Brevet FR2524030A1 — publié le 19830930

Tête d'ancrage pour tirant composite précomprimé à raccourcissement progressif L'invention concerne une tête d'ancrage pour tirant composite précomprimé à raccourcissement progressif, applicable notamment à l'ancrage de parois métalliques ou bétonnées verticales ou horizontales dans le terrain. Le tirant précomprimé a fait l'objet d'un certificat d'addition du 5 décembre 1980 au brevet français nO 2 409 354 du 22.09.1977, concernant l'invention dite de la barre précomprimée. Un tel tirant précomprimé se présente sous la forme d'une barre cylindrique à section circulaire comportant à partir de sa périphérie, - un tube enveloppe d'acier - un remplissage de mortier de ciment à haute résistance - et des aciers de précontrainte noyés longitudinalement dans le mortier. Ces aciers de précontrainte sont mis en tension avant l'injection du mortier et relâchés seulement après le durcissement de celui-ci. Ils appliquent alors à celui-ci par adhérence une compres s ion longitudinale importante qui provoque un fluage du mortier et de ce fait d'abord un raccourcissement instantané de la barre, puis un raccourcissement progressif s'étendant sur plusieurs années. Ce raccourcissement s'accompagne d'un raccourcissement élastique et plastique du tube enveloppe, qui est constitué d'un acier moins dur que les aciers de précontrainte et qui est entratné par adhérence sur le mortier. La barre comporte généralement en plus un tube d'injection noyé dans le mortier intérieur le long d'une génératrice du tube enveloppe. Ce tube communique avec 1 'extérieur de ce tube par des lumières traversant ce tube et réparties sur sa longueur. Il permet l'inJection commode sous pression d'un coulis de ciment dans l'espace annulaire compris entre la barre et la paroi d'un trou foré dans le terrain. On forme ainsi, ou, en l'absence de tube d'injection, par injection directe de coulis de ciment autour de la barre, un tirant scellé dans le terrain et pouvant supporter des efforts de traction longitudinale importants. L'extrémité supérieure du tirant peut être alors fixée à une paroi posée contre le terrain, de manière que le raccourcissement progressif du tirant créé une force ancrant cette paroi. Ce raccourcissement progressif pourrait atteindre à vide par exemple 0,2% de la longueur de la barre. Lorsqu'il est limité par la présence de la paroi ancrée par le tirant, il peut être limité, par exemple, à 0,1% et appliquer, dans le cas d'un diamètre de barre de 90 mm, une force de 60 T environ. Le tirant précomprimé se distingue du tirant classigue par les avantages suivants - la protection des aciers de précontrainte incorporés dans le tirant. Ces aciers sont, en effet, en permanence entourés par le mortier intérieur durci et non fissuré sous sollicitation de service. - la suppression, in situ, de la mise en tension préalable des tirants d'ancrage au moyen d'un vérin hydraulique. En effet, la reprise de la charge utile du tirant précomprimé correspond à un allongement unitaire de 10/oo,et l'allongement du tirant (long de 10 à 15 m pour les ouvrages courants), est ainsi de 1 'ordre du centimètre, au niveau de la partie libre du scellement, donc tout à fait comparable au déplacement des tettes d'ancrages de tirants classiques, après mise en charge de la structure et surtension des armatures actives. - la simplification extrême du dispositif de protection du câble puisque le tirant a la même caractéristique sur toute sa longueur. Ces avantages sont importants, mais l'ancrage de la tête du tirant dans la paroi à appliquer contre le terrain pose un problème délicat. Il est, en effet, apparu au présent inventeur que l'ancrage en tête par simple adhérence du tube enveloppe du tirant à une paroi en béton armé devant être ancrée serait insuffisant du fait, en particulier - de l'insuffisance de l'épaisseur de cette paroi dans la majeure partie des cas, cette épaisseur ne permettant pas d'obtenir la longueur d'adhérence nécessaire, - et de l'insuffisance de résistance du tube enveloppe, qui ne pourrait transmettre, à lui seul, les contraintes de traction à la paroi devant être ancrée, sans accroissement important de l'épaisseur de ce tube. Un tel accroissement augmenterait le coût de mise en oeuvre et surtout empêcherait la barre de se raccourcir dans de bonnes conditions. Cette insuffisance interviendrait aussi dans le cas où on voudrait souder ce tube enveloppe à des éléments métalliques d'une paroi en béton ou métallique. Par ailleurs, un ancrage de la paroi par l'intermédiaire des aciers de précontrainte nécessite une mise à nu de ces aciers, ce qui les expose à la corrosion (particulièrement dangereuse dans le cas d'aciers sous forte tension), et augmente le coût de mise en oeuvre. La présente invention a pour but la réalisation d'une tête d'ancrage pour tirant composite précomprimé à raccourcissement progressif de manière que sa mise en oeuvre soit simple, n'augmente par les risques de corrosion, et permette d'appliquer des efforts d'ancrage importants. Elle a pour objet une tête d'ancrage pour tirant composite précomprimé à raccourcissement progressif, ce tirant présentant la forme d'une barre cylindrique à section circulaire comportant à partir de sa périphérie - un tube enveloppe en acier, - un mortier de ciment intérieur emplissant ce tube, - et des aciers de précontrainte tendus, disposés longitudinalement et noyés dans ce mortier intérieur pour le mettre en compression permanente. Cette tête d'ancrage étant caractérisée par le fait qu'elle comporte - une bague d'ancrage posée sur la paroi à ancrer et percée d'un orifice tronconique laissant passer le tirant et présentant une surface lisse à section circulaire décroissant vers le bas, - et une clavette d'ancrage annulaire présentant une surface extérieure tronconique lisse glissant au contact de la surface dudit orifice tronconique, et une surface intérieure cylindrique au contact du tube enveloppe du tirant, cette clavette étant constituée d'au moins trois secteurs répartis angulairement autour du tirant et susceptibles de déplacements les uns par rapport aux autres, de manière que chaque secteur puisse s'appliquer avec frottement contre le tube enveloppe sous l'action d'une pression radiale initiale et puisse être entraîné par ce tube lors du raccourcissement progressif du tirant, que l'ensemble de la clavette s'enfonce alors dans la bague d'ancrage en appliquant au tube enveloppe une pression radiale accrue qui assure à la fois une solidarisation longitudinale de la tête d'ancrage avec le tube enveloppe et un frettage du tirant permettant la transmission des efforts longitudinaux à partir du tube enveloppe jusqu'aux aciers de précontrainte par l'intermédiaire du mortier intérieur. Il doit être entendu que pour simplifier l'exposé on a supposé ici que la tête du tirant était constituée par son extrémité supérieure, ce qui correspond au cas d'un tirant enfoui dans un sol horizontal, mais que le tirant pourrait tout aussi bien avoir toute autre orientation. Pour la mise en oeuvre de l'invention on peut de plus, selon les circonstances, adopter les dispositions suivantes - les secteurs de la clavette sont tous réunis par des liaisons déformables pour faciliter la mise en place de la clavette tout en permettant des déplacements relatifs limités des divers secteurs. - lesdites liaisons déformables sont constituées par des évidements creusés dans une pièce annulaire commune. - lesdits évidements sont des échancrures qui traversent toute l'épaisseur radiale de la clavette et qui s'étendent longitudinalement chacune entre deux secteurs à partir d'une extrémité longitudinale de la clavette jusqu'au voisinage de l'autre extrémité, où ils laissent subsister une zone de liaison, deux échancrures de part et d'autre d'un même secteur partant de deux extrémités longitudinales opposées de la clavette, des amincissements creusés dans la surface extérieure de la clavette diminuent l'épaisseur radiale de ces zones de liaison pour constituer lesdites liaisons déformables, et une ouverture supprime toute liaison entre les bords en regard de deux segments adjacents, - la surface intérieure de la clavette est munie de stries non longitudinales pour augmenter son frottement sur le tube enveloppe, la profondeur de ces stries étant inférieure au cinquième de l'épaisseur de ce tube, la clavette étant constituée d'un acier plus dur que celui de ce tube. - une plaque pousse-clavette posée sur la section supérieure de la clavette déborde radialement de cette section, et des vis relient cette plaque à la bague d'ancrage pour permettre d'appuyer cette plaque sur la clavette, et de l'enfoncer dans la bague et de créer ainsi ladite pression initiale. - le demi-angle au sommet desdites surfaces tronconiques de l'orifice de la bague d'ancrage et de la clavette est compris entre 40 et 7 - la surface radialement extérieure de la bague d'ancrage est munie de reliefs propres à faciliter la transmission d'efforts longitudinaux dans l'épaisseur d'une paroi bétonnée. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire cl-après, à titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures, il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue en coupe suivant un plan radial d'une tête d'ancrage selon l'invention montée sur l'extrémité d'un tirant précomprimé, et telle qu'elle se présente lorsqu'elle est appliquée à une paroi bétonnée. Les figures 2A et 2B représentent respectivement une vue en coupe suivant un plan radial et une vue de dessus de la clavette de cette tête. Les figures 3 et 3B représentent respectivement une vue en demi-coupe selon un plan radial et demi-élévation, et une vue de dessus de la bague d'ancrage de cette tête. Les figures 4A et 4B représentent respectivement une vue en coupe suivant un plan radial et une vue de dessus de la plaque pousseclavette de cette tête. La tête d'ancrage que l'on va décrire est destinée à l'ancrage d'un tirant précomprimé sur une paroi bétonnée 10 (figure 1). Elle est disposée à l'extrémité d'un tirant précomprimé compor tant un tube enveloppe 6 de diamètre extérieur 88,9 mm et de diamètre intérieur 82,5 mm, un mortier de ciment de remplissage 9, constituant ledit mortier "intérieur", quatre aciers de précontrainte 8 constitués chacun d'un toron commercialisé en France par la firme CCG (Chiers, Chatillon, Gorgy) sous la référence T 13 (diamètre 12,4 mm) et un tube d'injection 7 en polychlorure de vinyle de diamètres intérieur et extérieur 26 et 32 mm. Cette tête comporte, de manière connue - une plaque d'appui 1 en acier commercialisé en France sous la référence A 37 de dimensions 180 x 180 x 30 mm, comportant un orifice central de diamètre 95 mi, prenant appui sur la paroi 10, laquelle est destinée à maintenir le terrain 11. - une bague d'ancrage 2 en acier commercialisé en France sous la référence XC 35 TU, de diamètre extérieur hors tout de 148 mm (la surface extérieure 2b étant filetée au pas de 10 mm), de diamètre intérieur 95 mm dans sa partie cylindrique, la pente du cône de la surface interne étant de 10%, et de longueur 95 mi, et munie de 4 trous de diamètre 8 mm filetés, de longueur 20 mm, percés longitudinalement sur sa section supérieure pour recevoir quatre vis 5 (figures 3A et 3B) - une clavette 3 en acier XC 35 TU, de diamètre extérieur supérieur 116 mm, la pente du cône de la surface extérieure étant de 10%, de diamètre intérieur de 88,5 mi, la surface intérieure étant striée par un filetage doux d'amplitude 0,4 mm au pas de 1,2 mm, et de longueur 80 mm, cette clavette étant munie de trois échancrures (3h, 3J) inversées de 10 mm de large et de 70 mi de long, ainsi que d'une ouverture totale 3 m (figures 2A et 2B)). Les zones de liaison laissées par ces échancrures sont amincies en 3k jusqu'à 2 mm d'épaisseur pour constituer des liaisons souples 3g. - une plaque pousse-clavette 4 constituée du même acier que la plaque d'appui, de diamètre extérieur de 150 mi, de diamètre intérieur de 95 mm, d'épaisseur 20 mm, percée de quatre trous de diamètre 10 mi pour laisser passer quatre vis 5 de diamètre 8 mi (figures 4A et 4B). Le procédé de mise en oeuvre de la tête d'ancrage est le suivant - après avoir coupé à la longueur le tirant précomprimé 6, 7, 8, 9, on introduit successivement sur une de ses extrémités - la bague d'ancrage 2 de façon que le sommet de la bague se trouve à environ 20 cm de l'extrémité de coupe du tirant, - la clavette 3 que l'on introduit à force dans l'espace annulaire tronconique délimité par la surface interne de la bague 2 et la surface externe du tube enveloppe 6, - la plaque pousse-clavette 4 que l'on applique contre la section supérieure de la clavette 3 et que l'on fixe à la bague 2 par l'intermédiaire des vis 5, - puis on introduit par son extrémité libre le tirant précomprimé ainsi équipé dans l'orifice prévu à cet effet dans la paroi 10, et en continuant dans le forage 12 exécuté dans le terrain 11, jusqu'à ce que la bague 2 vienne en contact avec la plaque d'appui 1, - on procède alors à l'injection de ltespace annulaire restant du forage 12 autour du tube enveloppe 6 par l'intermédiaire du tube d'injection 7, avec un coulis de ciment adéquat. Après durcissement de ce coulis, le tirant entre progressivement en service du fait de son raccourcissement progressif, lequel provoquera l'ancrage en tete par coincement de la clavette 3 dans la bague 2 qui s'appuiera sur la plaque d'appui 1 et de ce fait maintiendra la paroi 10. Dans le dispositif ainsi décrit la force de service mobilisable est de l'ordre de 60 tonnes. REVENDICATIONS 1/ Tête d'ancrage pour tirant composite précomprimé à raccourcissement progressif, ce tirant présentant la forme d'une barre cylindrique à section circulaire comportant à partir de sa périphérie - un tube enveloppe (6) en acier, - un mortier de ciment "intérieur" (9) emplissant ce tube, - et des aciers de précontrainte (8) tendus, disposés longitudinalement et noyés dans ce mortier intérieur pour le mettre en compression permanente, cette tête d'ancrage étant caractérisée par le fait qu'elle comporte - une bague d'ancrage (2) posée sur la paroi à ancrer (10) et percée d'un orifice tronconique laissant passer le tirant (6, 7, 8, 9) et présentant une surface lisse (2a) à section circulaire décroissant vers le bas, - et une clavette d'ancrage annulaire (3) présentant une surface extérieure tronconique lisse (3a) glissant au contact de la surface (2a) dudit orifice tronconique, et une surface intérieure cylindrique (3b) au contact du tube enveloppe (6) du tirant, cette clavette étant constituée d'au moins trois secteurs (3c, 3d, 3e, 3f) répartis angu- lairement autour du tirant et susceptibles de déplacements les uns par rapport aux autres, de manière que chaque secteur puisse s'appliquer avec frottement contre le tube enveloppe sous l'action d'une pression radiale initiale et puisse être entraîné par ce tube lors du raccourcissement progressif du tirant, que l'ensemble de la clavette s'enfonce alors dans la bague d'ancrage en appliquant au tube enveloppe une pression radiale accrue qui assure à la fois une solidarisation longitudinale de la tête d'ancrage avec le tube enveloppe et un frettage du tirant permettant la transmission des efforts longitudinaux à partir du tube enveloppe jusqu'aux aciers de précontrainte par l'intermédiaire du mortier intérieur. 2/ Tête d'ancrage pour tirant composite précomprimé à raccourcissement progressif selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les secteurs (3c, 3d, 3e, 3f) de la clavette (3) sont tous réunis par des liaisons déformables (3g) pour faciliter la mise en place de la clavette, tout en permettant des déplacements relatifs limités des divers secteurs. 3/ Tête d'ancrage selon la revendication 2, caractérisée par le fait que lesdites liaisons déformables (3g) sont constituées par des évidements (3h, 3J, 3k) creusés dans une pièce annulaire commune (3). 4/ Tête d'ancrage selon la revendication 3, caractérisée par le fait que - lesdits évidements sont des échancrures (3h, 3j) qui traversent toute l'épaisseur radiale de la clavette (3) et qui s'étendent longitudinalement chacun entre deux secteurs (3c, 3d) à partir d'une extrémité longitudinale de la clavette jusqu'au voisinage de l'autre extrémité où ils laissent subsister une zone de liaison, deux échancrures (3h, 3J) de part et d'autre d'un même secteur (3d) partant de deux extrémités longitudinales opposées de la clavette, - des amincissements (3k) creusés dans la surface extérieure de la clavette diminuent l'épaisseur radiale de ces zones de liaison pour constituer lesdites liaisons déformables (3g) - et une ouverture (3m) supprime toute liaison entre les bords en regard de deux segments adjacents (3a, 3f). 5/ Tête d'ancrage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la surface intérieure (3b) de la clavette (3) est munie de stries non longitudinales pour augmenter son frottement sur le tube enveloppe (6), la profondeur de ces stries étant inférieure au cinquième de l'épaisseur de ce tube, la clavette étant constituée d'un acier plus dur que celui de ce tube. 6/ Tête d'ancrage selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre - une plaque pousse-clavette (4) posée sur la section supérieure de la clavette (3), et débordant radialement de cette section, - et des vis (5) reliant cette plaque à la bague d'ancrage (2) pour permettre d'appuyer cette plaque sur la clavette, et de l'enfoncer dans la bague et de créer ainsi ladite pression initiale. 7/ Tête d'ancrage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le demi-angle au sommet desdites surfaces tronconiques (2a, 3a) de l'orifice de la bague d'ancrage (2) et de la clavette (3) est compris entre h et 70. 8/ Tête d'ancrage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la surface radialement extérieure (2b) de la bague d'ancrage (2) est munie de reliefs propres à faciliter la transmission d'efforts longitudinaux dans l'épaisseur d'une paroi bétonnée (10).