Brevet FR2277952A1 — publié le 19760206

La présente invention concerne des éléments de cons truction en béton et, plu8 particulièrement, ceux qui, en service, sont soumis å des sollicitations en flexion susceptibles de provoquer la formation de fissures en surface. Les éléments en béton armé de constructionssoumis d des sollicitations en traction présentent l'inconvénient que leur face soumise aux dites sollicitations est susceptible de se fissurer sous une charge trbs inférieure à la charge nominale de travail en raison de la faible résistance à la traction do béton ; la diminution de la réssistance à la flexion qui en résulte provoque à son tour une augmentation de la déforeation (par exemple, flambement d'une poutre).Outre qu'elles sont inesthétiques, les fissures permettent à à l'humidité de pénétrer et de détériorer éventuellement l'armature du béton, provoquatnt ainsi une diminution de la résistance i la charge de l'élément. Une solution de ce problème consiste à utiliser des éléments ayant une plus forte section et/ou une plus forte proportion d'armature. Une autre solution consiste à employer des techniques de précontrainte. Ces deux solutions sont non seulement coûteuses, vais elles sont encore soumises å diverses limitations imposées par des considérations de chantier, telles que dégagement en hauteur, et autres similaires. L'invention a donc pour obJet de remédier à ces inconv6- nients. A cet effet, dans l'élément de construction en béton selon l'invention, une partie au moins d'une face est constituée par une couche extérieure de renforcement, formant un tout avec le reste de l'élément et faite d'une composition de citent compor- tant des fibres de renforcement distribuées au hasard, dans deux dimensions, ladite couche s'étendant sur toute la largeur de la face et au moins sur la partie de sa longueur ou les sollicitations en traction SOUB la charge de travail peuvent être supérieures à la résistance å la traction du béton. La couche de renforcement peut recouvrir toute la faee et peut aussi recouvrir la partie des faces adjacentes de 1' élément dans laquelle les sollicitations de traction peuvent provoquer une fissuration superficielle. I1 est évident que ces sollicitations ne s'exercent jamais sur toute l'étendue des faces adjacentes et que, de ce fait, la couche de renforcement n'a åamais besoin de s'étendre sur toute l'étendue de cee faces, Dans un élément de construction selon l'invention, la couche de ciment renforcé de fibres peut ne couvrir qu'une zone unique ; elle peut couvrir aussi plusieurs zones, lorsque les i de la construction impliquent la présence de plusieurs zones dans lesquelles les sollicitations en traction résultant de la charge peuvent être supérieures à la résistance à la traction du béton. Qes zones peuvent être toutes situes sur la fac à renforcer mais, dans une forme d'exécution préférée, la face oppose e peut aussi être recouverte d'une couche extérieure de renforcement, qui fait corps avec le reste de l'élément, formée d'une composition de ciment renforcée de fibres, s'étend sur toute la largeur de la face en question et ur au moins la partie de sa longueur où les sollicitations en traction sous la charge de travail peuvent dépasser la résistance traction du beton. Gomme pour la première face, une pluralité de zones de la face opposée peuvent être renforcées avec une couche extérieure de la composition de ciment et de fibres, les dites zones étant situées la où les plans de construction impliquent la présence de sollicitations supérieures à la résistance à la traction du béton. Par exemple, dans le cas d'une poutre portée à ses deux extrémités et supportant une charge uniforme, appliquée verticalement, il est nécessaire que la couche de ciment renforcé de fibres s'étende au moins sur la partie centrale de la face inférieure (face renforcée selon l'invention) de la poutre. Par contre, si la poutre repose sur un troisième support en son milieu, les sollicitations résultant de la charge exigeant la présence ae la couche de renforcement sur les parties de la face inférieure situées entre le support central et les supportes latéraux et aussi sur la face supérieure (face opposée), de part et d'autre du support central. I1 est évident que la couche de ciment renforcé de fibres peut s'étendre, si cela est nécessaire, sur toute la longueur de la face inférieure et/ou de la face supérieure. De préférence, les fibres de renforcement sont des fibres d'amiante , seules ou associées a d'autres fibres de renforcement. La couche de renforcement en fibro-ciment peut se présenter avantageusement sous la forme de feuilles de cimentamiante venues de coulage avec le béton armé et ces feuilles peuvent aussi servir à fournir au moins une partie du moule pour l'opération de coulage. Dans ces feuilles, les fibres sont distribuées sensiblement parallèlement au plan principal de la feuille. Bes améliorations apportées par l'invention aux caractéristiques utiles de l'élément, par exemple, à la résistance à la traction et à la rigidité, sont fonction de l'épaisseur de la couche de renforcement et aussi des caractéristiques de la composition elle-même. L'invention se prête à la fois à la production en usine d'éléments préfabriqués et à la production en chantier d'éléments moulés in situ, sous réserve des considérations habituelles, comme les dimensions des éléments. I1 est évident que les dimensions de la couche de renforcement sont relatives, les éléments de grandes dimensions étant davantage susceptibles de nécessiter des couches plus épaisses, mais 1' invention s'applique d'une manière générale aux éléments de construction en béton armé. les éléments en béton selon l'invention présentent une plus grande résistance à la traction, au moins dans les parties de la surface soumises à des sollicitations de traction par flambement, ce qui a pour effet d'éliminer ou de retarder la formation de fissures, celles qui se forment éventuellement ayant une largeur réduite pour des charges normales de travail. Ils présentent aussi une meilleure rigidité et une déformation moins importante (flambement dans le cas d'une -poutre) dans la gamme normale des charges. On peut tirer un certain nombre de profits éventuels de l'utilisation d'éléments en béton selon l'invention, que ce soit séparément ou en combinaison. Ainsi, l'invention permet de réduire les dimensions des éléments pour une charge donnée ou un élément ayant des dimensions données peut être utilisé pour une charge admissible plus élevée. En outre, l'invention permet d'obtenir un niveau de recouvrement réduit, ce qui, à son tour, permet une charge admissible supérieure pour un élément de dimensions données, en raison du moment sshs élevé du bras de levier des barres d'armature. Un avantage considérable de la présente invention est quelle rend possible l'emploi d'éléments de béton armés d'un acier ayant une résistance à la traction supérieure à ce qu'on a pu réaliser jusqu'ici, pour une combinaison de raisons techniques et commerciales. Pour la commodité de la description, l'invention est décrite en référence à des poutres en béton armé, mais elle s'applique d'une manière générale aux éléments de construction en béton armé, tels que colonnes, cadres, etc.... Pour illustrer l'invention, on a moulé une poutre de 5 m de long, ayant une section de 3û0 mm x 150 mm et une "peau" faisant corps avec elle, faite de ciment renforcé de fibres d'amianteet s'étendant sur toute la superficie d'une des faces de la poutre, ainsi que sur les parties contigües des deux faces adjacentes, Cette "peau't est fournie par un profilé en U préformé de 9 mm d'épaisseuf, fait d'une composition de ciment renforcé par des fibres d'amiante, doht l'rame et les ailes ont respectivement une largeur de 150 mm at de 80 mm. Ce profilé participe au moulage du corps en béton armé de la poutre. I1 constitue le fond du moule dans lequel la poutre est coulée, les flancs du moule étant formés par des planches qui dépassent, vers l'extérieur et vers le haut, du sommet des ailes du profilé. Après moulage, les dites planches sont enlevées. La poutre ainsi obtenue présente une plus grande rigidité et résiste à la fissuration ; elle peut supporter une charge nominale supérieure à la charge admissible pour une poutre ordinaire de mêmes dimensions, en béton armé. Pour démontrer les avantages de l'invention, on a moulé des poutres et on les a soumises à des essais décrits ciaprès en référence au dessin annexé. Dans ce dessin Figure 1 représente la manière dont une poutre a été chargée pour les essais Figure 2 est une vue en coupa d'une poutre en béton armé selon l1invention Figure 3 est une vue en coupe d'une poutre traditionnelle en béton armé. l'ès essais ont porté sur des poutres de 5 m de long, ayant une section de 300 mm x 150 mm, comme celle décrite plus haut. Chaque poutre 4, 5 comportait deux barres d'acier 2, de 16 mm de diamètre, comme armature principale. I1 était prévu également deuxbarres 8, comme armature secondaire, et des étriers 6 pour augmenter la résistance au cisaillement. Le béton utilisé a été préparé avec un agrégat léger vendu dans le commerce sous le non de "Lytag". La poutre 5, préparée selon l'invention, a été munie en outre d'une "peau" faisant corps avec elle. Cette peau 9 était faite de ciment renforcé de fibres d'amiante. Elle recouvrait toute une face de 15G mm de largeur et s'tendait sur 60 mm de la largeur des deux faces adjacentes de la poutre. Elle était constituée, comme dans la poutre décrite plus haut, par un profilé en U préformé, mais d'une épaisseur de 6 mm au lieu de 9 mm. L'âme et les ailes avaient aussi, une largeur respective de 150. mm et de 60 mm. Pour les essais, chaque poutre était portée symétriquement par des supports 10, 11, ayant un entre-axe de 4,5 m, une charge W étant appliquée symétriquement en deux points 12, 13 de la poutre, par l'intermédiaire d'une poutrelle de charge 14. Les deux points 12, 13 étaient distants de 1,5 m. On a testé quatre constructions différentes de poutres. La poutre d1 est une poutre en béton renforcé de barres en acier doux, dont la section est celle représentée à la figure 3 La poutre Bi est une poutre en béton renforcé de barres en acier doux, dont la section est celle représentée à la figure 2, avec une peau formée à partir d'un profilé en U de 150 x 60 mm, en fibro-ciment La poutre i2 est une poutre en béton similaire à la poutre AI, mais renforcée de barres d'acier ayant une forte résistance à la traction, comme armature principale La poutre B2 est une poutre en béton similaire à la poutre B1, mais renforcée de barres d'acier ayant une forte résistance à la traction, comme armature principale. Flèche sous charge pendant une courte période La charge de 17,6 kN sur la poutre A1 donne une certaine flèche. Pour la même flèche, la charge sur Bi doit être de 20,8 kN. De même, une charge de 30,4 kN sur B2 produit la même flèche que la charge nominale de 26,4 kS sur A2. Comportement à la fissuration sous charge pendant une courte période Sous une charge nominale de 17,6 k, la poutre AI présente une largeur de fissure de 0,13 mm. Pour oDtenir une même largeur de fissure, la charge sur la poutre B1 doit être de 21,6 kN. Sous une charge nominale de 26,4 kN, la poutre A2 présente une largeur de fissure de 0,5 mm. Pour obtenir une même largeur de fissure, il faut exercer sur la poutre 32 une charge de 33,8 kN. Effets à long terme Les essais ci-dessus ont été poursuivis pendant une période de 180 jours. Les résultats sont indiqués dans le tableau ci-après : Au bout de 180 jours Flèche au largeur de Charge point milieu fissure Poutre A1 17,6 kN 16,4 mm 0,21 min Poutre A2 17,6 kN 12,0 mm 0,05 mm Poutre B1 26,4 kN 26,0 mm 0,20 mm Poutre 32 26,4 T 15,0 mm 0,12 mm - REVENDICATIONS 1. - Elément de construction en béton, caractérisé en ce qu'au moins une partie d'une de ses faces est constituée par une couche extérieure de renforcement, qui fait corps avec le reste de l'élément et est faite d'une composition de ciment comportant des fibres de renforcement distribuées au hasard, dans deux dimensions, la dite couche s'étendant sur toute la largeur de la dite face et au moins sur la partie de sa longueur où les sollicitations en traction sous la charge de travail peuvent être supérieures à la résistance à la traction du béton. 2. - Eléieit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de renforcement s'étend sur toute la longueur de la dite face. 3. - élément selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la couche de renforcement s'étend en outre au moins sur la partie des faces adjacentes qui est susceptible de se fissurer sous l'effet des sollicitations en traction. 4. - Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est muni dune pluralité de zones renforcées par la couche extérieure de ciment renforcé de fibres, les dites zones étant situées là où les sollicitatôns en traction résultant de la charge prévue peuvent être supérieures à la résistance à la traction du béton. 5. - élément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsqu'il s'agit d'une poutre la face opposée à ladite face est aussi munie d'une couche de renforcement extérieure, faisant corps avec la poutre et faite d'une composition de ciment renforcé de fibres, qui s'étend sur toute sa largeur-et aussi sur au moins la partie de sa longueur où les sollicitations en traction résultant de la charge de travail peuvent être supérieures à la résistance à la traction du béton. 6. - Elément selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une pluralité de zones de la face opposée sont renforcées par une couche extérieure faite d'une composition de ciment et de fibres, les dites zones étant situées là où les sollicitations en traction résultant de charge prévue peuvent être supérieures à la résistance à la traction du béton. 7. - Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une partie au moins des fibres de renforcement est constituée par des fibres d'amiante.