Brevet FR2167539A1 — publié le 19730824

La présente invention est relative à un procédé de réalisation d'une poutre constituée d'une armature rigide pré-sollicitée à laquelle on solidarise du béton sur au moins une partie de sa surface. Les procédés connus peuvent être décrits brièvement comme suit: On a proposé de soumettre d'abord une armature métallique rigide à une flexion préalable, dite pré-flexion, puis d'enrober de béton au moins une fraction de la partie de l'armature soumise à traction par suite de cette flextion, ensuite de maintenir fléchie l'armature enrobée de béton pendant le durcissement de celui-ci et enfin de supprimer la cause de la flexion après durcissement du béton. Cette pnflexion induit dans chaque section transversale de l'armature rigide des contraintes normales résultant en un couple de forces, l'une de traction et l'autre de compression, toutes deux de même valeur absolue. Ces procédés présentent les principaux inconvénients suivants 1. Pendant la durée de la pré-flexion, la section de la semelle comprimée de l'armature rigide, doit être sensiblement de la même importance que la section de la semelle tirée, et losrqu'à l'état final, la poutre s'intègre dans une structure comprenant une dalle en béton armé, en contact avec ladite semelle comprimée l'on aboutit à un excès de matière dans celle-ci, vu la capacité de la dalle à résister elle aussi à des forces de compression. 2. Pendant la durée de la pré-flexion, on est oblige de prévoir pour la semelle comprimée des dispositifs antidéversement, tels que contreventements, guides, fixations temporaires à des éléments rigides extérieurs, etc.. 3. La grande importance relative des déformations de pré-flexion en rapport avec le grand écart algébrique entre les contraintes de pré-flexion des fibres extrêmes et en rapport également avec les contraintes d'effort tranchant ; ces déformations entralnent fréquemment la nécessité de recourir à d'importantes contre-flèches tant de l'armature rigide que du béton précomprimé . 4. L'impossibilité de pré-solliciter en une seule opération plus de deux armatures rigides. La présente invention remédie à ces inconvénients, elle propose de soumettre une armature rigide à section symétrique ou non par rapport à un axe perpendiculaire au plan de flexion qui, même seule, forme une poutre résistant à la flexion, composée au moins d'une ame pleine, ajourée ou en treillis et d'une semelle inférieure, à une traction sensiblement parallèle à son axe longitudinal sur au moins une partie de sa longueur. La traction étant obtenue par l'application de deux forces ou de deux groupes de forces dont les résultantes sont égales et opposées, ces forces ou groupes de forces sont maintenues pendant que l'on solidarise du béton à au moins une partie de l'armature rigide comprenant au moins une fraction de ses fibres tendues et après solidarisation du béton, on libère l'armature des forces ou groupes de forces, ce qui a pour effet de pré-comprimer au moins une partie du béton. On applique de préférence l'effort de pré-traction à un niveau proche des fibres les plus tendues en service, de manière à obtenir dans ces fibres, lors de cette pré-sollicitation les contraintes de traction maximales, tout en minimisant l'effort de compression aux fibres opposées, voire même en changeant son signe ; on peut de cette manière réduire substantiellement la section de la semelle comprimée par les charges de service, en évitant tout ou partie de l'excès de matière nécessaire uniquement lors de la pré-sollicitation, et exploiter ainsi davantage une semelle comprimée en béton ou béonarme constituant éventuellement la dalle de l'ouvrage. On arrive également à minimiser, voire à supprimer, les sujétions inhérentes au danger de déversement. On constate que par le procédé suivant l'invention, d'une part la différence algébrique entre les contraintes aux fibres extrêmes et opposées pendant la pré-sollicitation de l'armature rigide est sensiblement plus faible que la valeur correspondante en cas de pré-flexion, et d'autre part la pré-sollicitation suivant l'invention n'induit plus d'effort tranchant ; il en résulte une sensible réduction de la déformation par flexion, ce qui est particulièrement avantageux, car cela permet de réduire l'importance des contre-flèches, voire de les supprimer. En outre, l'on obtient un diagramme plus avantageux de pré-compression dans le béton inférieur, la variation des contraintes de pré-compression sur la hauteur de ce béton étant moins intense que dans le cas de la pré-flexion. La pré-sollicitation se ramenant à l'application de forces longitudinales, on peut les appliquer en une fois à une série d'armatures rigides reliées entr'elles et disposées dans le prolongement l'une de l'autre. D'autres avantages et détail s de l'invention ressortiront de la des cription qui va suivre et qui est donnée à titre d'exemple non limitatif en se référant aux dessins annexés qui représentent: - la figure 1 est une coupe transversale dans une poutre complète à armature régide présollicitée; - les figures 2 et 2a : une coupe transversale dans une armature rigide seule; - la figure 3 est un diagramme des contraintes normales dans l'armature rigide, représentée à la figure 2 tel qu'on peut l'obtenir par préflexion; - la figure 4 est une coupe transversale dans une armature rigide seule, renforcée pour permettre une pré-flexion - la figure 5 est un diagramme des contraintes normales dans l'armature rigide, représentée à la figure 4 tel qu'on peut l'obtenir par préflexion; - la figure 6 est un diagramme des contraintes normales dans l'armature rigide représentée à la figure 2a tevqu'on l'obtient par pré-traction au niveau du centre de gravité de l'armature;; - la figure 7 est un diagramme des contraintes normales dans l'armature rigide représentée à la figure 2a tel qu'on l'obtient par pré-traction à un niveau compris entre le centre de gravité et le bord inférieur du noyau central de l'armature; - la figure 8 est un diagramme des contraintes normales dans l'armature rigide représentée à la figure 2a tel qu'on l'obtient par pré-traction au niveau du bord inférieur du noyau central de l'armature - la figure 9 est un diagramme des contraintes normales dans l'armature rigide représentée à la figure 2a tel qu'on l'obtient par pré-traction à un niveau compris entre le bord inférieur du noyau central et le bord inférieur de la section de l'armature - la figure 10 est un diagramme des contraintes normales dans l'armature rigide représentée à la figure 2a tel qu'on l'obtient par pré-traction à un niveau inférieur au bord inférieur de la section de l'armature; - la figure 11 est une coupe transversale dans une variante de réalisation de l'armature rigide, la semelle inférieure et l'ame étant métalliques et la semelle supérieure en acier et béton. - la figure 12 est une coupe transversale dans une variante de réalisation de l'armature rigide, la semelle inférieure étant métallique, l'a me et la semelle supérieure en acier et béton; - la figure 13 est une coupe transversale dans une variante de réalisation de l'armature rigide, les semelles étant métalliques et l'amie en acier et béton - la figure 14 est une coupe transversale dans une poutre complète dont l'armature rigide pré-tirée a été complètée par des armatures non rigides - la figure 15 est une élévation d'une armature rigide pré-tirée sur une partie de sa longueur par des forces dont les zones d'application sont concentrées;; - la figure 16 est une élévation d'une armature rigide pré-tirée sur une partie de sa longueur par des forces dont les zones d'application sont réparties sur une certaine longueur; - la figure 17 est une élévation d'une armature rigide à la fois prétirée et pré-fléchie - la figure 18 est une élévation schématique d'une série d'armatures rigides reliées ente'elles dans le prolongement l'une de l'autre et pré-tirées simultanément; Dans ces différentes figures, les memes notations de référence désignent des éléments identiques. A la figure 1 on a représenté la coupe transversale d'une armature rigide 1 comprenant une semelle inférieure 2, une âme 3 et une semelle supérieure 4. La partie inférieure de l'armature 1 est enrobée de béton précomprimé 5. Le reste del'armature rigide est enrobée de béton armé ou non 6. Le point 7 est le centre de gravité de l'armature rigide 1. Les points 8 et 9 sont respectivementoles bords inférieur et supérieur du noyau central de l'armature rigide 1. I1 faut remarquer que la semelle 4 est beaucoup moins importante que la semelle 2 étant donné que sous charges de service, la semelle 4 est aidée par le béton 6 pour reprendre l'effort de compression alors que la semelle 2 doit reprendre, à elle seule, l'effort de traction égal et de signe opposé à l'effort de compression susdit, ceci en négligeant la faible part des efforts normaux reprise par l'amie 3. Le diagramme de la figure 3 montre qu'une armature rigide assymétrique, telle que celle représentée à la figure 2, ne pourrait supporter une pré-flexion par un moment M induisant à la semelle inférieure Z ùne contrainte de traction représentée par l'abscisse 11, limite de service car la contrainte correspondante de compression représentée par l'abscisse 12 dans la semelle 4 serait notablement plus grande et donc inadmissible d'autant plus qu'il faudrait tenir compte pour la semelle 4 du danger d'instabilité. On arrive à cette même conclusion en constatant que lors de la pré-flexion, la résultante des contraintes de compression F' est égale et de signe opposé à la résultante des contraintes de traction F, les deux résultantes F et F' formant le couple de pré-flexion M et que pour résister à F' l'on dispose de moins de matière que pour résister à F. En conséquence le procédé de pré-flexion oblige à recourir à une armature rigide 1 sensiblement symétrique, donc plus lourde et telle que représentée à la figure 4. Cette armature 1 étant celle représentée à la figure 2 renforcée par une semelle complémentaire 10. Le diagramme de la figure 5 montre que les contraintes extrêma de traction représentée par l'abscisse 11 et de compression représentée par l'abscisse 12a sont sensi- blement égales et de signe contraire lorsqu'on pré-fléchit l'armature renforcée (1, 10) telle que représentée à la figure 4. Le procédé suivant la présente invention permet notamment d'éviter l'excès de matière à la semelle supérieure 4 et les difficultés inhérentes à son instabilité. En effet, au lieu d'agir sur l'armature rigide 1 (fig. 2a) par un couple de pré-flexion M, on agit par une force de pré-traction N suivant l'une ou l'autre des figures 6 à10. Les diagrammes des figures 6 à10 font ressortir qu'en remplaçant le couple de pré-flexion M par la pré-tractionN on crée des contraintes qui, tout en atteignant la valeur souhaitée (contrainte de traction), représentée par l'abscisse 11, généralement égale à la contrainte de service, à la semelle inférieure 2, n'atteignent pas des valeurs inadmissibles (contrainte de compression) représentées par les abscisses 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, à la semelle supérieure 4.De plus en variant la valeur et le niveau d'application de la pré-traction N, on peut obtenir à la semelle supérieure 4 diverses contraintes extrêma souhaitées en valeur et signe tout en ne changeant pas la contrainte extrêmum de traction représentée par l'abscisse 11 à la semelle inférieure 2. Aux figures 11,12,13, on a représenté des variantes de réalisation de l'armature rigide 1, successivement à la figure 11 la semelle inférieure Za et l'amie 3a étant métalliques, la semelle supérieure 4a en acier et en béton,, à la figure 12 la semelle inférieure Za étant métallique, l'amie 3b et la semelle supérieure 4b en acier et béton, à la figure 13 la semelle inférieure 2a et la semelle supérieure 4c étant métalliques et l'amie 3c en acier et en béton. A la figure 14 on a représenté une poutre complète dans laquelle la semelle inférieure 2 de l'armature rigide 1 est renforcée par des armatures non rigides 13 et 14 qui peuvent être pré-tirées ou non, de même nuance d'acier ou non que la semelle inférieure 2 ou encore de nuances variées ou non entr'elles. Ce renforcement permet d'exploiter le meilleur rapport résistance-prix d'armatures non rigides de qualité égale ou supérieure à celle des armatures rigides, il permet aussi d'éviter les frais de liaison directe telle que soudure, entre des renforcements et l'armature rigide. La semelle supérieure 4 renforcée par le béton 6 peut recevoir un complément deren- forcement sous forme d'armatures non rigides 15. Aux figures 15 et 16 on montre que les forces de pré-traction peuvent être appliquées sur toute ou une partie de la longueur d'une armature rigide 1, ces figures montrent aussi que les zones d1application des forces de pré-traction peuvent être localisées sur des surfaces restreintes 16 ou sur des surfaces plus étendues 17. A la figure 17 on montre une armature rigide 1 pré-sollicitée à la fois par une pré-traction N et par une pré-flexion M = P x-Q. Cette combinaison offre l'avantage de réaliser une pré-traction polygonale suivant ABCD au lieu de AD, ce qui permet 1) de descendre le niveau de la pré-traction N, dans la partie centrale de l'élévation de l'armature rigide, tout en appliquant cette pré-traction à un niveau plus élevé et donc plus commode. En effet l'application des forces N à un niveau très bas nécessite des attaches compliquées et encombrantes qui pourraient empiéter sur l'espace du coffrage du béton précomprimé 5. 2) d'obtenir les contraintes désirées de pré-traction à la semelle inférieure 2 de l'armature rigide au moyen de forces de pré-tractionN plus faibles. La pré-traction simultanée d'une série d'armatures rigides comme représentée à la figure 18 permet la fabrication simultanée de plusieurs poutres suivant le procédé et offre ainsi les avantages d'un meilleur rendement du banc de pré-traction (non représenté) et d'une économie de main d'oeuvre. I1 est évident que la présente invention n'est par ailleurs pas limitée aux formes de réalisations décrites ci-dessus et représentées aux dessins annexés, et l'on ne sortirait pas de son cadre en y apportant des modifications pouvant changer la forme, la disposition, l'aspect de la poutre finale à condition que ces modifications ne soient pas en contradiction avec l'objet de chacune des revendications qui vont suivre. De même, le procédé décrit ci-dessus ne se limite pas à des poutres simples mais est également applicable à des consoles, poutre continues à travées multiples, à des portiques, etc. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une poutre constituée d'une armature rigide présollicitée qui, même seule, forme une poutre résistant à la flexion et qui comprend une âme pleine, ajourée ou en treillis et au moins une semelle, caractérisé en ce que l'on soument ladite armature rigide à une traction sensiblement parallèle à son axe longitudinal, sur au moins une partie de sa longueur, en appliquant deux forces ou deux groupes de forces dont les résultantes sont égales et opposées, en ce que l'on maintient ces forces ou groupes de forces pendant que l'on solidarise du béton à au moins une partie de l'armature rigide comprenant au moins une fraction de ses fibres tendues, en ce que, après le durcissement de ce béton et sa solidarisation à l'armature rigide, l'on supprime les forces ou groupes de forces susdites ce qui a pour effet de pré-comprimer au moins une partie dudit béton. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on aligne les résultantes plus près des fibres extrêmes de l'armature rigide dont les contraintes provoquées par les sollicitations de service sont des tractions que de celles dont les contraintes correspondantes sont des compressions. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on aligne les résultantes avec une excentricité par rapport aux centres de gravité des sections transversales de l'armature rigide, du côté des fibres extrêmes de l'armature rigide dont les contraintes provoquées par les sollicitations de service sont des tractions. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on prévoit que la semelle tendue de l'armature rigide est métallique, ses autres parties étant purement métalliques ou en béton et acier combinés. 5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendication 1 et 4, caractérisé en ce que l'on renforce la zone tendue de la poutre par des armatures non rigides tirées avant la réalisation du béton pré-comprimé. 6. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'on répartit sur une certaine longueur la zone d'appli cation d'au moins une des résultantes à l'armature rigide. 7. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1,2 et 3, caractérisé en ce que l'on concentre la zone d'application d'au moins une des résultantes à l'armature rigide. 8. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on solidarise le béton pré-comprimé à la semelle tendue de l'armature rigide sur au moins une partie du contour de cette semelle. 9. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1, 4, 8, caractérisé en ce que l'on complète la poutre constituée par l'armature rigide et le béton pré-comprimé par une nouvelle partie en béton ou en béton armé constituant au moins une partie de la semelle comprimée de la poutre finale. 10. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1,4,8, caractérisé en ce que l'on complète la poutre constituée par l'armature rigide et le béton pré-comprimé par une nouvelle partie en béton ou en béton armé constituant au moins une partie de l'amie de la poutre finale. 11. Procédé suivant l'une ou l'autres des revendications 1,4,5,8,9, 10, caractérisé en ce que l'on renforce la zone tendue de la poutre par des armatures non rigides pré-tirées après durcissement du béton pré-comprimé. 12. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1,4, 8, 9, 10, 11, caractérisé en ce que l'on renforce la zone tendue de la poutre par des armatures non rigides et non pré-tirées. 13. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 5, 11 ou 12, caractérisé en ce que l'on prévoit des armatures non rigides en acier de la même nuance que celle de l'armature rigide. 14. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 5,11 ou 12, caractérisé en ce que l'on prévoit des armatures non rigides en acier de nuances différentes de celle de l'armature rigide. 15. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on soumeLl'armature rigide d'une part à une traction excentrique ou non et d'autre part alune flexion par l'action de forces transversables. 16. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on solidarise à l'armature rigide du béton pré-durci. 17. Procédé suivant ltune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on applique en une fois les résultantes à deux ou plusieurs armatures rigides. 18. Procédé suivant la revendication 17, caractérisé en ce que l'on aligne et relie entr'elles les armatures rigides, l'une dans le prolongement de l'autre. 19. Poutre réalisée par le procédé décrit dans l'une quelconque des revendications ci-dessus.