Brevet FR2203000A1 — publié le 19740510

La présente invention concerne un procédé pour la mise en précontrainte dans une structure mixte et plus particulièrement une méthode pour la mise en précontrainte de la partie en béton d'une structure mixte métal-béton ou acier-béton0 On appalle structure mixte une structure dans laquelle un des éléments constituant est solidarisé avec l'autre, par exemple une dalle en béton armé solidarisée avec une semelle métallique au moyen de connecteurs. On connait de telles structures mixtes mises en précontrainte. I1 existe par exemple un procédé pour mettre en précontrainte une dalle acier-béton, soit par les cibles de précontrainte traversant le béton, soit par la semelle métallique ellemême mais alors par préflexion de celle-ci. La présente invention a pour but de réaliser un procédé de mise en précontrainte du béton dans une structure mixte métal-béton et plus particulièrement acier-béton, ne faisant pas appel à la traction de cibles ou à la préflexion de semelles métalliques. Ce procédé, comme on le comprend, est particulièrement avantageux pour la construction de ponts mixtes. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de mise en précontrainte du béton dans une structure mixte métal-béton caractérisé en ce que pendant le durcissement du béton on maintient par chauffage l'élément métallique qui est en contact avec l'élément en béton à une température supérieure à scelle de cet élément en béton0 Lorsque le béton, resté froid, a atteint une résistance suffisante on interrompt le chauffage L'élément métallique se refroidit et entrasse alors, par suite de son raccourcissement, une mise en précontrainte de la dalle en contact avec lui. Il va de soi que le chauffage de la partie métallique est obtenu par une source de chaleur extérieure, de manière connue, par exemple par une rampe à gaz ou une résistance électrique. Le maintien à des températures différentes du béton et de Placier est rendu possible, à l'exclusion d'une mince couche de transition, grace à la grande différence de conductibilité thermique des deux matériaux. La portion de béton en contact immédiat avec la partie métallique acquiert d'ailleurs rapidement ses propriétés isolantes, par suite de l'accélération du durcissement du béton due à la chaleur. Le procédé ci-dessus peut, en outre, comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes a/ le métal est de 11 acier, b/ la température de chauffage de l'élément métallique est cal culée selon la précontrainte désirée, à partir des dimensions et de la nature des deux éléments de la structure mixte et en tenant compte des réactions hyperstatiques dues à la dilata tion de l'élément métallique, c/ le début du chauffage coïncide avec le commencement de la prise du béton, afin que celui-ci possède la déformabilité suffisante pour subir, sans dommages, l'allongement de l'été ment métallique, et le temps de maintien en température cor respond au temps nécessaire au béton pour atteindre une ré sistance à la compression supérieure à la précontrainte à laquelle il sera soumis après refroidissement de la partie métallique, d/ le maintien à des températures différentes du métal et du béton est favorisé par l'application préalable sur le métal d'un revêtement ayant des propriétés isolantes, e/ la structure mixte est un pont métallique mixte à travées continues avec poutres sous chaussée. Â titre d'exemple, pour une précontrainte à 60 bars,en utilisant un béton de type Portland à 400 kg, le temps de maintien en température ne devrait pas excéder 36 heures, mtme par temps froid, l'échauffement au-dessus de la température ambiante étant compris entre 40 et 60 a. Afin de mieux faire comprendre l'invention, on décrira ci-iessous un mode de réalisation concernant les ponts mixtes, à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé dans lequel : La FIG. 1 est une vue partielle en coupe d'une structure mixte acier-béton pendant l'application du procédé selon l'invention La FIG. 2 est une vue partielle schématique en coupe longitudinale d'un pont mixte acier-béton pendant l'application du procédé ; La FIG. 3 est une coupe à plus grande échelle par III - III de la Figure 2 ; et La FIG. 4 est une vue analogue, à plus grande échelle, à celle de la Pigure 3, montrant en outre la disposition du coffrage. La FIG. 1 montre une structure mixte constituée par une poutre métallique 1 sur laquelle est appliquée une dalle en béton 2 avec interposition d'une plaque métallique 3. Des organes connecteurs 4, dans le cas présent des goujons, sont soudés sur la plaque 3 et solidarisent la plaque avec le béton. La plaque peut être solidarisée avec la poutre 1 par tout moyen approprié , par exemple par soudage. On voit également sur la figure des brtleurs à gaz 5 pour chauffer la plaque lorsqu'on applique le procédé selon l'invention, et on voit aussi en 6 la repreaenta- tion schématique d'une zone dans laquelle le béton a subi une transforiation due à la chaleur comme on le verra plus loin. Les FIGS. 2 et 3 représentent partiellement un pont mixte acier-béton qui est constitué d'une manière un peu analogue à l'élément de la FIG. 1 e Ce pont est formé essentiellement par une poutre 1 sur laquelle repose une dalle en béton armé 2, solidarisée avec la poutre par des organes connecteurs 4. La poutre 1 repose sur des appuis intermédiaires 7. Les brtleurs pour le chauffage ont été ici indiqués en 5. Comme on le voit, ces brdleurs chauffent la partie supérieure de l'ae de la poutre 1 ainsi que les ailes supérieures de celleci. Afin de ne pas provoquer un échauffeient trop grand du béton, on utilise de préférence un coffrage en bois 8. Ce coffrage,qui est représenté schématiquement sur les FIGS. 3 et 4, est soutenu par des supports triangulés g. Pour utiliser le procédé selon l'invention, les ailes supérieures la de la poutre 1 sont chauffées par les bradeurs 5 peu après qu'elles ont été recouvertes par la dalle en béton 2. Ce chauffage est effectué dans les zones 10 des moments négatifs, cest à dire dans les zones situées au-dessus des appuis intermédiaires 7 et de part et d'autre de ceux-ci, comme on le voit sur la FIG. 2. Lorsque les ailes sont chauffées, il se produit une diffusion de la chaleur dans l' me de la poutre 1 et dans la dalle 2 åusqu'å ce qu'un régime d'équilibre s'installe entre les deux éléments en fonction de la conductibilité et de la dissipation de la chaleur dans chaque matériau. Comme on le voit sur les Figures, dans ce type d'ouvrage, la surface de contact entre les ailes supérieures de la poutre métallique et le hourdis en béton armé est très faible par rapport à la surface totale de la dalle. Il en résulte que la zone subissant le chauffage est elle-même très réduite, d'autant plus que, dès le début du chauffage, le béton situé immédiatement au dessus de la semelle constituée par les ailes de la poutre,durcit dans la zone indiquée en 6, en formant une pellicule isolante.Cette pellicule limite la propagation de la chaleur Le béton et l'acier possèdent des coefficients de dilatation pratiquement identiques, de sorte que la pellicule isolante située au contact de l'acier s'allongera sensiblement de la même quantité que la semelle métallique puisqu'elle sera portée à la 8me température sur une faible épaisseur. Ce phénomène sera atténué si l'on a prévu l'application sur le métal d'un revête- ment ayant des propriétés isolantes. Lors de la suppression du chauffage, le raccourcissement de l'acier ntentratnera prati- quement pas de précontrainte dans cette couche.S'il y en a une, elle sera très faible0 Par contre, le raccourcissement des connecteurs 4 entratnera un ettage de cette couche en béton,limi- tant ou annulant sa fissuration. En outre, cette couche est très proche de l'axe neutre il , de sorte que les contraintee dues aux surcharges sont limitées. A titre d'exemple, pour un pont métallique mixte à trois travées continues, d'une portée un pen supérieure à 200 mètres, et pour lequel nous avons envisagé une précontrainte de la dalle surmontant les appuis centraux de 50 bars, l'échauffement néces- saire au-dessus de la température ambiante se situe entre 47 et 540 a. Cons on le comprend,le procédé décrit présente l'avantage d'une grande facilité d'utilisation tison intérdt primordial par rapport aux procédés de précontrainte utilisant la dénivellation d'appuis employés jusqu'ici est de pouvoir s'appliquer à des ouvrages continus, comportant un grand nombre de travées de longueurs quelconques. - xEVENDICATIONS - 1 - Procédé de mise en précontrainte du béton dans une structure mixte mtal-béton caractérisé en ce que, pendant le durcissement du béton, on maintient par chauffage l'élément métallique en contact avec ltélément en béton à une température supérieure à celle de cet élément en béton. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le métal est de l'acier. 3 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la température de chauffage de l'élé- ment métallique est calculée selon la précontrainte désirée, à partir des dimensions et de la nature des deux éléments de la structure mixte et en tenant compte des réactions hyperstatiques dues à la dilatation de l'élément métallique. 4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications i à 3,caractérisé en ce que le début du chauffage coïncide avec le commencement de la prise du béton, afin que celui-ci possède la déformabilité suffisante pour subir sans dommages l'allonge- ment de l'élément métallique, et le temps de maintien en température correspond au temps nécessaire au béton pour atteindre une résistance à la compression supérieure à la précontrainte à laquelle il sera soumis après refroidissement de la partie métallique. 5 - Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le maintien à des températures différentes du métal et du béton est favorisé par l'application préalable sur le métal d'un revêtement ayant des propriétés isolantes. 6 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la structure mixte est un pont métallique mixte à travées continues avec poutres sous chaussée.