on the frame a bending or torsion force in the opposite direction.
  • This reinforcement strip having a size smaller than that of the frame, it can also be judiciously installed in the only places of the frame with which will exert efforts of high intensities.
  • said body has an elongated shape and is traversed longitudinally by a conduit for passing said deformation means;
  • said deformation means is a rod or a metal cable slidably mounted through said passage duct;
  • said passage duct is curved
  • the deformation means is adapted to exert a compressive force and / or bending and / or torsion on said body to deform elastically;
  • said body is formed of a single piece of concrete.
  • it could be epoxy, mortar, or any other elastically deformable material.
  • said frame further comprises a prestressed metal reinforcement, distinct from each reinforcing bar;
  • said frame is formed of a single piece of concrete.
  • the invention also provides a method of manufacturing a structural element comprising steps of:
  • the step of fixing said body to said frame consists in molding said frame around said body.
  • FIG. 1 is a schematic perspective exploded view of a reinforcing strip according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a structural element incorporating several reinforcing bars of the type of that represented in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a schematic side view of a beam embedded at its ends, subjected to a transverse force
  • Figures 4 and 5 are schematic side and top views of the structural element of Figure 2;
  • FIG. 6 is a detailed view of zone VI of FIG. 2;
  • FIG. 7 is a schematic side view of an arched structure
  • FIG. 8 is a schematic view of a cross section of an alternative embodiment of the structural element of Figure 2;
  • FIG. 9 is a diagram of the forces exerted on the structural element of FIG. 8;
  • FIG. 10 is a sectional view of a box incorporating a reinforcing strip of the type of that of Figure 1;
  • FIG. 11 is a view of a section of a pipeline duct incorporating two reinforcing bars
  • FIG. 12 is a sectional view of a buttress panel incorporating a reinforcing strip of the type of that of Figure 1;
  • FIG. 13 is a sectional view of a box incorporating two reinforcing bars.
  • a reinforcing bar 1 (or "bar internal forces") can be used on such a structural element.
  • This reinforcement bar 1 may thus for example be used to reinforce a slab or, as will be detailed later in this presentation, to reinforce a beam.
  • FIG 3 there is shown a beam 12 'of concrete (devoid of metal reinforcement), which is embedded at its ends, which is positioned horizontally, and which is subjected to its own weight P and a transverse force F transverse to its longitudinal axis.
  • one or more reinforcing bars 1 are used which make it possible to exert on the beam forces which compensate for these traction forces.
  • the number, shape and position of these reinforcing bars can be adjusted to best compensate for these tensile forces, depending on the shape of the beam, its position (vertical, horizontal or inclined) and its points of attachment to the rest of the structure of the structure (embedded at the ends, simple support in the center, ).
  • the reinforcing bar 1 comprises (see FIG. 1):
  • a deformation means 3 adapted to elastically deform said body 2
  • anchoring means 4 of said deformation means 3 to said body 2 which are adapted to retain said deformation means 3 in the position of elastic deformation of said body 2 and which are removable so as to allow extraction of said deformation means 3 with respect to body audit 2.
  • the deformation means 3 will be adapted to elastically deform said body 2 in compression and / or flexion.
  • the body 2 here has a rectangular parallelepiped shape, elongated along a main axis A1.
  • the body could have an irregular section, that is to say a section whose shape varies along its longitudinal axis.
  • the body could have a section whose shape varies so that at its ends, the body has sections in the form of triangles identical, but positioned head to tail. It is understood in this example that the forces transmitted by the body to the structural element will have varying forces and directions along the body.
  • the neutral fiber of the body 2 as the line passing through the center of gravity of its cross-sections.
  • this neutral fiber is confused with the main axis A1.
  • the upper fiber of the body 2 will be defined as the line located on the upper face 2A of the body 2 (see FIG. 1), and which extends equidistant from the two longitudinal edges of the upper face 2A of the body 2.
  • the lower fiber will be defined as the line situated on the lower face 2B of the body 2, and which extends at equal distances two longitudinal edges of the lower face of the body 2.
  • the body 2 is here made of high, very high or ultra high performance concrete. Alternatively, it may be formed in a different material, for example plastic, mortar, epoxy or composite material.
  • This body 2 is here crossed longitudinally by a conduit passage
  • This passage duct 5 here has a cylindrical shape of revolution about an axis parallel to the main axis A1.
  • This axis is here coplanar with the upper and lower fibers of the body 2. It is preferably located parallel to and at a distance from the neutral fiber of the body 2, for a reason which will be explained in detail later in this discussion.
  • the passage duct 5 is not straight, but curved. Its curvature can be provided in such a way that the axis of the passage duct 5 extends along its entire length at equal distance from the upper fiber of the body 2. It could alternatively be provided that it be otherwise, for example if it is desired that the deformation means 3 generates a torsional force on the body 2 .
  • a sheath is provided inside this conduit 5, to facilitate the manufacture of the body 2 (the body 2 being cast in a mold around this sheath).
  • the deformation means 3 of the body 2 is here intended to be engaged through this passage duct 5, so as to open at both ends of this passage duct 5.
  • it could be provided that it is a carbon fiber cable.
  • the wire rope 3 is threaded through the passage duct 5, so that it can slide in this passage duct 5.
  • the anchoring means 4 are then provided at the ends of this metal cable 3.
  • These anchoring means 4 may thus comprise washers for distributing efforts on a large part of the section of each end of the body 2.
  • anchoring means 4 must also be dismountable without damaging the body 2, to release the wire rope 3. They could thus for example comprise unscrewable screwing means, or a breakable part using an ad hoc tool, or a fusible portion at high temperature.
  • the body 2 may for example have the following dimensions:
  • the wire rope 3 may have a diameter of 12 or 15 mm, so as to withstand a tensile force of the order of 50 kN and to be reusable.
  • the reinforcement strip 1 will here be manufactured in the following manner. The manufacturer will first engage the sheath in the mold of the body 2. He will then pour concrete into the mold around the sheath and wait until the concrete is fully set to obtain the body 2. He will then thread the cable metal 3 through the sheath. Then, it will apply a voltage of 50 kN to the ends of the wire rope 3. It will then anchor the ends of the wire rope 3 to the ends of the body 2, so as to compress the body longitudinally 2. Thus the reinforcement bar 1 will be she is ready for use.
  • the reinforcing bar 1 could be manufactured otherwise.
  • the concrete could then be poured into the mold, around the wire rope 3.
  • the wire rope 3 will be rotated about its axis, so that it does not adhere to the concrete and that it digs itself a passage conduit 5 in the body 2.
  • the wire rope 3 will then be tensioned and anchored to the ends of the body 2.
  • wire rope 3 It could alternatively be envisaged to apply a retarding device on the wire rope 3.
  • the concrete could then be poured into the mold, around the wire rope 3.
  • the wire rope will be rotated 3 around its axis, so that it does not adhere to the concrete and that it digs of itself a passage conduit 5 in the body 2.
  • the wire rope 3 will then be tensioned and anchored at the ends of the body 2.
  • the reinforcing bar 1 is thus ready to be used in combination with a beam 12 (or with another kind of frame, for example with a slab) to form therewith a structural element 10 for the construction of any work.
  • This beam 12 will here be formed of a single piece of poured concrete. Alternatively, it could be a completely different material, for example a plastic material or wood. In the example considered, the beam 12 has a rectangular or square section. It could of course have a different section, for example T or I.
  • the dimensions of the beam 12 are as follows:
  • reinforcing bars 1 can be used to reinforce the beam 12.
  • each reinforcing bar 1 must then be fixed to the beam 12 in such a way that the anchoring means 4 of each reinforcement bar 1 remain accessible to the user from outside the beam 12.
  • the purpose is indeed to dismount these anchoring means 3 in order to release the compression of the body 2 of the reinforcing bar 1 (by extracting the wire rope 3), so as to release internal forces in the beam 12 (to generate a tensile force in the beam 12, in the area that surrounds each reinforcement bar 1).
  • each reinforcing strip 1 inside the beam 12, for reasons of ease of use of the beam 12 and better transmission of the forces from the body 2 of each reinforcement strip 1 to the beam 12.
  • the beam 12 will be cast around the reinforcing bars 1, so as to ensure good adhesion of the body 2 to the beam 12.
  • the latter will be placed flush with the upper face or the lower face of the beam 12. In this way, one of the upper and lower faces of the body 2 of each reinforcement strip 1 will remain visible from outside the beam 12.
  • the reinforcing bars could be placed in the beam such that they emerge in part from the upper face or the lower face of the beam.
  • Two reinforcing bars 1 will thus be placed in the center of the upper face of the beam 12, on either side of the upper fiber of the beam 12, 25 mm from it.
  • Two reinforcement bars 1 will also be placed at each end of the lower face of the beam 12, on either side of the lower fiber of the beam 12, 25 mm from it.
  • cavities 14 will then be formed in the beam 12 at the ends of the body 2 of each reinforcing bar 1. These cavities 14 will preferably be formed at the moment of molding of the beam 12.
  • the structural element 10 To manufacture the structural element 10, we first install the six reinforcing bars 1 in a form whose shape corresponds to the desired shape for the beam 12. At this stage, the reinforcing bars 1 are fixed in the form with their metallic cables 3 under tension. They are held in the formwork by their ends, by means of cores which will form said cavities 14.
  • the structural element 10 formed of the beam and the six reinforcing bars 1 is ready for use.
  • the metal cables 3 will be removed in such a way as to be able to reuse them, which will substantially reduce the cost of the structural element 10. Then, the element of structure 10 will be formed only of concrete. However, it will be prestressed for the following reasons.
  • FIG. 3 On which a beam 12 'devoid of metal reinforcement and reinforcement bar is shown.
  • This tensile force is maximum at the level of the middle of the body 2 and it gradually decreases towards the ends of the body 2. To ensure a good distribution of forces, it will then be preferred to use bodies 2 of large lengths (preferably greater than 1 meter) .
  • the tensile force exerted in the beam 12, on one side of the neutral fiber of this beam 12, will then generate a compressive force on the other side of the neutral fiber of this beam 12. This compression force comes then compensate, at least partially or completely, the tensile force exerted in the zones Z1, Z2 of the beam 12.
  • the reinforcement bars 1 also generate another effect: the effort of traction exerted by each reinforcement strip 1 will generate compressive forces in the extension of the ends of this bar.
  • reinforcing bars 1 located on the lower face of the beam 12 at the ends thereof. These reinforcing bars 1 will generate compressive stresses not only at the ends of the upper face of the beam 12, but also in the middle of the lower face of the beam 12.
  • the balance of efforts will be obtained by placement and judicious sizing of the reinforcing bars 1 in the beam 12 so that the cross sections of concrete remain (almost) fully compressed even under the effect of the weight P and maximum effort F.
  • empty internal forces restored by the reinforcing bars 1 can create a counter-arrow, that is to say a deformation of the beam 12 upwards.
  • the beam 12 will have no or less arrow.
  • each reinforcing bar 1 extends along a distinct axis parallel to the main axis A1 of the body 2.
  • the beam 12 ' also has an arrow, in that it has a curvature at its ends and its center.
  • the reinforcing bars 1 may exert a force that goes against the curvatures of the beam 12. This effort will also make it possible to compensate for the tensile forces exerted in the beam 12.
  • the reinforcing bars 1 situated on the top of the beam 12 will be oriented in such a way that their passage ducts 5 extend on the side of the upper fiber of their bodies 2, whereas the reinforcement bars 1 located on the underside of the beam 12 will be oriented in such a way that their passage ducts 5 extend on the side of the lower fiber of their bodies 2.
  • reinforcing bars 1 Another advantage of the reinforcing bars 1 is that in case of cracking of the beam 12, these bars (which remain partially compressed after extraction of the metal cables 3) limit the propagation of the cracks and participate in the overall strength of the beam, to the way of a simple reinforcement.
  • FIG. 7 in which the structure has an arch form formed of several vertical columns 20A, 20B, 20C and a horizontal structure element 21, it is possible to use the bars of FIG. reinforcement in various ways.
  • the horizontal structure element 21 will be formed of a beam 23 and of reinforcement strips 1, 1 'to compensate for these internal tensile forces.
  • reinforcement bars 1, Y will then be placed at each connection between the beam 23 and the vertical columns 20A, 20B, 20C, so as to reduce or even cancel the tensile forces exerted in the hatched areas.
  • a reinforcing bar 1 of the type shown in FIG. This may be integrated in the beam 23 in such a way that its upper face extends flush with the upper face of the beam 23.
  • the reinforcement bars 1 in a beam also equipped with a metal reinforcement (ie say in a beam of reinforced concrete or prestressed concrete).
  • FIG. 8 thus shows a section of a beam 22 which, flush with its upper surface, has two parallel reinforcing bars 1 and, near its lower face, a prestressed metal reinforcement 14.
  • pre-stressed metal reinforcement 14 may consist of parallel metallic cables powered.
  • the reinforcing bars 1 and the prestressed metal reinforcement 14 are advantageously combined to generate on the beam 22 efforts which will prevent the beam from experiencing internal tensile forces.
  • FIG. 9 it can be seen that at its center a beam of the type represented in FIG. 3 undergoes a first positive moment P1 due to its own weight P and a second positive moment F1 due to to the effort F exerted on it. These two positive moments add up and then generate tensile forces in the shaded area Z1 in FIG.
  • a beam of the type shown in FIG. 2 undergoes, in addition to the first positive moment P1 and the second positive moment F1, a tensile force T1 due to the reinforcing bars 1 and a first negative moment M1 due to the position. reinforcing bars 1 in the center of the upper face of the beam 12.
  • This first negative moment M1 therefore counteract the two positive moments P1, F1.
  • reinforcing bars of the type shown in FIG. 1 can be used in a concrete slab, for example by distributing these reinforcement strips on the upper face of this concrete slab.
  • reinforcing bars of the type of that shown in FIG. 1 it is possible to use reinforcing bars of the type of that shown in FIG. 1 to reduce the torsion of a beam, by placing this reinforcing strip not parallel to the average fiber of the beam, but in a manner that inclined with respect to this average fiber.
  • the casing 30 extends over a large length, it will be possible to place several reinforcing bars 1 in the lower wall, in parallel with each other.
  • This concrete pipe 40 may be subjected to different types of efforts. It may in particular be subjected to strong tensile stresses on certain portions of the pipeline route.
  • reinforcing bars 1 in the wall of this pipe 40.
  • these reinforcement strips 1 (here two in number) will then each extend in the wall of the pipe 40, in parallel with the axis of this pipe 40, on the opposite side of the pipe 40 where will exert strong tensile stresses.
  • FIG 12 there is shown a cross section of the buttress panel 50, on each side of which appear any material (eg earth).
  • the earth extends here to a greater height on one side than the other of the buttress panel 50.
  • reinforcing bars 1 as walls of a box 60.
  • this box 60 may form reinforcing bars, in that they each comprise a flat plate-shaped body pierced with a plurality of parallel conduits (in which initially will be placed metal cables 3) .
  • the anchoring means (4) is fuse. In this way, it will be enough to heat it to release the corresponding end of the wire rope (so that the compression exerted by the latter on the body ceases).
  • This detachable fastening means and fuse may be in the form of a hollow frustoconical sleeve, which is threaded on the wire rope and whose inner face is notched so as to be hooked to this cable in the manner of a jaw.
  • the frustoconical sleeve will then be engaged by its top in the end of the sheath located in the passage (5).
  • this cable will remain in tension thanks to the frustoconical sleeve which will be inserted a little in the passage so that it will close on the end of the cable.
  • the cable will remain so stretched until an operator comes to heat the frustoconical sleeve to release the cable.
  • the frustoconical sleeve is split longitudinally so that it can deform more easily to ensure better grip of the cable. It may also be provided that this frustoconical sleeve is made by molding a single piece of zinc, since the melting temperature of this material is quite low (about 350 ° C) to allow its melting on site by means of a blowtorch, and that its rigidity at ambient temperature is sufficient to ensure good grip of the wire rope.

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Abstract

L'invention concerne une barrette de renfort (1) pour élément de structure (10), qui comporte : - un corps déformable élastiquement, - un moyen de déformation adapté à déformer élastiquement ledit corps, - des moyens d'ancrage dudit moyen de déformation audit corps, qui sont adaptés à retenir ledit moyen de déformation en position de déformation élastique dudit corps et qui sont démontables pour permettre l'extraction dudit moyen de déformation par rapport audit corps (après intégration du corps dans l'élément de structure).

Description

BARRETTE DE RENFORT POUR ELEMENT DE STRUCTURE
DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale la fabrication d'éléments de structure (tels que des poutres et des dalles en béton), notamment d'éléments de structure en béton, en béton armé, en béton précontraint, en matériau mixte béton-acier, en matériau composite, ou plus généralement en tout type de matériau utilisé dans le domaine de la construction.
Elle concerne plus particulièrement une barrette de renfort pour élément dé structure.
Elle concerne également un procédé de fabrication d'un élément de structure intégrant une telle barrette de renfort.
L'invention s'applique à tout type de bâti, par exemple à des planchers, à des poteaux, à des murs de soutènement, à des radiers ou semelles de fondation et plus généralement à tout type d'élément de structure (préfabriqué ou fabriqué in situ).
Elle peut être utilisée dans tout type d'ouvrage, par exemple dans des ponts, dans des bâtiments, dans des barrages... Elle peut également être utilisée dans tout composant de structure en matériau composite.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Il est courant, lors de la construction d'un bâtiment ou d'un ouvrage routier ou de tout type d'infrastructure (routière, pétrolière, ...), 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, même de faibles intensités.
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 les poutres 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 exerce une traction initiale sur l'armature métallique de telle sorte qu'au repos, la poutre en béton soit comprimée.
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.
L'armature métallique utilisée est généralement formée de câbles ou de barres d'acier.
On connaît deux procédés de fabrication de poutres en béton.
Le premier procédé, dit de pré-tension, consiste à appliquer une tension à l'armature métallique avant la prise complète du béton. L'armature est ensuite libérée, mettant ainsi le béton en compression par simple effet d'adhérence.
Le second procédé, dit de post-tension, consiste à disposer des câbles au travers de gaines incorporées au béton. Après la prise du béton, les câbles sont tendus au moyen de vérins de manière à comprimer les poutres. Cette technique, relativement complexe, est généralement réservée aux grands ouvrages puisqu'elle nécessite la mise en œuvre de machines de mise en tension encombrantes.
L'inconvénient majeur d'une telle poutre précontrainte est son coût. En effet, si le béton reste un matériau peu onéreux, il n'en va pas de même de l'armature métallique.
Un autre inconvénient de cette poutre est que son armature métallique reste sensible à la corrosion, ce qui risque, à terme, de faire éclater le béton et de réduire en conséquence la durée de vie des ouvrages construits.
OBJET DE L'INVENTION
Afin de remédier aux inconvénients précités de l'état de la technique, la présente invention propose un élément de structure dans lequel s'exerce des forces internes mais qui soit est dépourvu d'armature métallique, soit comporte peu d'armatures métalliques.
Plus particulièrement, on propose selon l'invention une barrette de renfort qui comporte :
- un corps déformable élastiquement,
- un moyen de déformation adapté à déformer élastiquement ledit corps,
- des moyens d'ancrage dudit moyen de déformation audit corps, qui sont adaptés à retenir ledit moyen de déformation en position de déformation élastique dudit corps et qui sont démontables (par exemple dévissable, sécable, fusible, ...) pour permettre l'extraction dudit moyen de déformation par rapport audit corps.
On propose également selon l'invention un élément de structure comportant un bâti (poutre, dalle, ...) et au moins une barrette de renfort telle que précitée, dont le corps est fixé audit bâti et dont les moyens d'ancrage sont accessibles depuis l'extérieur dudit bâti.
La barrette de renfort, une fois fixée au bâti alors qu'elle est déformée (grâce au moyen de déformation), est alors à même de restituer sa précontrainte au bâti après que son moyen de déformation a été extrait de son corps.
Dans le cas où le moyen de déformation exerce un effort de compression sur le corps, dès que ce moyen de déformation est extrait du corps, le corps exerce sur le bâti un effort de traction. Alors, lorsque la barrette de renfort est placée d'un côté du bâti, elle permet de générer une compression de l'autre côté de ce bâti (par rapport à la fibre neutre de ce bâti).
En pratique, lorsqu'elle est placée du côté du bâti où s'exercent des efforts de compression, la barrette de renfort permet de limiter ces efforts de compression et de réduire, voire annuler, les efforts de traction s'exerçant de l'autre côté du bâti.
D'autres cas peuvent être envisagés.
Ainsi, le moyen de déformation peut exercer un effort de traction sur le corps de manière que, dès que le moyen de déformation est extrait du corps, le corps exerce sur le bâti un effort de compression.
Le moyen de déformation peut également exercer un effort de flexion ou de torsion sur le corps de manière que, dès que le moyen de déformation est extrait du corps, le corps exerce sur le bâti un effort de flexion ou de torsion de sens opposé.
Cette barrette de renfort présentant une taille inférieure à celle du bâti, elle pourra en outre être judicieusement installée aux seuls endroits du bâti auprès desquels s'exerceront des efforts d'intensités importantes.
D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de la barrette de renfort conforme à l'invention sont les suivantes :
ledit corps présente une forme allongée et est traversé longitudinalement par un conduit de passage dudit moyen de déformation ; - ledit moyen de déformation est une tige ou un câble métallique monté coulissant au travers dudit conduit de passage ;
- ledit corps est courbé ;
- ledit conduit de passage est courbé ;
- le moyen de déformation est adapté à exercer un effort de compression et/ou de flexion et/ou de torsion sur ledit corps pour le déformer élastiquement ; et
- ledit corps est formé d'une seule pièce en béton. En variante, il pourrait s'agir d'époxy, de mortier, ou de tout autre matériau élastiquement déformable.
D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'élément de structure conforme à l'invention sont les suivantes :
- le corps de ladite barrette de renfort est fixé à l'intérieur dudit bâti ;
- ledit bâti comporte en outre une armature métallique précontrainte, distincte de chaque barrette de renfort ; et
- ledit bâti est formé d'une seule pièce en béton.
L'invention propose également un procédé de fabrication d'un élément de structure comportant des étapes consistant à :
- rapporter un moyen de déformation sur un corps d'une barrette de renfort,
- mettre en tension ledit moyen de déformation et l'ancrer audit corps à l'aide de moyens d'ancrage,
- fixer le corps de ladite barrette de renfort à un bâti d'un élément de structure dans une position telle que lesdits moyens d'ancrage restent accessibles à l'extérieur dudit bâti, et
- démonter ou casser lesdits moyens d'ancrage afin d'extraire ledit moyen de déformation par rapport au corps de ladite barrette de renfort.
Avantageusement, l'étape de fixation dudit corps audit bâti consiste à mouler ledit bâti autour dudit corps.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION 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 :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective éclatée d'une barrette de renfort selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un élément de structure intégrant plusieurs barrettes de renfort du type de celle représentée sur la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue schématique de côté d'une poutre encastrée à ses extrémités, soumis à un effort transversal ;
- les figures 4 et 5 sont des vues schématiques de côté et de dessus de l'élément de structure de la figure 2 ;
- la figure 6 est une vue de détail de la zone VI de la figure 2 ;
- la figure 7 est une vue schématique de côté d'une structure en arcades ;
- la figure 8 est une vue schématique d'une section transversale d'une variante de réalisation de l'élément de structure de la figure 2 ;
- la figure 9 est un diagramme des efforts s'exerçant sur l'élément de structure de la figure 8 ;
- la figure 10 est une vue en coupe d'un caisson intégrant une barrette de renfort du type de celle de la figure 1 ;
- la figure 1 1 est une vue d'une section d'un conduit de pipeline intégrant deux barrettes de renfort ;
- la figure 12 est une vue en coupe d'un panneau de contrefort intégrant une barrette de renfort du type de celle de la figure 1 ; et
- la figure 13 est une vue en coupe d'un caisson intégrant deux barrettes de renfort.
Les ouvrages de grandes tailles (immeubles, ponts) sont généralement réalisés à l'aide d'éléments de structure assemblés les uns avec les autres.
Sur la figure 1 , on a représenté une barrette de renfort 1 (ou « barrette à forces internes ») pouvant être utilisée sur un tel élément de structure. Cette barrette de renfort 1 pourra ainsi par exemple être utilisée pour renforcer une dalle ou, comme cela sera détaillé dans la suite de cet exposé, pour renforcer une poutre.
Pour bien comprendre l'invention, sur la figure 3, on a représenté une poutre 12' en béton (dépourvue d'armature métallique), qui est encastrée à ses extrémités, qui est positionnée horizontalement, et qui est soumis à son propre poids P et à un effort F transversal à son axe longitudinal.
Du fait de son poids P et de l'effort F qui s'exerce sur elle, cette poutre 12' a alors naturellement tendance à se déformer. On a hachuré sur la figure 3 les zones Z1 , Z2 dans lesquelles le béton est alors soumis à des efforts de traction, c'est-à-dire les zones dans lesquelles le béton est susceptible de se fissurer.
Pour éviter l'apparition de telles fissures, selon l'invention, on utilise une ou plusieurs barrettes de renfort 1 qui permettent d'exercer sur la poutre des efforts compensant ces efforts de traction.
Comme cela sera bien expliqué dans les exemples décrits dans la suite de cet exposé, le nombre, la forme et la position de ces barrettes de renfort pourront être ajustés au mieux pour compenser ces efforts de traction, en fonction de la forme de la poutre, de sa position (verticale, horizontale ou inclinée) et de ses points de fixation au reste de la structure de l'ouvrage (encastrement aux extrémités, appui simple en son centre, ...).
Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la barrette de renfort 1 comporte (voir figure 1 ) :
- un corps 2 déformable élastiquement,
- un moyen de déformation 3 adapté à déformer élastiquement ledit corps 2, et
- des moyens d'ancrage 4 dudit moyen de déformation 3 audit corps 2, qui sont adaptés à retenir ledit moyen de déformation 3 en position de déformation élastique dudit corps 2 et qui sont démontables pour permettre l'extraction dudit moyen de déformation 3 par rapport audit corps 2.
Dans les exemples représentés sur les figures, le moyen de déformation 3 sera adapté à déformer élastiquement ledit corps 2 en compression et/ou en flexion.
En variante, on pourrait envisager qu'il soit adapté à déformer le corps en traction ou en torsion.
Le corps 2 présente ici une forme de parallélépipède rectangle, allongé selon un axe principal A1 .
Bien entendu, en variante, il pourrait présenter une forme différente, par exemple une forme cylindrique de révolution. Il sera toutefois préférentiellement allongé selon un axe droit ou suivant un arc parabolique.
Selon une autre variante, le corps pourrait présenter une section irrégulière, c'est-à-dire une section dont la forme varie le long de son axe longitudinal. On pourra ainsi calculer la forme du corps de telle manière que le corps répartisse mieux les efforts qu'il exerce sur l'élément de structure (poutre, dalle, ...). A titre d'exemple, le corps pourrait présenter une section dont la forme varie de manière qu'à ses extrémités, le corps présente des sections en forme de triangles identiques, mais positionnés tête-bêche. On comprend dans cet exemple que les efforts transmis par le corps à l'élément de structure présenteront des forces et des directions variables le long du corps.
Quoi qu'il en soit, ici, on définit la fibre neutre du corps 2 comme la ligne passant par le centre de gravité de ses sections transversales. Ici, cette fibre neutre est confondue avec l'axe principal A1 .
Dans le cas où le corps 2 sera placé horizontalement (ce qui sera le cas considéré dans l'exemple de la figure 2), on définira la fibre supérieure du corps 2 comme la ligne située sur la face supérieure 2A du corps 2 (voir figure 1 ), et qui s'étend à égale distance des deux arêtes longitudinales de la face supérieure 2A du corps 2. On définira la fibre inférieure comme la ligne située sur la face inférieure 2B du corps 2, et qui s'étend à égale distance des deux arêtes longitudinales de la face inférieure du corps 2.
Sur la figure 1 , les faces latérales, supérieure 2A et inférieure 2B sont ici représentées lisses. On préférera toutefois qu'elles soient rugueuses. On pourra également prévoir qu'elles soient crantées, pour assurer une meilleure prise du corps 2 sur la poutre.
Le corps 2 est ici réalisé en béton à hautes, très hautes ou ultra hautes performance. En variante, il pourra être formé dans un matériau autre, par exemple en matière plastique, en mortier, en époxy, ou encore en matériau composite.
Ce corps 2 est ici traversé longitudinalement par un conduit de passage
5. Ce conduit de passage 5 présente ici une forme cylindrique de révolution autour d'un axe parallèle à l'axe principal A1 .
Cet axe est ici coplanaire avec les fibres supérieure et inférieure du corps 2. Il est préférentiel lement situé parallèlement et à distance de la fibre neutre du corps 2, pour une raison qui sera expliquée en détail dans la suite de cet exposé.
Dans le cas où le corps 2 est courbé, on pourra préférentiellement prévoir que ce conduit de passage 5 soit non pas rectiligne, mais courbé. Sa courbure pourra être prévue de telle manière que l'axe du conduit de passage 5 s'étende sur toute sa longueur à égale distance de la fibre supérieure du corps 2. On pourrait en variante prévoir qu'il en soit autrement, par exemple si on souhaite que le moyen de déformation 3 génère un effort de torsion sur le corps 2.
Quoi qu'il en soit, ici, une gaine est prévue à l'intérieur de ce conduit de passage 5, pour faciliter la fabrication du corps 2 (le corps 2 étant coulé dans un moule autour de cette gaine).
Le moyen de déformation 3 du corps 2 est ici prévu pour être engagé au travers de ce conduit de passage 5, de manière à déboucher aux deux extrémités de ce conduit de passage 5.
II s'agit ici d'un câble métallique 3 à torons, dont la longueur au repos
(c'est-à-dire lorsqu'aucun effort n'est exercé dessus) est supérieure à celle du corps 2.
En variante, il pourrait s'agir d'une tige métallique, bien que cette solution ne soit pas optimale, notamment dans le cas où le conduit de passage est courbé, puisqu'elle n'offre pas beaucoup de souplesse.
Selon une autre variante, on pourrait prévoir qu'il s'agisse d'un câble en fibres de carbone.
Ici, le câble métallique 3 est enfilé au travers du conduit de passage 5, de telle manière qu'il peut coulisser dans ce conduit de passage 5.
Les moyens d'ancrage 4 sont alors prévus aux extrémités de ce câble métallique 3.
Ils sont prévus pour s'appuyer contre les extrémités du corps 2.
Ils doivent ainsi permettre de s'appuyer contre ces extrémités du corps 2 afin de maintenir le câble métallique 3 en tension, de façon à comprimer axialement le corps 2. Ces moyens d'ancrage 4 peuvent ainsi comporter des rondelles permettant de répartir les efforts sur une grande partie de la section de chaque extrémité du corps 2.
Ces moyens d'ancrage 4 doivent également être démontables sans détérioration du corps 2, pour libérer le câble métallique 3. Ils pourraient ainsi par exemple comporter des moyens de vissage dévissables, ou une partie sécable à l'aide d'un outil ad hoc, ou encore un partie fusible à haute température.
Le corps 2 pourra par exemple présenter les dimensions suivantes :
- longueur : entre 1 et 3 mètres,
- largeur : 50 mm, - hauteur : 50 mm.
Le câble métallique 3 pourra quant à lui présenter un diamètre de 12 ou 15 mm, de manière à pouvoir résister à un effort de traction de l'ordre de 50 kN et à être réutilisable.
Ces dimensions sont bien entendu données à titre d'exemples non limitatifs, et pourront être adaptées selon les besoins.
La barrette de renfort 1 sera ici fabriquée de la manière suivante. Le fabriquant engagera tout d'abord la gaine dans le moule du corps 2. Il coulera ensuite du béton dans le moule, autour de la gaine et il attendra la prise complète du béton afin d'obtenir le corps 2. Il enfilera ensuite le câble métallique 3 au travers de la gaine. Puis, il appliquera une tension de 50 kN aux extrémités du câble métallique 3. Il ancrera ensuite les extrémités du câble métallique 3 aux extrémités du corps 2, de manière à comprimer longitudinalement le corps 2. Ainsi la barrette de renfort 1 sera-t-elle prête à l'emploi.
En variante, la barrette de renfort 1 pourrait être fabriquée autrement. On pourrait ainsi commencer par engager le câble métallique 3 dans le moule. On pourrait ensuite couler le béton dans le moule, autour du câble métallique 3. Alors, pendant la prise du béton, on fera pivoter le câble métallique 3 autour de son axe, de manière qu'il n'adhère pas au béton et qu'il creuse de lui-même un conduit de passage 5 dans le corps 2. Le câble métallique 3 sera ensuite mis en tension et ancré aux extrémités du corps 2.
On pourrait encore en variante envisager d'appliquer un retardateur de prise sur le câble métallique 3. On pourrait alors ensuite couler le béton dans le moule, autour du câble métallique 3. Puis, après la prise du béton, on fera pivoter le câble métallique 3 autour de son axe, de manière qu'il n'adhère pas au béton et qu'il creuse de lui-même un conduit de passage 5 dans le corps 2. Le câble métallique 3 sera ensuite mis en tension et ancré aux extrémités du corps 2.
Comme le montre la figure 2, la barrette de renfort 1 est ainsi prête à être utilisée en combinaison avec une poutre 12 (ou avec une autre sorte de bâti, par exemple avec une dalle) pour former avec celle-ci un élément de structure 10 pour la construction d'un quelconque ouvrage.
Cette poutre 12 sera ici formée d'une seule pièce en béton coulé. En variante, il pourrait s'agir d'un tout autre matériau, par exemple d'un matériau plastique ou de bois. Dans l'exemple considéré, la poutre 12 présente une section rectangulaire ou carrée. Elle pourrait bien entendu présenter une section différente, par exemple en T ou en I.
Les dimensions de la poutre 12 sont ici les suivantes :
- longueur : 5 m,
- largeur : 200 mm,
- hauteur : 200 mm.
Comme cela apparaît sur les figures 2, 4 et 5, on pourra utiliser plusieurs barrettes de renfort 1 pour renfoncer la poutre 12.
Le corps 2 de chaque barrette de renfort 1 devra alors être fixé à la poutre 12 de telle manière que les moyens d'ancrage 4 de chaque barrette de renfort 1 restent accessibles à l'usager depuis l'extérieur de la poutre 12. L'objectif est en effet de démonter ces moyens d'ancrage 3 afin de relâcher la compression du corps 2 de la barrette de renfort 1 (en extrayant le câble métallique 3), de manière à libérer des forces internes dans la poutre 12 (afin de générer un effort de traction dans la poutre 12, dans la zone qui enveloppe chaque barrette de renfort 1 ).
On pourra ainsi prévoir de fixer les barrettes de renfort sur les faces externes de la poutre.
Toutefois, on préférera fixer chaque barrette de renfort 1 à l'intérieur de la poutre 12, pour des raisons de facilité d'emploi de la poutre 12 et de meilleure transmission des efforts depuis le corps 2 de chaque barrette de renfort 1 vers la poutre 12.
En pratique, la poutre 12 sera coulée autour des barrettes de renfort 1 , de manière à assurer une bonne adhérence du corps 2 à la poutre 12.
Ici, pour assurer une efficacité maximale aux barrettes de renfort 1 , ces dernières seront placées à affleurement de la face supérieure ou de la face inférieure de la poutre 12. De cette manière, l'une des faces supérieure et inférieure du corps 2 de chaque barrette de renfort 1 restera visible depuis l'extérieur de la poutre 12.
En variante, on pourrait placer les barrettes de renfort dans la poutre de telle manière qu'elles émergent en partie de la face supérieure ou de la face inférieure de la poutre.
Dans le cas ici exposé d'une poutre 12 encastrée à ses extrémités, on placera préférentiellement les barrettes de renfort 1 de telle manière que leurs axes principaux A1 s'étendent parallèlement à l'axe de la poutre 12. On placera plus précisément ces barrettes de renfort 1 aux extrémités de la face inférieure de la poutre 12 et au centre de la face supérieure de la poutre 12.
Ici, on utilisera les barrettes de renfort 1 par paires.
On placera ainsi deux barrettes de renfort 1 au centre de la face supérieure de la poutre 12, de part et d'autre de la fibre supérieure de la poutre 12, à 25 mm de celle-ci.
On placera également deux barrettes de renfort 1 à chaque extrémité de la face inférieure de la poutre 12, de part et d'autre de la fibre inférieure de la poutre 12, à 25 mm de celle-ci.
En variante, on aurait pu n'utiliser que trois barrettes de renfort, l'une située au centre de la poutre (le long de la fibre supérieure), et les deux autres situées aux extrémités de la poutre (le long de la fibre inférieure).
Comme le montre la figure 6, pour que les moyens d'ancrage 4 des barrettes de renfort 1 restent accessibles à l'usager, des cavités 14 seront alors ménagées dans la poutre 12, aux extrémités du corps 2 de chaque barrette de renfort 1 . Ces cavités 14 seront préférentiellement formées au moment du moulage de la poutre 12.
Pour fabriquer l'élément de structure 10, on commence par installer les six barrettes de renfort 1 dans un coffrage dont la forme correspond à la forme souhaitée pour la poutre 12. A ce stade, les barrettes de renfort 1 sont fixées dans le coffrage avec leurs câbles métalliques 3 sous tension. Elles sont maintenues dans le coffrage par leurs extrémités, au moyen de noyaux qui formeront lesdites cavités 14.
Puis, le béton est coulé dans le coffrage, de manière à s'engager autour des barrettes de renfort 1 . On attend alors que le béton prenne complètement.
Une fois que le béton a pris, l'élément de structure 10 formé de la poutre et des six barrettes de renfort 1 est prêt à l'emploi.
On pourra alors démonter les moyens d'ancrage 4 des barrettes de renfort 1 en usine, ou plus tard, lorsque l'élément de structure 10 sera mise en place dans l'ouvrage pour lequel il a été fabriqué.
Dans ce dernier cas, on pourra prévoir d'extraire les câbles métalliques 3 hors des corps 2 des barrettes de renfort 1 dans un ordre déterminé selon le phasage de construction de l'ouvrage (et notamment selon le phasage d'application des charges).
Quoi qu'il en soit, après avoir démonté les moyens d'ancrage 4, on retirera les câbles métalliques 3 de manière à pouvoir les réutiliser, ce qui diminuera sensiblement le coût de l'élément de structure 10. Alors, l'élément de structure 10 ne sera plus formé que de béton. Il sera pourtant alors précontraint pour les raisons suivantes.
On peut pour cela commencer par se référer à la figure 3, sur laquelle on a représenté une poutre 12' dépourvue d'armature métallique et de barrette de renfort.
Si on considère la fibre supérieure de cette poutre 12', du fait de sa déformation sous son propre poids P et sous l'effort F qui s'exerce sur elle, on constate qu'elle est soumise à des efforts de traction aux extrémités de cette fibre supérieure et à des efforts de compression au centre de cette fibre supérieure. On constate également qu'elle est soumise à des efforts de compression aux extrémités de la fibre inférieure et à des efforts de traction au centre de cette fibre inférieure.
Dans l'exemple illustré sur les figures 2, 4 et 5, on a donc placé les barrettes de renfort 1 dans les zones où les efforts de compression seraient les plus grands si la poutre 12 était dépourvue de barrette de renfort.
De cette manière, lorsque les câbles métalliques 3 des barrettes de renfort 1 sont extraits des corps 2 des barrettes de renfort 1 , les corps 2 qui étaient comprimés ont tendance à se détendre partiellement, en exerçant dans la poutre 12 un effort de traction.
Cet effort de traction est maximal au niveau du milieu du corps 2 et il diminue progressivement vers les extrémités du corps 2. Pour assurer une bonne répartition des efforts, on utilisera alors de préférence des corps 2 de longueurs importantes (préférentiellement supérieures à 1 mètre).
L'effort de traction exercé dans la poutre 12, d'un côté de la fibre neutre de cette poutre 12, va alors générer un effort de compression de l'autre côté de la fibre neutre de cette poutre 12. Cet effort de compression vient alors compenser, au moins partiellement voire complètement, l'effort de traction qui s'exerce dans les zones Z1 , Z2 de la poutre 12.
Les barrettes de renfort 1 génèrent par ailleurs un autre effet : l'effort de traction exercé par chaque barrette de renfort 1 va générer des efforts de compression dans le prolongement des extrémités de cette barrette.
Pour mieux comprendre cet effet, considérons les barrettes de renfort 1 situées sur la face supérieure de la poutre 12, au milieu de celle-ci. Ces barrettes de renfort 1 vont générer des contraintes de compression non seulement au milieu de la face inférieure de la poutre 12, mais également aux extrémités de la face supérieure de la poutre 12.
Considérons maintenant les barrettes de renfort 1 situées sur la face inférieure de la poutre 12, aux extrémités de celle-ci. Ces barrettes de renfort 1 vont générer des contraintes de compression non seulement aux extrémités de la face supérieure de la poutre 12, mais également au milieu de la face inférieure de la poutre 12.
L'ensemble de ces contraintes va alors créer un moment fléchissant sur la poutre 12, en sens inverse de celui créé sous l'effet du poids propre de la poutre 12.
Lorsque l'élément de structure 10 sera dimensionné pour recevoir un effort F maximal (noté Fmax), on cherchera ainsi à compenser complètement les efforts de traction auxquels la poutre 12 sera soumise, à l'aide des seules barrettes de renfort 1 .
De manière plus générale, l'équilibre des efforts sera obtenu par un placement et un dimensionnement judicieux des barrettes de renfort 1 dans la poutre 12 de telle sorte que les sections transversales de béton restent (quasiment) entièrement comprimées même sous l'effet du poids P et de l'effort F maximal. Ainsi, on pourra constater à vide que les forces internes restituées par les barrettes de renfort 1 pourront créer une contre-flèche, c'est-à-dire une déformation de la poutre 12 vers le haut. On pourra également constater qu'en charge, la poutre 12 ne présentera pas ou moins de flèche.
Comme cela a été exposé supra en référence à la figure 1 , le conduit de passage 5 prévu dans le corps 2 de chaque barrette de renfort 1 s'étend selon un axe distinct et parallèle de l'axe principal A1 du corps 2.
De cette manière, lorsque le câble métallique 3 est mis en tension, il génère une déformation en flexion du corps 2, qui prend alors une forme d'arc-de- cercle. Le corps 2 présente ainsi une flèche. Lorsque le câble métallique 3 sera extrait du corps 2, le corps 2 aura tendance à revenir dans sa forme initiale rectiligne.
Comme on l'a vu sur la figure 3, la poutre 12' présente également une flèche, en ce sens qu'elle présente une courbure au niveau de ses extrémités et de son centre.
Alors, en orientant correctement les barrettes de renfort 1 dans la poutre
12, lorsqu'on extraira leurs câbles métalliques 3 et que leurs corps 2 auront tendance à revenir dans leurs formes initiales rectilignes, les barrettes de renfort 1 pourront exercer un effort allant à encontre des courbures de la poutre 12. Cet effort permettra ainsi également de compenser les efforts de traction s'exerçant dans la poutre 12.
Pour cela, les barrettes de renfort 1 situées sur le dessus de la poutre 12 seront orientées de telle manière que leurs conduits de passage 5 s'étendent du côté de la fibre supérieure de leurs corps 2, tandis que les barrettes de renfort 1 situées sur le dessous de la poutre 12 seront orientées de telle manière que leurs conduits de passage 5 s'étendent du côté de la fibre inférieure de leurs corps 2.
Un autre avantage des barrettes de renfort 1 est qu'en cas de fissure de la poutre 12, ces barrettes (qui restent partiellement comprimées après extraction des câbles métalliques 3) limitent la propagation des fissures et participent à la résistance globale de la poutre, à la manière d'un simple ferraillage.
La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté sur les figures 1 à 6, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.
Ainsi, dans le cas où les extrémités de la poutre seront non pas encastrées mais simplement posées sur des appuis glissants, on pourra n'utiliser des barrettes de renfort qu'au centre de la face supérieure de la poutre.
Dans la variante de réalisation de l'invention représentée sur la figure 7, où la structure présente une forme d'arcade formée de plusieurs colonnes verticales 20A, 20B, 20C et d'un élément de structure horizontal 21 , on pourra utiliser les barrettes de renfort de diverses manières.
Dans ce type de structure à arcades, on sait que si l'élément de structure horizontal 21 était formée d'une poutre en béton, les zones de cette poutre où s'exerceraient les plus grands efforts internes de traction seraient celles hachurées sur la figure 7.
Ici, l'élément de structure horizontal 21 sera formé d'une poutre 23 et de barrettes de renfort 1 , 1 ' permettant de compenser ces efforts internes de traction.
Comme le montre la figure 7, on placera alors des barrettes de renfort 1 , Y au niveau de chaque liaison entre la poutre 23 et les colonnes verticales 20A, 20B, 20C, de manière à réduire voire annuler les efforts de traction s'exerçant dans les zones hachurées.
Comme cela apparaît sur la partie gauche de la figure 7, on pourra utiliser une barrette de renfort 1 du type de celle représentée sur la figure 1 , qui sera intégrée dans la poutre 23, qui s'étendra parallèlement à l'axe de cette poutre 23, à affleurement de la face inférieure de cette poutre 23, de manière à déboucher de part et d'autre de la colonne verticale 20A.
Comme cela apparaît sur la partie centrale de la figure 7, on pourra en variante utiliser une barrette de renfort 1 ' courbée en arc-de-cercle, qui sera intégrée dans la poutre 23 de telle manière que ses extrémités débouchent sur la face supérieure de la poutre 23.
Comme cela apparaît sur la partie droite de la figure 7, on pourra encore en variante utiliser deux barrettes de renfort 1 du type de celle représentée sur la figure 1 , qui seront intégrées au travers de la poutre 23 et de la colonne verticale 20C, qui s'étendront selon des axes inclinés par rapport à l'axe de cette poutre 23 et par rapport à l'axe de cette colonne verticale 20C. Dans cette variante, de longues cavités seront pratiquées dans la poutre 23 et dans la colonne verticale 20C pour permettre à l'usager d'accéder aux moyens d'ancrage 4 de ces barrettes de renfort 1 .
On pourra également intégrer des barrettes de renfort dans la poutre 23, entre les colonnes verticales 20A, 20B, 20C.
Ainsi, comme le montre la figure 7, on pourra placer entre deux colonnes verticales 20A, 20B, une barrette de renfort 1 ' courbée en arc parabolique, qui sera intégrée dans la poutre 23 de telle manière que ses extrémités débouchent sur la face inférieure de la poutre 23.
On pourra en variante placer entre deux colonnes verticales 20B, 20C, une barrette de renfort 1 du type de celle représentée sur la figure 1 . Celle-ci pourra être intégrée dans la poutre 23 de telle manière que sa face supérieure s'étende à affleurement de la face supérieure de la poutre 23.
Selon une autre variante de l'invention, on pourra utiliser les barrettes de renfort 1 dans une poutre équipée par ailleurs d'une armature métallique (c'est-à- dire dans une poutre en béton armé ou en béton précontraint).
Sur la figure 8, on a ainsi représenté une section d'une poutre 22 qui présente, à affleurement de sa face supérieure, deux barrettes de renfort 1 parallèles, et, à proximité de sa face inférieure, une armature métallique précontrainte 14. L'armature métallique précontrainte 14 pourra être constituée de câbles métalliques parallèles mis sous tension.
Dans cette variante, les barrettes de renfort 1 et l'armature métallique précontrainte 14 se combinent avantageusement pour générer sur la poutre 22 des efforts qui éviteront que la poutre ne subisse des efforts internes de traction.
En effet, si on se réfère à la figure 9, on constate qu'en son centre, une poutre du type de celle représentée sur la figure 3 subit un premier moment positif P1 dû à son poids propre P et un second moment positif F1 dû à l'effort F qui s'exerce sur elle. Ces deux moments positifs s'additionnent et génèrent alors des efforts de traction dans la zone hachurée Z1 sur la figure 3.
Une poutre du type de celle représentée sur la figure 2 subit quant à elle, outre le premier moment positif P1 et le second moment positif F1 , un effort de traction T1 dû aux barrettes de renfort 1 et un premier moment négatif M1 dû à la position des barrettes de renfort 1 au centre de la face supérieure de la poutre 12. Ce premier moment négatif M1 vient donc contrer les deux moments positifs P1 , F1 . On constate toutefois dans certains cas qu'il peut alors s'avérer difficile de dimensionner l'élément de structure 10 pour obtenir des efforts interne de compression dans toute la poutre 12, quelle que soit l'intensité de l'effort F (compris entre 0 et Fmax).
L'avantage d'utiliser en outre une armature métallique précontrainte 14 permet alors, comme le montre la figure 9, de soumettre la poutre 22 à un effort de compression C1 et à un second moment négatif M2. L'effort de compression C1 va en effet pouvoir venir compenser l'effort de traction T1 induit par les barrettes de renfort 1 , ce qui facilitera le dimensionnement de la poutre 22.
Dans le cas où on utilisera des barrettes de renfort dans une poutre en béton armé, de nouvelles formes d'équilibre pourront être atteintes, selon le pivot où on se trouve. Ceci permet ainsi d'augmenter la capacité de charge de la section concernée, ou de diminuer la quantité d'armature métallique dans le béton.
Selon une autre variante de l'invention non représentée sur les figures, on pourra utiliser des barrettes de renfort du type de celle représentée sur la figure 1 dans une dalle en béton, par exemple en répartissant ces barrettes de renfort sur la face supérieure de cette dalle en béton.
Encore en variante, on pourra diminuer le fluage du corps de la barrette de renfort, en appliquant à ce corps des efforts de compression et de décompression (ou relâchement) selon des cycles alternés, de façon à accroître son élasticité avant préalablement à son utilisation.
Selon une autre variante, on pourra utiliser des barrettes de renfort du type de celle représentée sur la figure 1 pour diminuer la torsion d'une poutre, en plaçant cette barrette de renfort non pas parallèlement à la fibre moyenne de la poutre, mais de manière inclinée par rapport à cette fibre moyenne.
D'autres exemples d'application des barrettes de renfort sont les suivants.
Comme le montre la figure 10, on pourra utiliser une barrette de renfort du type de celle représentée sur la figure 1 dans un caisson 30.
Sur cette figure 10, on a représenté une section transversale de ce caisson 30, sur laquelle apparaissent les deux parois latérales, la paroi supérieure et la paroi inférieure du caisson 30.
Alors, si des efforts de traction risquent d'apparaître dans la paroi supérieure du caisson 30, on pourra placer une barrette de renfort 1 dans la paroi inférieure.
Si le caisson 30 s'étend sur une longueur importante, on pourra placer plusieurs barrettes de renfort 1 dans la paroi inférieure, en parallèle les unes des autres.
Comme le montre la figure 1 1 , on pourra utiliser des barrettes de renfort
1 du type de celle représentée sur la figure 1 dans la paroi cylindrique d'un tuyau 40 de pipeline.
Sur cette figure 1 1 , on a représenté une section d'un tel tuyau 40. Ce tuyau 40 en béton peut être soumis à différents types d'efforts. Il pourra notamment être soumis à de fortes contraintes de traction sur certaines portions du parcours du pipeline.
Alors, pour s'assurer que le béton travaille toujours en compression et jamais en traction, on pourra placer des barrettes de renfort 1 dans la paroi de ce tuyau 40. Dans l'exemple représenté, ces barrettes de renfort 1 (ici au nombre de deux) s'étendront alors chacune dans la paroi du tuyau 40, en parallèle de l'axe de ce tuyau 40, du côté opposé du tuyau 40 où s'exerceront les fortes contraintes de traction.
Comme le montre la figure 12, on pourra utiliser une barrette de renfort du type de celle représentée sur la figure 1 dans un panneau de contrefort 50.
Sur cette figure 12, on a représenté une section transversale de ce panneau de contrefort 50, de chaque côté duquel apparaissent une matière quelconque (par exemple de la terre). La terre s'étend ici à une hauteur plus importante d'un côté que de l'autre du panneau de contrefort 50.
Alors, puisque des efforts de traction risquent d'apparaître du côté du panneau où la terre est la plus haute, on pourra placer une ou plusieurs barrettes de renfort 1 dans le panneau de contrefort 50, du côté opposé.
Comme le montre la figure 13, on pourra utiliser des barrettes de renfort 1 " en guise de parois d'un caisson 60.
Sur cette figure 13, on a représenté une section transversale de ce caisson 60, sur laquelle apparaissent les deux parois latérales, la paroi supérieure, la paroi inférieure et les cloisons intérieures du caisson 60.
Alors, les parois latérales de ce caisson 60 pourront former des barrettes de renfort, en ce sens qu'elles comporteront chacune un corps en forme de plaque plane percé d'une pluralité de conduits parallèles (dans lesquels seront initialement placés des câbles métalliques 3).
Selon d'autres variantes non représentée, on pourra utiliser une barrette de renfort du type de celle représentée sur la figure 1 dans des dalles alvéolées (de manière à ce qu'elles puissent supporter davantage de poids), ou dans des consoles courtes.
Selon une autre variante de l'invention non représentée sur les figures, on pourra prévoir que le moyen d'ancrage (4) soit fusible. De cette manière, il suffira de le chauffer afin de libérer l'extrémité correspondante du câble métallique (si bien que la compression exercée par ce dernier sur le corps cesse).
Ce moyen de fixation amovible et fusible pourra se présenter sous la forme d'un manchon tronconique creux, qui est enfilé sur le câble métallique et dont la face interne est crantée de manière à pouvoir s'accrocher à ce câble à la manière d'une mâchoire. Le manchon tronconique sera alors engagé par son sommet dans l'extrémité de la gaine située dans le passage (5). Ainsi, après séchage du béton formant le corps, lorsque la traction exercée en usine sur le câble métallique sera relâchée, ce câble restera en tension grâce au manchon tronconique qui s'enfoncera une peu dans le passage de manière qu'il se refermera sur l'extrémité du câble. Le câble restera ainsi tendu jusqu'à ce qu'un opérateur vienne chauffer le manchon tronconique pour libérer le câble.
Ici, on pourra prévoir que le manchon tronconique soit fendu longitudinalement de manière à ce qu'il puisse se déformer plus facilement afin d'assurer une meilleure accroche du câble. On pourra aussi prévoir que ce manchon tronconique soit réalisé par moulage d'une seule pièce en zinc, puisque la température de fusion de ce matériau est assez basse (350 °C environ) pour permettre sa fusion sur chantier au moyen d'un chalumeau, et que sa rigidité à température ambiante est suffisante pour assurer une bonne accroche du câble métallique.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Barrette de renfort (1 ) pour élément de structure (10), caractérisée en ce qu'elle comporte :
- un corps (2) déformable élastiquement,
- un moyen de déformation (3) adapté à exercer un effort sur ledit corps (2) pour le déformer élastiquement, et
- des moyens d'ancrage (4) dudit moyen de déformation (3) audit corps (2), qui sont adaptés à retenir ledit moyen de déformation (3) en position de déformation élastique dudit corps (2) et qui sont démontables pour permettre l'extraction dudit moyen de déformation (3) par rapport audit corps (2).
2. Barrette de renfort (1 ) selon la revendication précédente, dans laquelle ledit corps (2) présente une forme allongée et est traversé longitudinalement par un conduit de passage (5) dudit moyen de déformation (3).
3. Barrette de renfort (1 ) selon la revendication précédente, dans laquelle ledit moyen de déformation (3) est un câble métallique monté coulissant au travers dudit conduit de passage (5).
4. Barrette de renfort (1 ) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit corps (2) est courbé.
5. Barrette de renfort (1 ) selon les deux revendications précédentes, dans laquelle ledit conduit de passage (5) est courbé.
6. Barrette de renfort (1 ) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit corps (2) est formé d'une seule pièce en béton.
7. Barrette de renfort (1 ) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le moyen de déformation (3) est adapté à exercer un effort de compression sur ledit corps (2).
8. Barrette de renfort (1 ) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le moyen de déformation (3) est adapté à exercer un effort de flexion ou de torsion sur ledit corps (2).
9. Élément de structure (10) comportant :
- un bâti (12) tel qu'une poutre ou une dalle, et
- au moins une barrette de renfort (1 ) conforme à l'une des revendications précédentes, dont le corps (2) est fixé audit bâti (12) et dont les moyens d'ancrage (4) sont accessibles depuis l'extérieur dudit bâti (12).
10. Élément de structure (10) selon la revendication précédente, dans lequel le corps (2) de ladite barrette de renfort (1 ) est fixé à l'intérieur dudit bâti (12).
1 1 . Elément de structure (10) selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel ledit bâti (12) comporte en outre une armature métallique précontrainte (14), distincte de chaque barrette de renfort (1 ).
12. Elément de structure (10) selon l'une des trois revendications précédentes, dans lequel ledit bâti (12) est formé d'une seule pièce en béton.
13. Procédé de fabrication d'un élément de structure (10) comportant des étapes consistant à :
- rapporter un moyen de déformation (3) sur un corps (2) d'une barrette de renfort (1 ),
- mettre en tension ledit moyen de déformation (3) et l'ancrer audit corps (2) à l'aide de moyens d'ancrage (4),
- fixer le corps (2) de ladite barrette de renfort (1 ) à un bâti (12) d'un élément de structure (10) dans une position telle que lesdits moyens d'ancrage (4) restent accessibles à l'extérieur dudit bâti (12), et
- démonter ou casser lesdits moyens d'ancrage (4) afin d'extraire ledit moyen de déformation (3) par rapport au corps (2) de ladite barrette de renfort (1 ).
14. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel l'étape de fixation dudit corps (2) audit bâti (12) consiste à mouler ledit bâti (12) autour dudit corps (2).
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