Brevet FR2766753A1 — publié le 19990205

L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un élément de construction préfabriqué en béton et couvre également les éléments préfabriqués réalisés selon l'invention. On connaît depuis longtemps, dans l'industrie du bâtiment ou des travaux publics, l'utilisation d'éléments de construction préfabriqués. Un tel élément est réalisé en coulant du béton dans un moule de forme appropriée, comprenant un fond et des parois latérales, une face supérieure restant ouverte vers le haut pour la coulée du béton. Généralement, on place au préalable dans le moule une armature métallique qui est ainsi noyée dans le béton. Après avoir attendu le temps nécessaire à la prise et au durcissement du béton, les parois latérales du moule sont enlevées et l'élément moulé peut être soulevé au moyen d'élingues, en se décollant du fond. Certains inserts tels que des parties isolantes ou des menuiseries, peuvent être incorporés dans le béton. La technique de préfabrication est connue depuis longtemps et s'est beaucoup développée en raison des avantages considérables qu'elle apporte, en particulier pour la rapidité de construction, la qualité du béton coulé et la précision de positionnement des armatures et des inserts. Cependant, les possibilités de préfabrication sont évidemment limitées par le poids des éléments et la capacité des engins de levage disponibles sur le chantier de construction. Par ailleurs, il est parfois impossible de réaliser des éléments préfabriqués suffisamment armés pour résister aux charges appliquées en service. La présente invention a pour objet un nouveau procédé de préfabrication permettant notamment de diminuer le poids des éléments à résistance égale et de simplifier la réalisation des armatures, celles-ci pouvant même être supprimées dans certains cas. L'invention permet, en effet, d'obtenir des éléments d'un type entièrement nouveau et ayant des propriétés spécifiques. D'autres avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre. L'invention concerne donc, d'une façon générale, la réalisation d'un élément de construction constitué de béton coulé dans un moule ayant au moins une face supérieure ouverte vers le haut, l'élément moulé étant retiré du moule après le temps nécessaire à la prise du béton. Conformément à l'invention, avant la prise du béton, on recouvre au moins l'une des faces de l'élément moulé d'une couche d'un produit composite armé constitué d'armatures enrobées dans un liant durcissable dont la composition est déterminée de façon que la température de durcissement dudit liant soit compatible avec la température de prise du béton, on maintient ensuite le moule à une température sensiblement égale à ladite température de durcissement du liant et, après avoir attendu le temps nécessaire au durcissement du liant et à la prise du béton, on démoule l'élément de construction, ladite couche de produit composite étant incorporée au béton. De préférence, on recouvre au moins l'une des faces du moule du produit composite armé et l'on coule ensuite le béton dans le moule en recouvrant ladite couche de produit composite. Toutefois, il est aussi possible d'étaler le produit composite armé sur une face libre de l'élément moulé, immédiatement après la coulée du béton dans le moule. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, dans le cas où l'élément de construction comprend une armature enrobée dans le béton, celle-ci est maintenue à une distance minimale de chaque face de l'élément qui est déterminée en tenant compte de la protection apportée par le produit composite recouvrant la face correspondante du béton. L'invention couvre également les éléments de construction réalisés selon le procédé. Mais l'invention sera mieux comprise par la description qui va suivre de certains modes de réalisation particuliers donnés à titre d'exemple et illustrés par les dessins annexés. La figure 1 montre, schématiquement, les étapes d'un procédé de réalisation, selon l'invention, d'un élément préfabriqué. La figure 2 est une vue de détail montrant, en coupe, la constitution du produit moulé. La figure 3 montre, en perspective, un élément ainsi réalisé. La figure 4 est une vue en coupe transversale d'un autre type d'élément. La figure 5 montre, en coupe transversale, un mode de réalisation particulier. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement les différentes étapes du procédé. De façon habituelle pour la réalisation d'un élément préfabriqué, on dispose d'un moule 1 comportant, généralement, un fond 11 et deux côtés latéraux 12 et s'ouvrant vers le haut par une face libre 13 permettant la coulée du béton. Pour la réalisation d'un élément selon l'invention, on recouvre d'abord les faces du moule d'une couche 20 d'un produit composite armé 2 constitué, comme le montre la vue de détail de la figure 2, d'armatures 21 enrobées dans un liant durcissable 22. La technique des produits composites a connu un développement rapide et a fait l'objet de perfectionnements portant, notamment, sur la composition du liant durcissable, généralement une résine polymérisable, et la constitution des armatures qui peuvent être, par exemple, en fibre de verre ou de carbone. En particulier, on a mis au point, assez récemment, des produits composites constitués à partir d'une résine dont la polymérisation et le durcissement peuvent se produire à une température relativement basse, par exemple, de 50 à 70 , qui peut même descendre jusqu'à la température ambiante, de l'ordre de 250. L'invention met à profit cette propriété en choisissant, pour recouvrir le moule un produit composite 2 constitué à partir d'un liant dont la composition est déterminée de façon que la température de polymérisation et de durcissement soit du même ordre que la température de prise du béton et, en tout cas, compatible avec cette température. Ayant ainsi recouvert le moule, on place à l'intérieur de celui-ci l'armature 3 constituée, de façon classique, d'un ensemble de barres métalliques soudées (Figure 2b). Par la face ouverte 13, on coule alors le béton 4 dans le moule 1. De préférence, on recouvre immédiatement la face supérieure 41 d'une couche 21 de produit composite (Figure 2c). On attend alors la prise du béton, le moule 1 étant avantageusement associé à un calorifugeage 13 et, éventuellement, à des moyens de chauffage permettant de maintenir le moule et le béton à une température sensiblement constante appropriée, à la fois, à la polymérisation du liant 22 du produit composite et à la prise du béton, cette température pouvant être, par exemple, de 30 à 40", En raison de ce processus simultané de durcissement du liant 22 et du béton 4, les deux produits s'intègrent parfaitement l'un avec l'autre le long de l'interface 24. Après le temps nécessaire au durcissement du liant et du béton, on peut décoffrer l'élément moulé 40 qui est donc constitué d'un noyau 41 en béton armé recouvert, sur sa paroi latérale, d'une couche en matière composite armée qui, grâce à l'invention, est pratiquement incorporée au noyau 41. Sur la figure 3 qui montre, à titre de simple exemple, un élément de dalle ou de mur, on voit que le matériau composite constitue avantageusement une couche continue 42 recouvrant l'ensemble des faces latérales de l'élément 40. Le béton peut affleurer sur les faces d'extrémités 43 sans être recouvert d'un matériau composite. Toutefois, comme on le verra plus loin, il peut être avantageux, de recouvrir également les faces d'extrémités de façon que le béton soit entièrement enfermé dans une couche continue de matériau composite. La couche externe 42 qui est ainsi parfaitement solidarisée avec le béton se comporte comme une armature extérieure qui participe à la résistance de l'élément 40 aux charges appliquées en raison des qualités intrinsèques du matériau composite et notamment de la résistance des armatures 21 dont la constitution peut être adaptée aux contraintes prévisibles. Il est à noter que, pour améliorer encore la solidarisation entre la couche composite 42 et le béton 41, la composition du liant durcissable peut également être adaptée de façon que le coefficient de dilatation du matériau composite soit du même ordre que celui du béton. Il en résulte que la couche extérieure composite 42 participe à la résistance de l'élément et doit donc être prise en compte dans les calculs pour déterminer la constitution de l'armature métallique 3 qui, le plus souvent, pourra être simplifiée et allégée. En particulier, dans le cas d'un élément soumis à des efforts de flexion ou de flambement, l'efficacité de l'armature constituée par la couche en matériau composite 42 est augmentée par le fait que celle-ci recouvre la face externe de l'élément. Bien entendu, la constitution de la couche en matériau composite doit être adaptée aux contraintes appliquées et peut, d'ailleurs, ne pas être la même sur toutes les faces. Par exemple, dans le cas représenté sur la figure 3 d'un élément préfabriqué formant une voûte, la couche 44 de matériau composite recouvrant l'intrados de la voûte peut être plus épaisse et renforcée par une quantité supérieure d'armatures 21 de façon à mieux résister aux efforts de traction qui apparaissent lors du chargement de la voûte, par exemple sous un remblai. Mais la réalisation, selon l'invention, d'un élément préfabriqué recouvert d'une couche de matériau composite présente encore d'autres avantages. Tout d'abord, en raison de la constitution même du matériau, la couche 42 assure une étanchéité parfaite de l'élément et, par conséquent, la protection des armatures contre des infiltrations d'eau éventuelles à l'intérieur du béton. De plus, les éléments préfabriqués en béton, surtout lorsqu'ils sont de grandes dimensions, peuvent être soumis, lors des manutentions, à des chocs entraînant des détériorations ou des amorces de fissuration. Un élément de construction selon l'invention est mieux protégé contre le risque de chocs par la couche externe 42 qui joue un rôle d'amortisseur. Par ailleurs, pour éviter, précisément, la corrosion et le gonflement des armatures en cas d'infiltration d'eau jusqu'au contact de celles-ci, les règlements prévoient la nécessité de maintenir, entre les armatures et la face externe du béton, une distance minimale de sécurité, par exemple de 30 mm, qui est maintenue par des écarteurs placés entre le coffrage et les armatures à la pose de celles-ci. Or, s'il est possible, par des calculs de résistance des matériaux, de déterminer avec précision la forme des éléments et la constitution des armatures pour réduire l'épaisseur et, par conséquent, le poids de l'élément, on ne peut, en revanche diminuer cet écartement minimal imposé par les règlements. La proportion de béton qui doit être maintenue entre les armatures et la face externe est d'autant plus importante que l'élément est plus mince. Grâce à l'invention, au contraire, dans la mesure où la couche de matériau composite 42 assure la protection du béton et des armatures contre les infiltrations d'eau et la corrosion, la distance de sécurité (e) à maintenir entre l'armature 3 et la face externe 24 du béton peut être considérablement réduite. En effet, elle est déterminée en tenant compte de l'effet de protection de la couche 42. Cette distance peut même être nulle, l'armature étant directement posée sur la couche de matériau composite 25 recouvrant le fond 11 du moule 1. En effet, il est possible d'assurer l'enrobage de l'armature 3 par simple vibration du béton 4 En réduisant ainsi la distance entre les armatures et la face externe du béton, c'est à dire la face interne de la couche en matériau composite, il est possible de diminuer considérablement le poids de l'élément. Par exemple, si les calculs conduisent à un élément ayant une épaisseur de 200 mm, la mise en oeuvre de l'invention, en réduisant la distance de sécurité, pourra conduire à une réduction de poids de 20%, la densité du matériau composite étant négligeable par rapport à celle du béton armé. De plus, la pose de l'armature à l'intérieur du moule est plus facile. Par ailleurs, dans la mesure où la couche externe 42 en matériau composite constitue une armature susceptible de résister aux efforts de flexion et de traction, il sera possible, dans certains cas, de supprimer complètement l'armature métallique, la résistance nécessaire étant assurée par la couche 42 en matériau composite. De façon particulièrement avantageuse, le béton utilisé pourra être un béton de fibres contenant, de façon connue, une multitude de fils 44 en métal ou autres matières résistants à la traction, répartie de façon aléatoire à l'intérieur du béton, comme on l'a représenté schématiquement sur la figure 4. Il faut également noter que, si la couche externe 42 en matériau composite protège le béton contre les infiltrations d'eau venues de l'extérieur, elle empêche également l'évaporation de l'eau qui, comme on le sait, peut produire des fissures sur la face externe du béton. Or, on sait également qu'il est possible, au moyen d'adjuvants, de diminuer considérablement la teneur en eau des mélanges constituant le béton. Grâce à l'invention, il sera donc possible d'éviter les fissurations superficielles, le béton 4 coulé dans le moule ayant une teneur en eau aussi réduite que possible, correspondant, en pratique, à la teneur chimiquement nécessaire à la prise du ciment. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux détails des modes de réalisation qui viennent d'être décrits schématiquement. En particulier, le mode de réalisation selon l'invention, qui consiste à disposer une couche de matériau composite sur la face interne du coffrage avant la coulée du béton, peut être adapté à tout type d'élément, le matériau composite pouvant être appliqué sur des moules de toutes formes. D'autre part, il est avantageux de recouvrir d'une couche de matériau composite toutes les faces latérales de l'élément mais, dans certains cas, il pourrait être suffisant de recouvrir seulement une face. Par exemple, dans le cas de la figure 1, la couche de matériau composite pourrait être appliquée uniquement sur le fond du moule et non pas sur les parois latérales. Mais on pourrait aussi couler l'élément dans le moule de la façon habituelle et recouvrir simplement sa face supérieur 41 d'une couche 21 de matériau composite immédiatement après la coulée du béton. Inversement, il pourrait être utile de recouvrir la totalité de l'élément, y compris ses faces d'extrémités, d'une couche continue d'un matériau composite, par exemple dans le cas d'un élément de construction destiné à être placé dans un milieu particulièrement corrosif. En effet, la nature du liant utilisé peut être adaptée aux conditions s'exerçant, en service, sur l'élément. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières et n'en limitent aucunement la portée. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un élément de construction constitué de béton coulé dans un moule (1) ayant au moins une face supérieure ouverte vers le haut, l'élément ainsi moulé étant retiré du moule après le temps nécessaire à la prise du béton (4), caractérisé par le fait que, avant la prise du béton, on recouvre au moins l'une des faces de l'élément moulé (41) d'une couche (42) d'un produit composite armé (2) constitué d'armatures (21) enrobées dans un liant durcissable (22) dont la composition est déterminée de façon que la température de durcissement dudit liant (22) soit compatible avec la température de prise du béton (3), on maintient ensuite le moule (1) à une température sensiblement égale à ladite température de durcissement du liant pendant le temps nécessaire au durcissement du liant et à la prise du béton, et l'on démoule alors l'élément de construction (40), ladite couche (42) de produit composite (2) étant incorporée au béton (41). 2. Procédé de réalisation d'un élément en béton selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on recouvre au moins l'une des faces (11) du moule (1) du produit composite armé (2) et que l'on coule ensuite le béton (4) dans le moule (1) en recouvrant ladite couche de produit composite. 3. Procédé de réalisation d'un élément de construction selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le produit composite armé (2) est étalé sur une face libre (13) de l'élément moulé, immédiatement après la coulée du béton (4) dans le moule (1). 4. Procédé de réalisation d'un élément de construction selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisé par le fait que l'élément de construction (40) comprend une armature (3) enrobée dans le béton et maintenue à une distance minimale (e) de la face externe correspondante du béton, qui est déterminée en tenant compte de la protection apportée par le produit composite (2) recouvrant la face correspondante (24) du béton (4). 5. Elément de construction réalisé par coulée de béton dans un moule, caractérisé par le fait qu'il est recouvert, sur au moins une face, d'une couche (42) d'un matériau composite (2) constitué d'armatures (21) enrobées dans un liant durcissable (22), ledit liant ayant une composition déterminée de façon à présenter une température de durcissement du même ordre que la température de prise du béton. 6. Elément de constructions selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il est recouvert d'une couche continue (42) de matériau composite sur toutes ses faces latérales. 7. Elément de construction selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel est incorporée une armature, caractérisé par le fait que l'armature (3) se trouve écartée de la couche (42) de matériau composite d'une distance (e) inférieure à la distance minimale normalement exigible pour la protection contre la corrosion.