Brevet FR2128569A1 — publié le 19721020

î 2128569 La présente invention porte sur une poutre armée ou renforcée, notamment en acier et béton, dans laquelle, pour éviter les fissurations dûes à des contraintes normales positives ou contraintes de traction dans le béton, celui-ci est mis en pré-contrainte en com-5 pression. l'invention porte également sur un procédé pour la fabrication de cette poutre. Pour renforcer des poutres en acier et béton on sait appliquer des éléments de renforcement sur toute la longueur de la poutre à 10 renforcer en les assemblant avec elle par adhérence directe, lorsqu'il s'agit de poutres en acier un tel renforcement est obtenu à l'aide de plates-bandes ou semelles soudées. On sait également obtenir un renforcement en mettant en place une membrure supérieure en béton gui, par suite de son adhérence à la membrure supérieure en 15 acier et à une série de goujons disposés spécialement pour cela, devient directement solidaire de la poutre. On sait également, pour renforcer des poutres, entourer la membrure inférieure d'acier avec une poutre en béton qui est rendue solidaire sur toute la longueur à l'aide de goujons. Mais comme dans ce cas le béton est disposé 20 dans une zone où se produisent des contraintes de traction qui provoquent des fissurations, on met le béton sous pré-contrainte en recourant à une déformation artificielle de la poutre. Ces mesures connues peuvent également être employées en combinaisons«, Dans cette fabrication connue de poutres renforcées on peut 25 trouver un inconvénient particulier dans le fait que la poutre doit être déformée afin de produire une pré-contraintre en compression. A cet effet il est nécessaire d'utiliser des presses ou outils très puissants, techniquement coûteux. En outre le maniement d'une poutre renforcée, par exemple, par du béton de membrure inférieure, 30 est rendu très difficile, car on a affaire à des charges totales très élevées qui sont désavantageuses pour le transport et pendant le montageo Un but de l'invention est de créer une poutre en acier et béton renforcée perfectionnée, dont la fabrication est notablement 35 simplifiée, le renforcement n'étant effectué que sur place pendant le montage. l'invention consiste en ce que, dans une poutre en acier et/ou béton, un élément de renforcement particulier, mis sous, pré-contrainte en compression, qui comporte du béton avec, de préférence, une 40 armature métallique, et qui présente une longueur correspondant 72 07392 2 2128569 sensiblement à la zone dans laquelle on peut s'attendre à des contraintes normales positives ou de traction dans la membrure associée de la poutre à renforcer, est assemblé solidairement à la poutre dans les parties terminales» 5 Selon un développement de l'invention, il est proposé que l'é lément de renforcement reste mobile en translation entre les extrémités par rapport à la poutre» Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention il est prévu que l'élément de renforcement est monté 10 sur la poutre en dessous de l'axe neutre pour exercer une force de pression sur la membrure inférieure de la poutre. Il peut également être avantageux de monter l'élément de renforcement sur la poutre au-dessus de l'axe neutre pour exercer une force de pression sur la membrure supérieure de la poutre» 15 Un développement de l'invention consiste en ce que, dans une poutre continue s'étendant en portée sur un ou plusieurs points d'appui, des éléments de renforcement sont monté sur la membrure inférieure de la poutre le long de la zone dans laquelle on peut s'attendre à des tensions de traction dans la membrure inférieure, 20 tandis que, dans la zone du point d'appui dans laquelle on peut s'attendre à des contraintes de traction dans la membrure supérieure l'élément de renforcement est monté sur celle-ci. Un autre mode de réalisation de l'invention consiste en ce que, entre les extrémités de la poutre à renforcer, il est prévu une ou 25 plusieurs liaisons fixes supplémentaires entre la poutre et l'élément de renforcement. Oes liaisons doivent supporter en plus un effort tranchant ou de cisaillement dont la valeur va en augmentant du milieu de travée vers l'extrémité de poutre. En raison de la répartition de cet effort tranchant, il se produit un soulagement 30 des liaisons aux extrémités de poutre. Selon un développement de l'invention, des blocs de pré-con-trainte sont fixés à la membrure de poutre aux extrémités de l'élément de renforcement au moyen de boulons filetés ou de soudures et ces blocs de pré-contrainte servent de construction portante. 35 Pour agir de façon positive sur les sollicitations de flexion de l'élément de renforcement, l'armature de pré-contrainte dans l'élément de renforcement est disposée, de préférence, excentrique-ment, ou bien il est prévu des armatures de pré-contrainte courbes» Une armature non tenduè, par exemple sous forme d'un grillage 40 ou toile métallique, est avantageusement prévue dans l'élément de 72 07392 3 2128569 renforcement, notamment pour empêcher les fissurations à l'état fini pendant le transport, en cours de montage, etc... l'invention propose également un procédé adapté à fabriquer la poutre renforcée en acier et béton qui vient d'être décrite, 5 procédé dans lequel, pour éviter des fissurations sous l'effet des contraintes de traction, dans le béton, celui-ci est mis en précontrainte en compression. Selon l'invention, ce procédé est caractérisé en ce qu'un élément de renforcement séparé, constitué de préférence de béton et 10 d'une armature en fer, est mis en pré-contrainte en compression, l'élément ae renforcement présentant sensiblement une longueur qui correspond à la zone dans laquelle on peut s'attendre à avoir des contraintes normales positives ou de traction dans la membrure correspondante de la poutre à renforcer, et en ce que l'élément de 15 renforcement est relié solidairement à la poutre dans ses zones terminales. Un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention est caractérisé en ce que l'élément de renforcement est monté de telle façon qu'il reste mobile en translation par rapport à la 20 poutre entre les extrémités ou entre certains points de liaison déterminés avec la poutre. Selon un développement avantageux du détail d'exécution du procédé, l'armature est mise sous pré-contrainte dans l'élément de renforcement, puis le béton est mis en place de sorte qu'il entoure 25 l'armature sous pré-contrainte et adhère directement à celle-ci et enfin, après durcissement du béton, l'armature est libérée. Un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention consiste en ce que l'armature est prévue dans des cavités dans le béton ae l'élément de renforcement et en ce que, après durcissement, 30 l'armature est mise en pré-contrainte et est ancrée. Dans le détail, on procède avantageusement de la façon suivante : les éléments de pré-contrainte sont introduits dans des gaines, ils sont mis sous pré-contrainte après durcissement du béton et, après la mise en pré-contrainte, ils sont rendus solidaires du 35 béton qui les entoure au moyen de mortier de ciment injecté sous pression. Une variante particulièrement judicieuse de l'invention consiste à régler la pré-contrainte après le montage. En particulier, pour des raisons de facilité de montage, il 40 est proposé par l'invention que l'élément de renforcement ne soit 72 07392 4 2128569 monté sur la poutre à renforcer qu'après que cette dernière a été montée à son emplacement. Selon un autre mode de réalisation, l'élément de renforcement est relié à la poutre à renforcer le plus possible dans le voisina-5 ge des supports. Avec les mesures proposées par la présente invention on réalise une poutre renforcée perfectionnée d'une façon générale et le procédé de fabrication de cette poutre évite en particulier une mise en pré-contrainte ou une déformation de la poutre principale. 10 le montage est particulièrement simplifié du fait que, pour des raisons d'encombrement et de poids, la poutre et l'élément de renforcement peuvent être transportés et amenés en position séparément, pour être assemblés l'un à l'autre à la fin de l'opération de montage. Par rapport aux poutres renforcées de type connu , l'invention 15 offre encore l'avantage que, non seulement, on obtient un raidissement de la poutre à renforcer par rapport aux couples qu'elle subit, mais également, grâce à l'invention, la portance propre de la poutre augmente véritablement de sorte que, pour des charges possibles identiques, la dépense totale de matériau pour une poutre en acier 20 est diminuée d'une façon importante. la présente invention concerne en premier Jieu des poutres en acier et béton. Mais elle peut aussi être utilisée à des poutres entièrement en acier ou entièrement en béton, qui peuvent déjà être aussi déjà montées en place. 25 les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente schématiquement une poutre à renforcer et un élément de renforcement ; 30 la figure 2 montre une poutre à membrure supérieure montée dé finitivement à l'aide de l'élément de renforcement ; la figure 3 est une coupe effectuée suivant la ligne I-I de la figure 2 ; la figure 4 est une coupe effectuée suivant la ligne II-II de 35 la figure 2 ; la figure 5 est un diagramme des contraintes d'une poutre à membrure supérieure simple en milieu de travée sous charge d'utilisation ; la figure 6 est un diagramme des contraintes de la même poutre 40 à membrure supérieure en milieu de travée sous effet de tirant ; 72 07392 2128569 la figure 7 montre la superposition des diagrammes des contraintes selon les figures 5 et 6 ; la figure 8 est une vue longitudinale schématique d'une poutre continue ; ^ la figure 9 représente une cage d'armature pour l'élément de renforcement avec disposition excentrique des éléments de contrainte . On a représenté à la figure 1 une poutre en acier 1 que l'on veut renforcer. On peut considérer comme particulièrement appro-priée une poutre en double T munie de membrures comme le montrent les figures 3 et 4» Pour renforcer la poutre 1 on utilise un élément de renforcement 2 particulier mis en pré-contrainte de .compression,. L'élément de renforcement 2 est constitué de béton 3 et d'une armature ou éléments de pré-contrainte 4 qui se terminent dans des blocs de pré-contrainte 5. On a représenté à la figure 2 en coupe longitudinale une construction qui comprend la poutre 1 à renforcer et l'élément de renforcement 2 tels qu'ils sont représentés à la figure 1. La poutre 20 1 est munie à la figure 2 d'une membrure supérieure en béton 6 qui, de façon connue en soi, est assemblée solidairement et directement avec la poutre 1 à l'aide de goujons 7° À la membrure inférieure de la poutre 1, l'élément de renforcement 2 est fixé aux blocs de pré-contrainte 5 par des boulonnagçs 8„ Le béton 3 de l'élément de 25 renforcement 2 est mis en pré-contrainte par compression entre les blocs de pré-contrainte 5 à l'aide des éléments de pré-contrainte ou armatures métalliques 4» Selon les figures 3 et 4 cinq éléments de pré-contrainte 4 sont disposés les uns à côté des autres, parallèlement les uns aux autres. Dans les figures jointes les éléments 2q de pré-contrainte 4 sont munis aux extrémités de filetages sur lesquels sont vissés des écrous 9 qui permettent le serrage. Naturellement il est également possible d'utiliser pour l'élément de renforcement 2 d'autres éléments de pré-contrainte que ceux qui sont représentés. C'est ainsi qu'avec des fils de pré-contrainte non 35 ronds, ou des faisceaux de fils non représentés, il y a lieu de prévoir des ancrages correspondants. Dans le détail, il est possible de mettre en pré-contrainte l'armature ou les éléments de pré-contrainte 4 à l'intérieur de l'élément de renforcement 2 et ensuite de mettre en place le béton, 40 de sorte qu'il entoure l'armature pré-contriante et adhère directe 72 07392 6 2128569 ment à celle-ci. Après durcissement, les fils métalliques sont relâchés et, par suite des contraintes d'adhérence, le béton empêche ces fils de se raccourcir à leur longueur primitive ce qui donne naissance à une contrainte normale négative dans le béton» Naturel-5 lement, il est également possible d'effectuer la mise en pré-con-trainte par rapport au béton durci0 Dans ce cas, les éléments de pré-contrainte ou armatures 4 sont placés dans des gaines 10 comme le montre la figure 9» les éléments de pré-contrainte sont tendus seulement après le durcissement du béton par compression à l'extré-10 mité de l'élément de pré-contrainte et, après mise en pré-contrainte, ils sont mis en adhérence avec le béton 3 de l'élément de renforcement 2 qui les entoure, au moyen de mortier de ciment injecté sous pression. Il est dans ce cas avantageux que l'on puisse à tout moment après la première mise en pré-contrainte, régler la 15 pré-contrainte de l'armature 4 tant que les gaines 10 sont encore ouvertes. De cette façon on peut par exemple compenser dans une large mesure des pertes de compression du béton par fluage. les bbcs de pré-contrainte 5 sont en acier et se présentent sous une forme telle que, lors de la mise sous pré-contrainte, 20 ils peuvent être utilisés directement comme butées après le durcissement du béton 3 en transmettant ou répartissent les forces de pression de la compression directement sur la face frontale de 1' élément de renforcement 2. l'exemple d'une poutre à membrure supérieure adhérente permettant l'utilisation plus favorable statique-25 ment est représenté après le montage vu en coupe aux figures 3 et 4o les blocs de pré-contrainte 5 ont pour rôle de recevoir à hauteur de l'arête inférieure de la poutre les efforts tranchants qui se produisent sous l'effet de la charge et de les répartir entre les différents éléments de pré-contrainte 4, tout en déviant de la 30 poutre les efforts de compression verticaux et en les dirigeant sur des supports 11. En règle générale les blocs de pré-contrainte 5 jouent donc le rôle de construction portante et l'élément de renforcement 2 est relié solidairement à la poutre 1 à renforcer le plus possible dans le voisinage aes supports 11. Pour pouvoir jouer 35 ces différents rôles les blocs de pré-contrainte 5 sont de préférence en forme de caisson et sont renforcés de façon supplémentaire à l'intérieur du caisson, ce qui n'est pas représenté en détail. Avec la poutre qu'elle propose l'invention utilise comme principe de base le fait que des aciers non sujets à la rupture, empêchés 40 de s'allonger peuvent être intéressants pour une mise sous contrain 72 07392 7 2128569 te» le moment auquel l'élément de renforcement 2 est appliqué ou fixé à la poutre à renforcer 1 peut être choisi à volonté et se détermine en particulier d'après les exigences du transport et les conditions de montage, la dimension et le poids de la construction 5 portante jouant aussi leur rôle. Comme le montre en particulier la figure 1, lorsque la mise en pré-contrainte est faite dans l'élément de renforcement 2, la poutre 1 n'est pas déformée à la fabrication et les dispositifs correspondants peuvent donc être dimen-sionnés plus petits. En fonction des données statiques on peut 10 prévoir outre la fixation aux extrémités de l'élément de renforcement 2 sur la poutre 1 d'autres liaisons supplémentaires entre la poutre 1 et l'élément de renforcement 2. Mais on peut prévoir encore entre les extrémités ou blocs de pré-contrainte 5 des liaisons supplémentaires 12 comme il en est représenté à la figure 2; 15 dans ce cas, outre la charge verticale, un effort tranchant ou ayfcisaillement est également reçu par les liaisons. Grâce à la répartition de l'effort tranchant ainsi réalisé, on décharge les liaisons, aux extrémités de l'élément de renforcement 2. les figures 5 et 7 sont les diagrammes schématiques de la 20 pré-contrainte dans la poutre en acier 1. le diagramme de pré-contrainte 12 selon la figure 5 montre la répartition des tensions sur la section transversale de la poutre en acier 1 (figure 3) comme partie d'une poutre composite simple à membrure supérieure, en milieu de travée, sous charge d'utilisa-25 tionc Le diagramme 13 montre la continuation de la répartition des tensions dans les mêmes conditions à l'intérieur de la memorure en béton supérieure 6 appartenant à la poutre composite (figure 3)• Etant donné que le centre de gravité de la poutre composite est plus proche du bord de poutre supérieur que du bord inférieur, on 30 voit clairement que la membrure supérieure en acier est soumise à des contraintes notablement inférieures à celles que subit la membrure inférieure. Dans la plaque en béton se produisent au bord inférieur de faibles contraintes normales positives. A la figure 6 on peut voir l'effet de tirant sur les mêmes 35 poutres. Le diagramme 14 est celui des tensions dans le profilé d'acier, le diagramme 15 celui des tensions dans la plaque de béton0 Aussi bien dans le profilé d'acier que dans la plaque en béton sont provoquées des contraintes qui sont dirigées exactement en sens inverse de celles de la figure 5» 40 La figure 7 montre la superposition des diagrammes selon les 72 07392 s 2128569 figures 5 et 6. Le diagramme 16 du profilé d'acier montre un rapport équilibré entre les sollicitations maximales à la membrure inférieure et à la membrure supérieure. Dans la plaque en béton 6 la contrainte au bord de -plaque supérieure selon le diagramme 17 est 5 contre-carrée. Sur le bord inférieur il ne se produit plus de contraintes normales positives ou de traction. La figure 8 montre l'invention en corrélation avec une poutre 1 qui, en tant que poutre continue, s'étend d'un point d'appui 19 à un deuxième point d'appui terminal 20 en passant sur un point d' 10 appui 18. Le long des zones 21 et 22 dans lesquelles on peut s'attendre à des contraintes de traction dans la membrure inférieure de la poutre 1 sont montés sur la poutre 1 des éléments de renforcement 2. De même dans la zone du point d'appui 18 dans laquelle on peut s' attendre à des contraintes de traction de la membrure supérieure 15 il est prévu un élément de renforcement 2. On a représenté à la figure 9 un élément de renforcement vu en coupe à plus grande échelle. Les éléments de pré-contrainte 4 sont engagés dans des gaines et sont mis sous tension après durcissement du béton J. Après la mise en pré-contrainte les éléments de 20 pré-contrainte sont liés solidairement au béton 3 qui les entoure au moyen de mortier de ciment injecté sous pression. En outre l'élément de renforcement 2 contient une armature non tendue 24 qui empêche les fissurations notamment à l'état ae finition et pendant le transport. Selon un mode de réalisation avantageux cette armature 25 non tendue consiste en un panneau de tissu métallique ou treillage correspondant à la longueur de l'élément de renforcement 2 qui est recourbé en tube fermé. Les éléments de pré-contrainte 4 sont, dans la figure 9, disposés excentriquement dans l'élément de renforcement. 2 par rapport à l'axe médian. Grâce à cette disposition on peut 30 agir sur la sollicitation à la flexion de l'élément de renforcement 2 et la commandero Dans le cadre de l'invention les mesures proposées ci-dessus peuvent également être avantageusement prévues sur des constructions déjà existantes et les mesures selon l'invention sont utilisables 35 selon diverses combinaisons comme le montre l'exemple d'une poutre continue représentée à la figure 8» 72 07392 9 2128569 REVENDICATIONS 1. Poutre renforcée en acier ou/et béton dans laquelle, pour éviter des fissurations en raison de contraintes normales positives ou de traction, celle-ci est mise en pré-contrainte en compression, 5 caractérisée en ce qu'un élément de renforcement particulier, mis en pré-contrainte en compression, qui est muni de béton, de préférence avec une armature en fer, et dont la longueur correspond sensiblement à la zone dans laquelle on peut s'attendre à des contraintes normales positives ou de traction dans la membrure associée de la 10 poutre à renforcer, est relié solidairement à la poutre dans les parties terminales. 2. Poutre selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de renforcement reste mobile en translation entre les extrémités par rapport à la poutre. 15 3* Poutre selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'élément de renforcement est disposé en dessous de l'axe neutre sur la poutre pour exercer une force de pression sur la membrure inférieure de la poutre. 4. Poutre selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce 20 que l'élément de renforcement est monté sur la poutre au-dessus de l'axe neutre et exerce une force de pression sur la membrure supérieure de la poutre® 5. Poutre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que, avec une poutre continue passant sur un ou 25 plusieurs d'appui intermédiaires, il est prévu des éléments de renforcement montés sur la membrure inférieure de la poutre le long de la zone dans laquelle on peut s'attendre à des contraintes de traction dans la membrure inférieure et en ce que, dans la zone du point d'appui dans laquelle on peut s'attendre à des contraintes de 30 traction dans la membrure supérieure, un élément de renforcement est monté sur celle-ci. 6. Poutre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5» caractérisée en ce q.ue, entre les extrémités de la poutre à renforcer, il est prévu une ou plusieurs liaisons solidaires supplémentai- 35 res entre la poutre et l'élément de renforcement. 7. Poutre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que des blocs de pré-contrainte sont fixés aux extrémités de l'élément de renforcement au moyen de boulons filetés et en ce que lesdits blocs de pré-contrainte jouent le rôle de cons- 40 truction portante® 72 07392 10 2128569 80 Poutre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7» caractérisée par des éléments de pré-contrainte disposés excentri-quement dans l'élément de renforcement ou bien de forme courbe0 9<> Poutre selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, 5 caractérisée en ce qu'il existe dans l'élément de renforcement une armature non tendue notamment sous la forme d'un treillage en tissu métallique qui a notamment pour rôle d'empêcher les fissurations à l'état fini notamment pendant le transport» 10o Procédé pour la fabrication de poutres renforcées en 10 acier ou/et en béton selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans laquelle, pour empêcher des fissurations en raison de contraintes normales positives ou de traction dans le béton, celui-ci est mis en pré-contrainte en compression, caractérisé en ce qu'un élément de renforcement particulier fait en béton avec, de préfé-15 rence, une armature métallique, est mis en pré-contrainte en compression, l'élément de renforcement ayant une longueur qui correspond sensiblement à la zone dans laquelle on peut s'attendre à des contraintes de traction dans la membrure associée de la poutre à renforcer, et en ce que l'élément de renforcement est relié soli-20 dairement à la poutre en ses parties terminales. llo Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'élément de renforcement est disposé de telle façon qu'il reste mobile en translation par rapport à la poutre entre les extrémités ou entre des points de liaison déterminés avec la poutre» 25 12» Procédé selon la revendication 10 ou 11, selon lequel l'armature dans l'élément de renforcement est mise en pré-contrainte, puis le béton est mis en place de façon qu'il entoure l'armature mise en pré-contrainte et adhère directement à celle-ci et enfin, après durcissement du béton, l'armature est relâchée. 30 13» Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que l'armature est prévue dans des parties creuses (gaines) à l'intérieur du béton de l'élément de renforcement et en ce qu'après le durcissement du béton, l'armature mise en pré-contrainte est ancrée. 35 14» Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que les éléments de pré-contrainte (armature) sont engagés dans des gaiu.es, puis sont tendus après durcissement du béton et, après la mise en pré-contrainte, sont rendus solidaires du béton qui les entoure au moyen de mortier de ciment injecté sous pression. 40 15» Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que 72 07392 h 2128569 le réglage de la pré-contrainte est effectué après le montage» 16„ Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 15, caractérisé en ce que l'élément de renforcement n'est mis en place sur la poutre à renforcer qu'après que celle-ci a été montée à son emplacement définitif. 17o Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 16, caractérisé en ce que l'élément de renforcement est relié à la poutre à renforcer le plus possible dans le voisinage des appuis0