Brevet FR2289831A1 — publié le 19760528

Bien qu'elle puisse être appliquée à d'autres structures en béton armé, la présente invention concerne principalement la construction de cages de renforcement pour des tubes en béton Ces tubes peuvent en particulier avoir des diamètres compris entre 25 et 400mm ou plus et ils sont habituellement formés de tronçons ayant des longueurs axiales comprises normalement entre 1,2 et 4,8 m. Le tube qu'on utilise le plus fréquemment est pourvu d'une embouchure en forme de cloche qui est dimensionnée de manière à recevoir l'extrémité d'un tronçon de tube adJacent en vue de pouvoir établir des joints hermétiques entre des tronçons adjacents. Du fait que le béton n'a pas une résistance à la tension très élevée, il est d'une pratique courante de renforcer le tube à l'aide d'une cage en fil d'acier en forme de grille qui est noyée dans le béton pendant le moulage ou la formation du tube. La cage est formée généralement dtun treillis en fil d'acier en forme de grille qui est pourvu d'un profil d'ensemble correspondant sensiblement à celui du tronçon de tube et qui est dimensionné de manière que la cage soit complètement noyée dans le béton du tube finals On contact un grand nombre d'exemples d'application de tells cages de renforcement. Du fait qu'une cage de renforcement assemblée est difficile à transporter en groupe,on réalise presque invariablement les dites cages de renforcement sur le chantier de fabrication de tubes. Presque toutes les cages sont réalisées par l'un des deux procédés suivants. Dans le procédé le plus couramment utilisé, on donne à un treillis en fil d'acier, acheté en bobines ou en feuilles planes, le profil tubulaire désiré par roulage ou par une autre opération de formage puis on le soude le long d'une ligne de Jonction s'étendant axialement de manière à lui conférer la configuration tubulaire désirée. Ce procédé pose eertainsproblèmeslorsque les tron çons de cages doivent être pourvus d'une embouchure de forme élargie ou rétrécie car cette partie de la cage doit avoir un diamètre différent du corps principal. Dans un autre procédé fréquemment utilisé, on place des fils ou des barres d'acier orientés axialement sur un moule et on enroule en hélice un fil circonférentiel autour des fils axiaux en le soudant en chaque point de croisement des fils axiaux. Bien qu'une cage de renforcement de profil cylindrique soit normalement utilisée dans un tube de diamètre relative ment petit, les contraintes et les difficultés de fabrication concernant un tube de grand diamètre, en particulier un tube à paroi excessivement épaisse,sont telles qu'il est nécessaire de faire intervenir des cages d'une structure plus compliquée et plus précise. Lorsqu 'un tube de section droite transversale circulaire est placé sur le coté, les charges qui lui sont appliquées sont telles qu'elles lui donnent un profil de section transversale elliptique aplati. Les contraintes existantes sont bien plus grandes dans les parties supérieure et inférieure du tube,tandis que les contraintes existantes dans les parties latérales opposées, c'est-à-dire dans les positions correspondant aux positions "3 heures" et "9 heures" sur un cadran d'horloge sont sensiblement moindres.En outre,le béton travaille en compression sur la surface extérieure du tube, c'est-à-dire dans les positions n12 heures" et "6 heures", et en tension sur les surfaces intérieures existant dans ces deux positions, tandis que l'inverse s 'applique- dans les positions "3 heures'l et t9 heures. Pour compenser ce dernier effet, on donne fréquemment à la section droite transversale de la cage une forme elliptique qui est orientée à l'intérieur du tube de manière que la cage soit plus rapprochée des surfaces du tube qui sont sollicitées par des contraintes de tension.La variation de contraintes entre les partir s supérieure et latérale du tube/fréquemment contrebalancée par l'adjonction d'un renfort supplémentaire à la cage dans les régions où se produisent les plus grandes contraintes. Pour la fabrication d'un tube à paroi épaisse,on peut utiliser deux cages concentriques ou plus, les cages intérieure et extérieure étant fréquemment reliées entre elles par des tirants orientés radialement. On voit par conséquent que la construction des cages de nature plus complexe peut -ndoessiter un outillage, des techniques et un niveau de conception qui ne sont pas touJours commodément disponibles dans une usine dont la fonction primaire est de fabriquer des produits en béton. Il n'a pas été possible d'envisager Jusqu'à maintenant la fabrication de cages dans des installations spécialisées où le volume de production permettrait d'absorber des frais particuliers d'outillage et de conception du fait du prix-de transport des cages finales.Des cages classiques ou de type connu de mêmes'dimensions ne peuvent pas être embossées ou compactées pour le transport et il en résulte par conséquent un rapport extraordinairement élevé entre le volume et le poids pour l'expédition et en outre un risque de déformation de la cage en cours d'expédition et de manutention L'invention concerne plus particulièrement un procédé de construction de cages à l'aide duquel on simplifie la fabrication de cages de configuration complète,c'est-à-dire qui comportent des embouchures de forme élargie ou rétrécie formant des bouts à embottement et cordon , ce procédé permettant une utilisation plus efficace de la-matière de la cage par utilisation de fils d'acier de différents calibres ou profils en différents endroits de la cage en concordance avec les impératifs concernant les contraintes locales à absorber et permettant en outre une expédition de sections de cages préfabriquées sous la forme de faisceaux embossés et automatiquement maintenus en position. Selon l'invention,des cages de renforcement en fil d'acier pour tubes en béton ou structures similaires sont réalisées par assemblage final dans 11 installation de fabrication de plusieurs sections de cage préfabriquées qui constituent chacune un segment périphérique de la cage annulaire finale, en considérant sa direction axiale . Pour la plupart des tubes en béton de section droite transversale circulaire,on fabrique avantageusement une cage annulaire à partir de quatre sections préfabriquées ayant des longueurs de parties incurvées approximativement égales pour des raisons précisées dans la suite.Cependant, pour de très petites cages, des cages particulièrement grandes ( de 3 m ou plus de diamètre),des cages sans bout élargi à emboStement ou bien des structures ayant des sections droites autres que circulaires, il peut être avantageux d'utiliser un nombre plus ou moins grand de segments préfabriqués. La préfabrication de sections individuelles de cage constituant des segments périphériques d'une cage annulaire complète en vue de la fabrication de tubes en béton de section circulaire ou essentiellement circulaire présente plusieurs avantages fondamentaux. En premier lieu, comme indiqué ci-dessus, les grandeurs des contraintes engendrées dans un tube en béton de section droite circulaire varient sur la circonférence du tube. Lors d'une analyse des contraintes il est classique de diviser la section droite transversale du tube,en quadrants qui sont habituellement définis comme le quadrant "supérieur" (un quadrant centré sur la position "12 heures"), le quadrant"inférieur'1(le quadrant centré sur la position "6 heures") et les quadrants "latéraux" centrés respectivement sur les positions "3 heures, 9 heures Bien qu'on utilise le terme "quadrant", l'angle soustendu par un "quadrant'1 particulier peut en pratique être-un peu infé- rieur ou supérieur à 900. Comme indiqué ci-dessus,lorsque le tube est mis en place de façon que son axe soit orienté horizontalement,la contrainte maximale se produit dans les quadrants "supérieur" et "inférieur" du tube1 eut en conséquence,si la cage de renforcement est assemblée à partir de quatre sections préfabriquées qui correspondent respectivement aux quadrants "supérieur", "inférieur" et taté- ra# les sections supérieure et inférieure peuvent commodément tre réalisées avec une structure plus lourde et plus fortement renforcée que les sections latérales correspondantes.En outre,du fait que les contraintes varient entre une tension maximale s'exerçant sur la surface intérieure dans les positions "12 heu res" et- "6 heures" jusqu'à une compression maximale s'exerçant sur la surface intérieure dans les positions t3 heures" et "9 heures",la contrainte atteint une valeur minimale en un endroit situé approximativement à mi-distance entre ces quatre points, et par conséquent le Joint existant entre les différents quadrants dans la cage assemblée peut etre situé dans une zone de contrainte minimale. En outre, la structure utilisant les sections incurvées préfabriquées est commodément adaptable à la construction de cages présentant une section droite transversale elliptique et dans lesquelles les sections "supérieure et "inférieure"sont pourvues d'un premier degré de courbure tandis que les sections latérales sont pourvues d'une courbure différente. La construction de cages comportant des embouchures élargies en forme de cloche ou bien des bouts mâles à diamètres rétrécis est grandement simplifiée du fait que ces sections sont simplement pourvues de fils incurvés aux courbures désirées conformément à la présente invention tandis que la cage monobloc en treillis roulé classique nécessite l'application de techniques spéciales pour former une section de diamètre réduit ou élargi. La structure préfabriquée en segments est également très avantageuse pour l'emmagasinage et l'expédition du fait que des sections similaires peuvent être empilées dans une condition d'emboîtement en vue d'occuper le minimum d'espace. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description,donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: Fig.l est une vue latérale d'une cage de renforcement selon l'invention; Fig.2 est une vue en plan d'une section préfabriquée de la cage de la figure 1; Fig.3 est une vue transversale d'un tube circulaire montrant une cage cylindrique formée de quatre sections préfabriquées du type indiqué sur la figure 1; Fig.4 est une vue en bout de la section de cage des figures 1 et 2; Fig.5 est une coupe transversale d'un tube cylindrique montrant une cage elliptique agencée selon l'invention;; Fig.6 est une coupe de détail faite dans un plan radial et montrant deux sections de cage dans une relation d'empilage avec embottement ; Fig.7 est une vue en bout de détail des sections de cage de la figure 6 faite suivant la ligne 7-7 de la figure 6, Fig.8 est une coupe de détail faite suivant la ligne 8-8#4 & la figure 6; Fig.9 est une vue en bout de détail d'une variante de l'invention; Fig.10 est une vue similaire à la figure 9 et montrant deux sections dans la condition assemblée, et Fig. ll est une vue en élévation latérale de détail des sections de la figure 10. L'invention est en particulier adaptable à la construction de cages de renforcement tubulaires en fils ou barres d'acier qui sont assemblés de manière à constituer une structure de renforcement du type réticulé. L'utilisation principale mais non exclusive desdites cages consiste dans le renforcement de tubes en béton de diamètre relativement grand qui,dans certains cas, nécessitent des cages'de renforcement de conception et de construction compliquées. La présente invention concerne plus particulièrement un procédé de fabrication desdites cages qui soit commodément adaptable à des variations de conception des cages et qui simplifie grandement dans de nombreux cas le processus de construction tout en économisant de la matière.L'invention permet non seulement de produire des sections de cage de configuration permettant leur emboitement et leur empilage aisés en vue de I'expédition,mais en outre de construire la cage dans une installation spécialement con çue dans ce but et où on peut utiliser desbutillages spécialisés et des auxiliaires de production en série en plus des moyens classiques d'une installation de fabrication de tubes. Selon la présente invention, une cage de renforcement tubulaire est réalisée en préfabriquant d'abord un certain nombre de sections individuelles qui sont chacune agencées de façon à constituer un segment circonférentiel de la cage finale. Une telle section individuelle de cage a été désignée dans son ensemble par la référence 10 sur les figures 2 et 4. Dans l'exemple des figures 1 à 4,la cage particulière représentée correspond à une configuration cylindrique et elle est utilisable pour réaliser un tube en béton circulaire comportant à une extrémité une embouchure en forme classique de cloche. La section de cage 10 représentée sur les figures 2 et 4 est formée de plusieurs fils ou barres d'acier 12 incurvés et assemblés de manière à être axialement espacés en étant maintenus dans cette position par plusieurs fils ou barres 14 s'étendant axialement qui sont soudés ou fixés autrement sur les fils 12 en chaque point de croisement. A l'extrémité de la section de cage 10 qui doit être placée dans ltembouchure du tube final,les fils axiaux 14 sont pourvus d'une partie inclinée radialement vers l'extérieur 16 qui assure la liaison entre le corps principal de fil 14 et une partie extrême 18 parallèle et décalée radialement.Un ou plusieurs fils incurvés 19 sont soudés sur les parties décalées 18, les fils incurvés 19 ayant un plus grand rayon de courbure que les fils incurvés 12 mais étant centrés sur un axe commun avec celui des fils 12. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 4,la cage finale est formée de quatre sections individuelles et la courbure des fils incurvés 12 et 19 est choisie de manière-qutils sous tendent un angle compris entre 75 et 1050 par rapport à l'axe passant par leur centre de courbure. Sur la figure 1, on a représenté une cage assemblée dans laquelle quatre sections 10, lOA ont été soudées ensemble par des soudures W de façon à former la structure cylindrique finale. Pour des raisons qui seront précisées dans la suite, les contraintes appliquées à un tube dans sa condition d'installation finale ne sont pas uniformes sur sa circonférence et en conséquence la cage assemblée de la figure 1 est formée de deux sections semblables 10 diamétralement opposées, et de deux sections semblables 10 A diamétralement opposées; les sections lOA diffèrent de la structure des sections 10 en ce que les fils incurvés 12 se trouvant le long du corps#principal de la section lOA sont supprimés de deux en deux. Sur la figure 3, on a représenté une coupe transversale de la cage assemblée de la figure 1 noyée dans un tube en béton. On peut supposer que la vue de la figure 3 correspond à celle du tube dans sa position finale où le tube est enfoui dans le sol de manière que son axe soit orienté horizontalement. Dans le tube enfoui, la charge appliquée à ce dernier est composée essentiellement de forces agissant dans une direction verticale et désignée par les flèches F et F1. Les forces appliquées schématiquement en F sont composées essentiellement du poids du tube qui est combiné à celui du terrain exerçant une poussée vers le bas sur la partie supérieure du tube tandis qu'une force de réaction agit vers le haut comme indiqué en F1.Il est évident que la compression verticale ainsi exercée sur le tube a tendance à l'aplatir en lui donnant un profil elliptique dans lequel la dimension verticale hors-tout du tube a été réduite à partir de la configuration circulaire de la figure 3 et où la dimension horizontale a été augmentée. Du fait que le béton est relativement résistant à la compression mais a une résistance relativement faible à la tension, les zones dans lesquelles il existe une tension ont une importance essentielle du point de vue du renforcement.En supposant que le tube circulaire de la figure 3 est comprimé verticalement de façon à prendre une configuration elliptique allongée horizontalement, on voit que des forces de tension sont engendrées dans la surface intérieure du tube à sa partie supérieure et à sa partie inférieure et également à ltexté- rieur du tube, à savoir sur ses côtés opposés. En conséquence,l'action de renforcement qu est néces- saire d'exercer à la partie supérieure et à la partie inférieure du tube est plus grande que celle qui est nécessaire le long des cotés opposés, en formant la cage-de renforcement par assemblage des quarts 10, les sections de la cage ne sont pas orientées de manière que les sections 10 soient placées dans les quadrants supérieur et inférieur ,ces quadrants étant centrés dans les positions "12 heures et n6 heures" tandis que les sections lOA moins fortement renforcées de la cage interviennent dans les quadrants latéraux ou flan centrés sur les positions 113 heures "9 heures.En éliminant de deux en deux les éléments de renforcement incurvés 12 des quadrants lOA, on réalise une économie substantielle de matière tout en créant simultanément un renforcement approprié dans les quadrants latéraux tandis que les sections supérieure et inférieure formées par les quadrants 10 peuvent être plus fortement renforcées. En variante, on peut utiliser des fils d'acier de calibre différent pour former respectivement les sections supérieure, inférieure et latérales. Il est à noter qu'un tel agencement nécessite que la partie supérieure dus tuyau soit repérée, cette pratique étant assez classi #que du fait que, dans de nombreux cas,on utilise des cages de sections droites elliptiques tell#esgiuceelle indiquée sur la figure 5. Sur la figure 5 ,la cage de section droite elliptique est formée de deux sections supérieure et inférieure similaires 20 et deux sections latérales similaires 20A. La structure d'ensemble des sections de cage 20 et 20A/similaire à la structure de cage lO,les éléments incurvés 22 étant fixés suivant la disposition réticulée et incurvée par des éléments axiaux 24 soudés sur les éléments 22 aux différents points de croisement. Lorsqu'on utilise une cage de section elliptique, les 'fils de renforcement 24 orientés axialement dans les sections supérieure et inférieure sont de préférence soudés sur les éléments incurvés sur le cgté extérieur ou convexe tandis que les éléments 24A des sections latérales 20A sont soudées sur le côté intérieur ou concave de la section de cage.Cette disposition place les fils axiaux dans le coté le plus épais de lten- veloppe en béton. Dans la structure de cage cylindre des figures 1 à 4, l'étendue circonférentielle des sections individuelles est d1envi- ron 900 alors que,dans la section elliptique de la figure 5,l'étendue circonférentielle des sections supérieure et inférieure 20 est un peu inférieure à 900 tandis que l'étendue circonférentielle des sections latérales 20A est augmentée en correspondance. ta présente invention convient particulièrement bien pour la réalisation de cages présentant la structure indiquée sur la figure 5 du fait que les fils incurvés 22 et 22A peuvent astre profilés avec précision sur une forme en train d'acquérir une courbure elliptique parfaite. Dans une pratique courante,les cages de section droite elliptique sont fréquemment formées simplement en réalisant une cage cylindrique puis en l'aplatissant pour la déformer à un profil elliptique approché. La structure à sections préfabriquées multiples est également avantageuse pour une cage de la configuration indiquée sur la figure 5 du fait qu'il est simple de positionner les fils axiaux 24,24A sur les côtés convexe ou concave des fils incurvés. Les sections individuelles de cage peuvent etre- empilées dans une condition d'emboStement en vue de leur expédition, de la manière indiquée en coupe sur la figure 6. Du fait que les sections individuelles de cage ont une épaisseur radiale réduite, les sections ne St emboltent pas parfaitement du fait que le rayon de la section sur son côté convexe est supérieur au rayon sur son côté concave d'une valeur égale à la somme des diamètres des fils incurvés et axiaux. Sur la figure 6,on a exagéré les proportions des sections de cage pour montrer plus clairement cette difficulté. Sur la figure 6,une section de cage désignée par 30 est empilée sur une section de cage similaire 30'. On a représenté un élément incurvé 32 de la section de cage 30 comme étant fixé sur celle-ci par des fils axiaux 34 et 36. Il est à noter que,lorsque les sections 30 et 30' se trouvent dans la condition d'emboitement de la figure 6,les deux fils axiaux extérieurs 34 de la section de cage 30 viennent s'appliquer contre la section de cage sous-jacente 301 mais le fil axial central 36 de la section de cage 30 est espacé supérieurement de la section de cage 30t sans être en contact avec celle-ci.Du fait qu'il est souhaitable d'empiler un nombre relativement grand de cages en une seule pile, il est avantageux que les sections individuelles soient supportées de façon appropriée dans la pile, car autrement le poids de la pile aurait tendance à augmenter le rayon de courbure des sections situées à proximité de la base de pile. Pour empêcher que cela se produise, on munit chaque sec tion de cage d'un certain nombre de fils d'empilage 38 ayant un diamètre choisi de façon à assurer le support nécessaire d'une sec tion de cage sur une autre à proximité de la partie centrale incur vée de la cage. Sur la figure 6, un fil d'empilage 38 placé à proximité du point médian du fil incurvé 32 est soude sur un fil axial 36,comme le montre la figure 8,afin de former le support nécessaire pour la partie centrale -de la section de cage. Des fils d'empilage 38 peuvent être axialement espacés les uns des autres en fonction de la longueur axiale et du poids des sections individuelles de cage ainsi que du nombre de sections a placer dans une pile donnée. On peut en outre munir les sections de cage d'organes d'espacement se présentant sous la forme de fils d'espacement 40 profilés en U et soudés en position sur un fil axial 34. Les organes d'espacement 40,comme indiqué sur la figure 6,sont orientés radialement et sont placés de manière à entrer en contact avec un fil axial 54' d'une section de cage sous-jacente pour bloquer les sections profilées dans la relation d'alignement circonférentiel désirée. L'organe d'espacement s'engage également entre deux éléments incurvés 34' afin de limiter le déplacement axial des sections empilées.Lorsque les sections de cage sont assemblées pour former une cage complète et sont insérées dans un moule de fabrication de tube,les éléments d'espacement 40 entrent en contact avec le côté de la paroi du moule pour positionner avec précision la section de cage assemblée à l'intérieur du moule. Dans les modes d'utilisation décrits, on a supposé que, lors de l'assemblage final des sections pour former la cage, les fils incurvés de sections adjacentes sont soudés entre eux. Du fait que la fonction essentielle des fils incurvés est d'absorber des contraintes de tension se produisant dans le tube final,on peut faciliter l'assemblage des cages en réalisant une partie 56 en-forme de crochet (fiv.9) à chaque extrémité d'un fil incurvé 52 d'une section de cage 50. L'anse du crochet 56 est dimensionnée de manière à recevoir un fil axial 54' d'une section de cage adjacente. Comme le montrent les figures 10 et ll,l'anse 56 du crochet d'une première section 50 passe autour d'un fil axial 54' d'une section de cage adjacente 50' de manière à le recevoir tandis que- l'anse 56' d'une section de cage 50 reçoit de la même façon un fil axial 54 de la cage. Bien que cette liaison soit active seulement en tension, les forces de tension sont les seules forces auxquelles la liaison doit résister pour remplir sa fonction. Ce joint n'est pas flexible et maintient les sections de cage dans une condition rigide en cours de manutention. Le cas échéant,les crochets peuvent être recourbés en position de fermeture après assemblage. Les modes de réalisation décrits ci-desus se rapportent tous à des sections de cage à quadrants où il faut quatre sections pour réaliser la cage tubulaire. Du fait de la charge appliquée au tube final,l'unité à quatre sections ou quadrants est généralement applicable à des sections de tubes cylindriques et elliptiques ainsi qu'à des tubes en arche. Dans certaines applications spéciales autres que des tubes en béton, la cage tubulaire peut être formée d'un nombre plus ou moins grand de sections individuelles .En pratique, ltembottement de sections de cage à des fins d'empilage devient un peu difficile lorsque l'étendue circonférentielle de la section devient égale ou supérieure à 120 , tandis qu une augmentation du nombre de sections utilisées dans chaque unité tubulaire commence à créer une complication indésirable du processus final de montage dans lequel les sections sont assemblées pour former la cage finale. Les sections de cage décrites ci-dessus se rapportent toutes à des cages à couche unique mais il va de soi que cette structure convient également bien pour les cages à couches multiples du type utilisé dans des tubes à paroi relativement épaisse. -REVENDICATIONS Cage de renforcement tubulaire du type à grille en fils d'acier pour un tube en béton ou une structure similaire,ca- ractérisée en ce que la cage tubulaire est assemblée à partir d'une première et d'une seconde paire de sections de grille préformées et préassemblées qui sont constituées de tronçons de fils s'étendant axialement et circonférentiellement, les sections de la. première paire étant d'une construction identique et constituant respectivement les quadrants supérieur et inférieur de la cage tubulaire tandis que les sections de la. seconde paire sont d'une cons- traction identique et constituent les quadrants latéraux opposés de la cage tubulaire, les sections de la première paire exerçant, dans la direction circonférentielle, une action de renforcement à la tension bien supérieure à celle des sections de la. seconde paire. 2. Cage de renforcement selon la revendication l,carac- térisée en ce que des fils d'empilage s'étendant axialement sont montés sur chaque section de grille de façon à venir buter contre et supporter des fils s'étendant circonférentiellement et appartenant à une section de grille similaire lorsque les deux sections sont empilées dans une relation d'emboîtement mutuel. 3. Cage de renforcement selon l'une des revendications 1 ou 2,caractérisée en ce que chaque section comprend un corps principal défini par plusieurs fils circonférentiels et axialement espacés qui présentent une courbure circonférentielle identique et au moins deux fils circonférentiels situés à une extrémité de la section, disposés coaxialement et présentant un rayon de courbure supérieur, ces fils étant placés sur des parties décalées radialement des fils axiaux afin de définir une section de renforcement d'embouchure en forme de cloche à une extrémité de chaque section de grille. 4. Cage de renforcement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,caractérisée en ce que lesdits fils s'étendant circonférentiellement sont pourvus à leur extrémité opposée de parties en forme de crochet incurvées en sens inverse de manière à s'appliquer contre un fil s'étendant axialement et appartenant à une section de grille adJaeenve en vue de maintenir lesdites sections de grille dans une relation d'assemblage.