Brevet FR2192229A1 — publié le 19740208

a présente invention concerne des éléments de construction précontraints, tels que poutres, dalles ou analogues. On connatt depuis assez longtemps des éléments de construction en béton précontraints. Dans ce cas, la précontrainte est créée par des cables d'acier à haute résistance, dont la tension comprime le béton, ce qui améliore les caractéristiques mécaniques des éléments ainsi réalisés. Ce procédé est très avantageux pour le béton, car celui-ci résiste uniquement à la compression et, d'autre part, les aciers utilisés sont protégés contre la corrosion. Il est moins approprie d'appliquer ce procédé pour conserver la précontrainte dans des éléments uniquement en acier, car l'acier résiste aussi bien aux efforts de tension qu'aux efforts de compression. D'autre part, lorsque des câbles d'acier de faible section ne sont pas enrobés de béton, ils sont facilement soumis à la corrosion, laquelle se développe rapidement dans le matériau de faible section sous tension. On connaSt aussi un procédé qui utilise l'association du fer et du béton pour conserver la precontrainte. On peut ainsi, après avoir soudé des goujons sur une poutrelle, enrober celle-ci de breton. Ce procédé présente des avantages, mais il ne peut être utilisé que sur le chantier, ce qui entraîne des difficultés et un prix de revient assez élevé. Naturellement, il nécessite l'utilisation du béton. Dtautre part, pour associer le béton avec 11 acier, on a utilisé des goujons, ce qui est une complication et ne permet pas toujours une liaison intime entre le béton et l'acier. La présente invention a pour but de réaliser des éléments précontraints homogènes ou hétérogènes en atelier et sans faire intervenir des goujons ou analogues pour relier ltélément de base à l'autre élément, que l'on peut appeler élément collaborant. A cet effet, l'invention a pour objet des éléments précontraints caractérisés en ce qu'ils sont constitués chacun par au moins un élément de base et au oins un élément collaborant solidarisé par collage avec l'élément de base après cambrage élastique de ltélément de base. Ces éléments précontraints peuvent, en outre, présenter une ou plu sieurs des caractéristiques suivantes t a) l'élément de base et l'élément collaborant sont de même nature. b) l'élément de base et l'lment collaborant sont en acier; c) ltélément de base est un profil simple et l'élément collaborant a une conformation telle qu'il s'adapte à l'une des semelles de llélément de base; d) l'élément de base est un profil composé et ltélément collaborant a une conformation telle qutil s'adapte à l'une des membrure de ltélément de base; a) l'élément de base est une dalle et l'élément collaborant a une confor,atiom telle qu'il s'adapte à l'une des faces de la dalle;; f) ltélément de base Est un ensemble et l'élément colla orant a une conformation telle qutil s'adapte à l'un des éléments de l'ensemsle. Afin de mieux faire comprendre l'invention, on an écrira ci-dessous plusieurs modes de réalisation, donnés à titre de simples exemples nullement limitatifs, en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue de face d'une poutre dissymétrique; - la figure 2 est une vue en coupe par II-II de la poutre représentée à la figure 1; - la figure 3 est une vue de face de la même poutre soumise à l'action de plusieurs vérins pendant le collage; - la figure 4 est une vue de face de la même poutre lorsqu'une semelle a été collée sur l'aile tendue après desserrage des vérins; la flèche négative résiduelle étant très faible n'est pas visible sur la figure. - la figure 5 est une vue en coupe par V-V de la poutre représentée à la figure 4; - la figure 6 est une vue de face d'une poutre légère composée; - la figure 7 est une coupe par Vil-Vil de la poutre représentée à la figure 6; - la figure 5 est une vue analogue de la même poutre après mise en flexion et collage d'une semelle; - la figure 9 est une vue en bout avec coupe partielle dune dalle d'acier; - la figure 10 est une vue analogue de la m & e dalle après mise en flexion et collage d'une semelle; la flèche négative résiduelle étant très faible n'est pas visible sur la figure. - la figure 11 est une vue partielle en coupe et à plus grande échelle d'une extrémité de la dalle fermée par un profil collé. Les figures 1 à 5 représentent schématiquement le procédé de fabrication d'une poutre dissymétrique précontrainte par collage. La poutre représentée en 1 sur les figures 1 et 2 a été mise au moyen de vérins dans un état de flexion inverse de celui qutelle supportera en service, comme cela est représenté à la figure 3. On colle alors une semelle 2 sur l'une des ailes, ici sur l'aile tendue 32 et l'on desserre les vérins dès que la colle est prise. On obtient ainsi une poutre précontrainte représentée aux figures 4 et 5, prête à l'utilisation sur un chantier. Etant donné que l'acier travaille aussi bien à la compression qu'à la traction, on aurait pu coller la semelle sur ltaile comprimée 4. Les exemples numériques suivants feront mieux comprendre les avantages des éléments précontraints suivant l'invention. Les figures 6 et 7 représentent un premier exemple concernant une poutre légère dissymétrique. Cette poutre est constituée de manière connue par deux fers L peu profonds 6 et 7 ayant comme dimensions respectivement 300 x 50 x 50 x 1,5 cm et 300 x 50 x 50 x 3 cm. Ces deux fers U sont réunis par un treillis en ronds soudés de façon à former une poutre. Dans l'exemple considéré, la poutre en question qui a 16 m de longueur peut servir à porter une couverture. Le moment ctinertie Ix et les modules d'inertie sont respectivement de Ix = 3.300 cm4 I/V1 = 320 cm3 I/V2 - 16E cm3 On préfléchit cette poutre sous une charge uniformément répartie de 75 kg/ml et l'on obtient dans la membrure haute une contrainte sous traction de - 14,1 kg/mm et dans la membrure basse une contrainte de + 7,5 kg/mm2. On colle alors sur la membrure haute une semelle 9 de 250 x 2,5 cm au moyen de trois bandes de colle de 1,5 cm soit 4w5 cm. Pour cela on utilise par exemple une colle à base de résine Epoxy. Les caractéristiques de la poutre deviennent alors : IX = 5.130 cm4 I/V1 r 334 cm3 I/V2 r 346 cm3 Dès que la colle est prise on enlève les charges et l'on obtient dans la poutre précontrainte : - dans la membrure haute : - 7,15 kg/mm2 - dans la semelle collée : + 6,95 kg/nF2 - dans la membrure basse : + 0,3 kg/mm2 - flèche : - 32 mm. La poutre étant mise en place reçoit alors une charge de 37,5 kg/ml due au poids propre de la construction. On obtient - dans la membrure haute : - 3,65 kg/mm2 - dans la semelle collée : + 10,45 kg/mm2 - dans la membrure basse : - 3,3 kg/mm2 - le flèche est alors de : - 2 mm. Si l'on applique à cette poutre une surcharge de 90 kg/ml on obtient : - dans la membrure haute : + 4,70 kg/n-2 - dans la semelle collée t + 18,80 kg/mm2 - dans la membrure basse : 11,9 kg/mm2 - la flèche est alors de : + 70 mm. c'est-à-dire inférieure au 1/200 de la portée selon la règle de construction appli quée aux couvertures. On a voulu vérifier cette poutre sous un soulèvement éventuel de 75 kg/ml et l'on a obtenu : - dans la membrure haute : - 10,65 kg/mm2 - dans la semelle collée : + 3,45 kg/mm2 - dans la membrure basse : + 3,9 kg/mm2 - la flèche étant de : - 62 mm. Enfin, on a calculé la résistance de l'assemblage collé au glissement. Comme l'assemblage est assuré par trois bandes de colle de 1,5 cm de largeur, soit 4S5 cm sur toute la longueur, on a obtenu par le calcul 8,6 kg/cm2, alors que les colles actuelles permettent de résister à 200 kg/cm2. La poutre est donc capable de supporter une couverture classique sur 16 m de portée, alors qu'une poutre identique au point de vue hauteur et poids ne pourrait dans les mêmes conditions de charge, franchir que 12 m. On a ainsi une augmentation de la portée de 1/3. Il est intéressant de rapprocher les efforts de précontrainte emmagasinés après collage des efforts totaux dans le cas d'une surcharge maximale de 90 kg/ml Précontrainte Effort maxi Membrure haute - 7,15 kg/mm2 + 4,70 kg/mm2 Semelle collée + 6,95 kg/mm2 + 18,80 kg/mm2 Membrure basse + 0,3 kg/mm2 - 11,9 kg/mm2 Flèche - 32 mm + 70 mm On voit que la flèche seule limite les possibilités de la poutre car le métal ainsi que l'assemblage collé sont peu sollicités. Un deuxième exemple numérique concerne les figures 9 à 11 représentant une dalle d'acier. Cette dalle est constituée par deux tôles 10 et 11, ayant respectivement des épaisseurs de 10/10ème et 6/10ème. Ces deux tôles sont réunies par des profilés 12, l'ensemble étant obturé sur les côtés par des profilés 14. Le moment d'inertie Ix et les modules dlinertie sont respectivement Ix 3 35,4 cm4 I/V1 - 20 cm3 3 I/V2 = 25,6 cm On préfléchit cette dalle sous une charge uniformément répartie de 1 500 kg/m2 et l'on obtient dans la tôle supérieure une contrainte sous traction de + 16,4 kg/mm et dans la tsle inférieure une contrainte sous compression de - 21 kg/mm2. La flèche est de - 2,17 cm. On colle alors sous la tle inférieure une ttle 13 de 6/10ème au moyen de plusieurs bandes de colle Epoxy. Les caractéristiques de la dalle deviennent alors : Ix = 48,4 cm I/V1 w 32 cm3 I/V2 X 28,3 cm Dès que la colle est prise, on enlève les charges de précontrainte et on obtient dans la dalle - dans la tôle supérieure : + 1,6 kg/mm - dans la tale inférieure : - 7,9 kg/n- - dans la tble collée : + 13,1 kg/mm2 - et une flèche : - 0,58 cm. La dalle étant mise en place, on applique alors une charge de 100D kg/m et on obtient t - dans la tale supérieure : - 9,4 kg/mm - dans la tôle inférieure : + 1 kg/mm2 - dans la ttle collée t + 27 kg/mm2 - avec une flèche maximale de : 0,47 zm. Si l'on a utilisé 20 cm de colle par m/l, on obtient par le calcul une résistance au glissement de 27 kg par cm de bande, ce qui est très inférieur à la limite maximale correspondante de la colle. Si l'on n'avait pas utilisé une telle dalle précontrainte par collage, une dalle de mNme hauteur devrait être réalisée, pour des conditions de flèche semblable, an tale de 2,5 mm et pèserait 45 kg au lieu de 23 kg poids de la dalle précitée. On voit que dans ce cas, le gain de poids est très important. Naturellement les éléments précontraints suivant l'invention peuvent être utilisés avec n'importe quel matériau possédant les caractéristiques mécaniques nécessaires. L'acier est convenable, mais on peut envisager tout aussi bien tout alliage, les matières plastiques, le béton. Par exemple l'élément de base peut être en béton et l'élément collaborant en acier. Les éléments précontraints suivant l'invention présentent un certain nombra d'avantages. Ils sont faciles à mettre en oeuvre en atelier. Ils permettent en outre, comme on l'a vu, une économie de poids importante et, à poids égal, d'obtenir soit une portée supérieure, soit la possibilité de supporter des charges plus importantes pour une même portée. 6râpe à ces éléments on peut éliminer ou atténuer le phénomène de flambement des membrures hautes des poutres. Les avantages du collage sur le rivetage, le boulonnage ou le soudage par petites zones sont les suivants. D'abord il n'y a pas de flambement possible de ltélXment collaborant entre les points de solidarisation avec l'élément de base si l'on a dans l'élément collaborant une contrainte de compression. Ensuite lton utilise toute la section de l'élément collaborant, alors qutautrement la section de cet élément fixé par rivetage ou boulonnage est celle qui est comprise entre les trous de perçage pour la fixation sur l'élément de base. Il faut remarquer que si lton utilise des matériaux identi?Jss pour l'élément de base et l'élément collaborant ou si les matériaux présentent des coefficients de dilatation voisins, la répartition des contraintes entre l'élément de base et l'élément collaborant sera indépendante de la température. Il est bien entendu que l'on pourra sans sortir du cadre de l'invention imaginer des variantes et perfectionnements de détail, de mtme envisager ltem- ploi de moyens équivalents. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. éléments précontraints caractérisés en ce qu'ils sont constitues chacun par au moins un élément de base et au moins un élément collaborant solidarisé par collage avec l'élément de base (après cambrage élastique) de l'élément de base. 2. Eléments précontraints suivant la revendication 1, caractérisés en ce que ltélément de base et l'élément collaborant sont de même nature. 3. Eléments précontraints suivant la revendication 1, caractérisés en ce que l'élément de base et l'élément collaborant sont en acier. 4. Eléments précontraints suivant la revendication 1, caractérisés en ce que I'élsment de base est un profil simple et l'élément collaborant a une conformation telle qutil s'adapte à l'une des semelles de l'élément de base. 5. Eléments précontraints suivant la revendication i, caractérisés en ce que l'élément de base est un profil composé et l'élément collaborant a une conformation telle qu'il s'adapte à l'une des membrures de l'élément de base. 6. Eléments précontraints suivant la revendication 1, caractérisés en ce que l'élément de base est une dalle et l'élément collaborant a une conformation telle qu'il adapte à 11 une des faces de la dalle. 7. Eléments précontraints suivant la revendication 1, caractérisés en ce que l'élément de base est un ensemble et l'élément collaborant a une conformation telle quTil s'adapte à l'un des éléments de l'ensemble.