Brevet FR2163382A1 — publié le 19730727

La présente invention est relative à la technique de béton oré- contraint et concerne en particulier des armatures permettant la fabrication industrielle en grande série d'éléments en béton précontraint. On sait qu'à l'heure actuelle on procède soit par tension préalable des aciers dans les moules avant la coulée du béton (pré-tension) soit par mise en tension des armatures après durcissement du béton (post-tension). Dans le premier cas, les moules ainsi que les dispositifs de mise en tension des armatures en acier restent immobilisés jusqu'à ce que le béton soit assez résistant pour supporter l'effort de précontrainte. La. mise en place des armatures dans les moules ou bancs de moules est particulièrement fastidieuse lorsqu'on utilise de nombreux fils en acier dur de faible diamètre pour s'affranchir des ancrages d'extrémité dont le prix devient prohibitif pour des pièces relativement courtes et de faible volume comme les traverses de chemin de fer. La distribution et la coulée du béton dans les moules, la vibration, la coupe des aciers et. sont des opérations peu compatibles avec les impératifs de la mécanisation et de l'automatisation.La nécessité d'attendre que le béton ait atteint la résistance suffisante pour autoriser le relâchement des armatures impose une durée relativement longue des cycles et par consé- quent, des investissements coûteux et une surface très grande par rapport à la production journalière. On est alors amené à tenter de réduire la durée des cycles, mais par des moyens très couteux, tels que étuvage, dosage élevé en ciment à haute résistance initiale, agrégats de qualité exceptionnelle, Par ailleurs, le report prématuré de la précontrainte sur le béton limite à la fois la valeur de la précontrainte unitaire admissible et le rendement des aciers utilisés, par suite de l'importance des phénomènes de retrait et de fluage du béton dans ces conditions. Dans le deuxième cas, c'est-à-dire lorsqu'on emploie le procédé de post-tension des armatures, il est possible de mouler les éléments de béton de manière rationnelle, notamment en effectuant un démoulage immédiat et ne mettre les armatures sous tension qu'au moment de la livraison des produits. Mais il faut alors, soit empêcheur les armatures d'adhérer au béton pour pouvoir les mettre ultérieurement en tension lorsque le béton est devenu assez résistant, soit ménager dans celui-ci des canaux longitudinaux dans lesquels on introduit ultérieurement les armatures. De plus, ce procédé fait généralement emploi de dispositifs coûteux pour exercer la tension sur les armatures et la reporter sur le béton, sans le secours de l'adhérence. Enfin la post-adhérence des armatures ainsi que la protection de celles-ci contre la corrosion sont réalisées, de façon précaire d'ailleurs, par l'injection de mortier dans les canaux. Les avantages économiques de la production des éléments en béton précontraint par le procédé de post-tension sont donc remis en cause par les opérations délicates et artisanales qui doivent etre effectuées lors de la mise en précontrainte et de la finition des produits On a également tenté de préparer des armatures afin de les placer en état de pré-tension et sous une forme telle qu'elles soient susceptibles d'etre manipulées et stockées dans cet état préalablement à leur incorporation dans un moule ou dans un coffrage, des moyens étant associés à cette armature pour supporter l'effort de pré-tension qui est ensuite reporté sur le béton après durcissement suffisant de ce dernier.Ceci a conduit à réaliser des ensembles comprenant un organe extérieur creux formant l'armature, un organe intérieur ou noyau reçu dans l'armature, et des ancrages disposés au voisinage des extrémités de l'organe extérieur et permettant, à l'aide de moyens de traction et de clavettes appropriés de créer entre les deux organes l'effort de pré-tension convenable. Les applications pratiques de ce procédé ont toutefois été limitées à des cas très particuliers et notamment à des armatures souples de grande longueur, en raison du coût élevé des armatures creuses constituées par des cables en acier, et des ancrages complexes disposés au deux extrémités de ces armatures. L'invention se propose de remédier aux inconvénients des divers procédés mentionnés ci-dessus et de fournir un dispositif et un procédé d'armature qui se pretent particulièrement bien à la fabrication en grande série d'éléments en béton précontraint. Elle a principalement pour objet un procédé de mise sous tension d'une armature tubulaire destinée à la fabrication d'un élément en béton précontraint, par l'intermédiaire d'un noyau logé dans l'armature et sollicité en compression, caractérisé en ce qu on prévoit sur l'armature tubu laire une paroi délimitant un fond et une collerette radiale et, au voisinage d'une extrémité ouverte de cette armature, un rebord dirigé radialement vers l'extérieur, on place dans l'armature un noyau rigide en appui contre la paroi constituant le fond, on agit sur des moyens disposés à l'extrémité ouverte de l'armature et à l'extrémité adjacente du noyau pour établir entre ces deux organes la force de pré-tension requise et l'on utilise les memes moyens pour maintenir ces deux organes dans la position correspondant à ltétat de pré-tension de l'armature. Elle a également pour objet un dispositif d'armature destiné à la fabrication d'éléments en béton précontraint, du type comprenant un organe extérieur creux constituant l'armature proprement dite, un organe intérieur reçu dans l'armature, et des moyens pour maintenir entre ces deux organes une force de valeur déterminée qui sollicite le premier en traction et le deuxième en compression, caractérisé en ce que l'organe extérieur tubulaire comporte un fond, ouvert à une extrémité et présentant au voisinage de cette extrémité ouverte un rebord radial, l'organe intérieur étant un noyau rigide dont la longueur est voisine de la distance séparant le fond dudit rebord radial, des moyens de serrage étant disposés à l'extrémité ouverte du tube et coopérant avec cette extrémité et avec le noyau pour établir et maintenir entre le tube et le noyau ladite force de valeur déterminée. On dispose de la sorte d'un ensemble particulièrement facile à mettre en oeuvre puisqu'il comprend des moyens simples qui permettent d'assurer simultanément la mise sous tension du tube d'armature et son maintien dans cet état de pré-tension, cet ensemble étant de plus facile à stocker, à manipuler et à mettre en place dans le moule du fait de sa rigidité. Suivant un mode de réalisation préféré ces moyens sont ménagés directement sur les extrémités adjacentes du tube d'armature et du noyau et peuvent être, par exemple, du type à vis et écrou. Un apDlication particulièrement intéressante peut etre trouvée dans la fabrication en grande série d'éléments en béton précontraint de faible dimension, tels que des traverses de chemin de fer. C'est pourquoi l'invention a également pour objet un procédé de fabrication de tels éléments ainsi que les éléments eux-memes. Les caractéristiques essentielles et les avantages de l'invention considérée sous ses divers aspects, apparaltront au cours de la description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples et sur lesquels - la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif d'armature suivant I'inveri-tion - la Fig. 2 est une vue en coupe partielle à plus grande échelle d'une extrémité de ce dispositif; - la Fig. 3 est une vue analogue à celle de la Fig. 2 d'une variante - la Fig 4 est une vue analogue à celle de la Fig. I d'une autre variante - les Fig. 5 et 6 sont respectivement des vues en coupe longitudinale et en élévation transversale d'une traverse en béton comportant un dispositif d'armature suivant l'invention. - la Fig. 7 est une vue partielle en coupe d'une traverse mixte à laquelle l'invention est appliquée. On peut voir sur la Fig. 1 un dispositif d'armature suivant l'invention comprenant un élément extérieur constitué par untibe en acier 1 aux extrémités duquel sont fixées, par exemple au moyen d'une soudure par friction, deux plaques 2, 3. La plaque 2 délimite un fond 2a plein et une colle rette 2b de plus grand diamètre, alors que la plaque 3 de diamètre voisin de celui de la collerette 2b, est évidée dans sa partie centrale pour délimiter une ouverture 3a présentant à peu près le même diamètre que le diamètre intérieur du tube 1. A l'intérieur de ce tube se trouve un noyau central 4 qui peut être lui-même tubulaire ou plein et dont une extrémité est en butée contre le fond 2a.Sur la plaque d'extrémité 3 est rapportée une plaque de serrage 5 qui peut être rapprochée de la plaque 3 au moyen de boulons 6 vissés dans des trous taraudés prévus sur ladite plaque 3. On peut voir plus en détail sur la Fig. 2 l'extrémité active du dispositif représenté à la Fig. 1 c'est-à-dire l'extrémité où së trouvent la plaque 3 et la plaque de serrage 5. On comprend qu'en serrant les boulons 6 de manière progressive et uniforme, la plaque de serrage 5 comprime le noyau 4 en son centre tandis que la distance séparant les plaques 3 et 5 diminue sous l'effet de la déformation élastique en extension du tube 1 et de la déformation élastique correspondante en compression du noyau 3.Si lton désigne par d la distance dont le noyau 4 fait saillie par rapport au plan d'extrémité de la plaque 3, à l'état libre (Fig 2) on peut choisir cette distance d de telle façon que la tension correcte du tube 1 est obtenue lorsque la distance d est annulée, ceci facilitant l'exécution de l'opération par une main d'oeuvre non spécialisée. I1 est à noter que le jeu entre le tube 1 et le noyau 4 est assez faible pour empêcher le flambage du noyau soumis à une compression longitudinale elevée, mais il est suffisant pour que ce noyau coulisse librement à l'intérieur du tube lors de son introduction puis lors de son extraction ultérieure.Cette mise sous tension préalable du tube 1 ayant été effectuée on dispose d'un ensemble constitué par les éléments représentés à la Fig. 1, qui est prêt à être mise en place dans un moule en vue de la fabrication d'un élément en béton armé, comme cela sera expliqué ci-dessous dans une application particulière. Au préalable, on va décrire deux variantes de réalisation du dispositif d'armature représenté à la Fig. 1. Tout d'abord sur la Fig. 3, on a représenté en coupe partielle l'extrémité active d'un tel dispositif constitué par l'extrémité du tube 11 sur lequel est soudé par friction une plaque matricée 12 comportant des nervures radiales 13 destinées à améliorer l'ancrage dans le béton. Cette plaque d'extrémité comporte une partie tubulaire taraudée 14 et recevant un boulon 15 destiné à exercer une force de compression sur le noyau central 16 Ce noyau central 16 comporte à son extrémité un orifice 17 fileté ou de toute forme convenable, permettant son extraction lorsque le boulon 15 a été enlevé, une rondelle 18 est également prévue. Dans l'exemple de la Fig. 4, on retrouve un tube extérieur 21 comportant à une extrémité une plaque 22 constituant un fond et munie de ner vures 22a , et à son autre extrémité une deuxième plaque 23 munie également de nervures radiales 23a. Ces deux plaques sont soudées sur le tube 21 par friction. Dans ce tube est reçu un noyau central 24 comportant à son extrémité proche de la plaque 23 un épanouissement 25 fileté destinée à coopérer avec la partie interne taraudée de la plaque 23. Ce noyau se termine par une tête 26 analogue à celle d'un boulon, et une bague entretoise 27 peut être interposée entre cette tête et la face externe de la plaque, par exemple pour déterminer avec précision la distance sur laquelle le noyau doit être vissé dans le tube pour obtenir l'effort de tension désiré. Dans ces deux modes de réalisation, la mise en tension du tube peut être réalisée par vissage au moyen d'un vérin rotatif hydraulique, la mesure de l'effort de traction étant faite par mesure directe du couple de ser-. rage ou de l'enfoncement du boulon dans la plaque d'extrémité. On va maintenant décrire en se référant aux Fig. 5 et 6 l'application de l'invention à la réalisation d'un poutrelle de béton précontraint telle qu une traverse de chemin de fer. On voit sur la Fig. 5 un moule M en forme d'auge dans lequel est placé un dispositif d'armature de précontrainte tel que décrit en se référant aux Fig. 1 et 2. L'armature rigide est disposée entre les parois extrêmes P 1, P 2 du moule dans lesquelles sont ménagés des logements L adaptés pour recevoir les plaques d'extrémité 2 et 3. On peut voir en se référant à la Fig. 6 que le moule M est complété à ses deux extrémités par des pièces amovibles A assurant l'étanchéité au-dessus et autour des plaques 2 et 3 et contribuant au maintien de l'armature dans le moule pendant la phase ultérieure de vibration.Des moyens B peuvent également être prévus pour faciliter le centritge de l'armature dans ce moule. Lorsque l'armature est mise en place dans le moule, le tube 1 se trouve sous tension, par serrage préalable des boulons 6. Des frettes spirales F en acier dur sont par-ailleurs disposées autour de l'armature tubulaire pour renforcer le béton contre les forces radiales centrifuges qui s'exercent sur lui lorsqu'il subit la précontrainte. Cette armature ayant été mise en place, le moule M est rempli de béton puis vibré et comprimé. Le démoulage peut avoir lieu immédiatement de sorte que l'on peut utiliser une machine à mouler moderne et automatique.Lorsque le béton a atteint une résistance suffisante, après un séjour suffisamment long en étuve et/ou après un stockage pour durcissement naturel, les boulons 6 peuvent être dévissés et la plaque 5 démontée ce qui permet l'extraction du noyau central4 hors du tube. On comprend que la plaque de serrage 5 et le noyau central ayant été ôtés l'effort de compression exercé par le tube est reporté sur la masse de béton, en partie par l'adhérence et en partie par l'intermédiaire des plaques d'extrémité, réalisant ainsi la précontrainte de la poutrelle en béton. I1 suffit alors d'obturer l'orifice resté ouvert à l'une des extrémités du tube, après avoir éventuellement pulvérisé un produit protecteur et/ou chimiquement réducteur destiné à s'opposer à la corrosion interne du tuve d'armature.A titre d'exemple on peut indiquer que dans le cas d'une traverse en béton devant supporter une précontrainte finale de 30 tonnes, l'armature peut être constituée par un tube de 42 mm de diamètre extérieur et de 3 mm d'épaisseur. Un tel procédé de précontrainte répond beaucoup mieux que les procédés connus actuellement aux impératifs de l'organisation industrielle moderne et de la mécanisation. En effet la préparation de l'armature peut être faite dans un atelier spécialisé, situé par exemple à la source même d'approvisionnement des tubes. I1 comporte essentiellement une machine automatique à souder par friction en rotation qui met en oeuvre une technique très moderne qui, outre son bas prix de revient, a l'avantage d'être extrêmement rapide et de ne pas diminuer les caractéristiques mécaniques des aciers, même traités thermiquement au préalable. La mise en tension du tube, par réaction sur le noyau intérieur, est aisément mécanisée et facile à contrôler automatiquement par la mesure de l'effort ou de l'allongement élastique du tube. La mise en place de l'armature tubulaire sous tension dans le moule est d'autant plus facile et aisément mécanisable que sa forme est simple et de révolution autour de son axe longitudinal, et que cette armature tubulaire est très rigide. Si les pièces de béton à précontraindre ne sont pas trop longues, comme par exemple des traverses de chemin de fer, il suffit de faire reposer les extrémités du tube, c'est-à-dire les plaques soudées, sur des supports ménagés dans les extrémités du moule, pour en assurer parfaitement le maintien. Le moulage du béton et son démoulage sont réalisés facilement sur machine à mouler automatique, comme s'il s'agissait de béton armé ordinaire. Il n'est pas nécessaire d'étuver le béton, et les produits moulés peuvent durcir -naturellement sur parc pendant le temps nécessaire, 28 jours par exemple, ce qui réduit le coût des installations et améliore la qualité finale du béton. La mise en précontrainte du béton peut n'être effectuée qu au moment de la reprise au stock pour expédition au lieu d'emploi. Elle ne comporte que l'opération de relâchement de la liaison tube-noyau, sans aucune mesure ni contrôle d'effort, et ne nécessite pas de main-d'oeuvre spécialisée. Un des avantages marquants de ce procédé nouveau de réalisation de pièces en béton précontraint est que la force de précontrainte n'est exercée sur le béton que lorsque celui-ci a atteint sensiblement sa résistance maximale et lorsque l'adhérence du béton à l'armature tubulaire, de grande surface spécifique, qui est fonction de la résistance à la traction du béton, a aussi atteint une valeur proche du maximum. De plus le matériel immobilisé pendant Ia période de durcissement, 28 jours en principe, est de faible valeur. Ce matériel est en effet constitué essentiellement par les barres ou noyaux de réaction et par les boulons ou dispositifs équivalents, que l'on peut réutiliser le mois suivant. On a représenté sur la Fig. 7 une partie d'une traverse mixte constituée par deux blochets en bétons reliés par une entretoise E. Dans cet exemple l'entretoise est constituée par un tube 31 dont le diamètre peut être de l'ordre de 60 mm et de 3, 25 d'épaisseur pour posséder la résistance nécessaire, ce tube servant, dans chacun des alleux blochets , d'armature de précontraire et étant .p rétendu et mis en place conformémelt au procédé suivant l'invention. Etant donné que la longueur de tube en contact avec le béton est réduite dans ce cas à la longueur du blochet, on prévoit de plus à la périphérie externe de ce tube des stries ou autres irrégularités de surface destinées à améliorer l'adhérence entre le tube et le béton. Des frettes hélicoi'dales sont également prévues pour renforcer le béton contre les forces radiales centrifuges qui s'exercent au moment où le béton subi la précontrainte. Bien entenfiu, le dispositif et le procédé suivant l'invention peuvent faire l'objet de variantes et d'applications autres que celles mentionnées ci-dessus. En particulier la forme en section transversale du tube, du noyau et des plaques d'extrémité peut ne pas être circulaire et etre, par exemple, carrée, hexagonale ou autre. Les moyens de mise sous tension peuvent également faire l'objet de nombreuses variantes. kVNDICA'l'ONS 1 - Dispositif d'armature pour élément en béton précontraint, du type comprenant un tube rigide et des surfaces d'appui stétendant à peu près radialement à partir de la surface externe du tube, caractérisé en ce que lesdites surfaces sont délimitées par des plaques fixées en bout du tube, dont l'une délimite par ailleurs un fond, tandis que l'autre est percée dans sa partie centrale et comporte des moyens participant à la mise en tension du tube. 2 - Dispositif d'armature suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux plaques d'extrémité comportent chacune une partie cylindrique de même diamètre que celui du tube et elles sont soudées par friction sur les extrémités opposées du tube. 3 - Dispositif d'armature suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les plaques d'extrémité comportent des nervures sur leurs faces dirigées l'une vers l'autre. 4 - Dispositif d'armature suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le tube présente entre ses extrémités des déformations ou des irrégularités de surface. 5 - Dispositif d'armature suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mise sous tension comprennent un noyau métallique rigide dont la longueur est voisine de celle qui sépare les deux plaques d'extrémité, un filetage interne formé dans la plaque d'extrémité ouverte qui constitue ainsi un écrou, et un boulon qui coopère avec ledit filetage. 6 - Dispositif d'armature suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le noyau rigide comporte une tête filetée qui coopère directement avec la plaque formant écrou. 7 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mise sous tension comprennent un noyau rigide dont la longueur est légèrement supérieure à celle qui sépare les deux plaques d'extrémité, une plaque de serrage comportant des orifices pour le passage de boulons, ces boulons pouvant coopérer avec des orifices taraudés percés dans la plaque d'extrémité adjacente. 8 - Elément en béton précontraint, caractérisé en ce qu'il comprend une armature suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9 - Traverse mixte de voie ferrée, comprenant deux blocs de béton ou blochets réunis par une entretoise formant également armature pour chacun des blocs, caractérisée en ce que cette entretoise est telle que définie dans l'une quelconque des revendications 1 à 7.