Brevet FR2943933A1 — publié le 20101008

Procédé de fabrication de dispositifs de liaison d'armatures DOMAINE TECHNIQUE La présente invention est relative à un procédé de fabrication de dispositifs de liaison d'armatures, aux dispositifs de liaison d'armatures obtenus, et aux ensembles d'armatures réalisés avec ces dispositifs. Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication d'armatures en acier pour béton armé. ETAT DE LA TECHNIQUE L'invention s'applique notamment aux dispositifs de liaison bout à bout de deux barres d'armature en acier dont les extrémités sont filetées, qui comportent un manchon taraudé qui est vissé sur les extrémités filetées des barres d'armature à rabouter. L'invention permet d'obtenir un tel manchon dont la surface externe comporte des aspérités renforçant l'adhérence du béton - dans 15 lequel le manchon est noyé - sur le manchon. I1 est généralement important d'obtenir une bonne cohésion du béton et des ensembles d'armatures noyés dans le béton, lors de la réalisation d'ouvrages en béton armé tels que des bâtiments ou des ouvrages d'art, afin d'assurer la solidité de ces ouvrages. 20 Cette cohésion résulte notamment de l'adhérence du béton sur les armatures. Cette nécessité est renforcée pour les ouvrages devant résister à des sollicitations dynamiques importantes, telles que des chocs ou vibrations, pendant toute la durée de vie de l'ouvrage. Il a été proposé, dans le brevet EP728880, de fabriquer de tels 25 manchons de raboutage à partir d'armatures dites � à haute adhérence �. De telles barres d'armatures font l'objet de diverses prescriptions et normes telles que les normes NF-A-36-016-1 et EN 10080, qui définissent notamment des alliages - ou nuances - d'acier utilisables pour la fabrication de ces armatures, des caractéristiques mécaniques de 30 ces aciers, et des caractéristiques géométriques des armatures. Les barres - ou armatures - de ce type présentent des aspérités sur leur surface externe, qui peuvent être saillantes et qualifiées de � verrous �, ou au contraire en creux et alors qualifiées d' � empreintes �. La fabrication de manchons de raboutage de barres d'armature à partir de ce type d'armature, par tronçonnage et forage d'une barre (pleine), comme proposé dans le brevet EP72888O, présente des inconvénients. En effet, l'utilisation de barres conforme à ces normes pour la fabrication de manchons de liaison ne permet pas de choisir la nuance d'acier, le diamètre de barre, et la géométrie des aspérités, qui sont nécessaires pour obtenir des manchons de liaison optimisés en fonction des contraintes propres à chaque utilisation de ces manchons dans un ouvrage à construire. Un autre inconvénient résulte du fait que ces armatures ne présentent généralement pas des caractéristiques mécaniques uniformes dans leur section, en raison notamment de leur procédé de fabrication par laminage. Il peut en résulter que les caractéristiques mécaniques d'un manchon réalisé à partir d'une telle armature ne soient pas adaptées aux caractéristiques des deux armatures qu'il sert à relier, ce qui ne permet pas d'obtenir une liaison optimisée. Une autre difficulté résulte de la présence d'aspérités sur la face externe d'une barre servant à fabriquer le manchon : ces aspérités permettent difficilement d'aligner parfaitement un tronçon d'armature à forer et tarauder, avec l'outil (ou les outils) utilisés pour le forage et le taraudage. Il peut en résulter un défaut d'alignement ou de concentricité entre l'orifice traversant percé ou foré dans la barre, et la surface extérieure de celle-ci, ce défaut persistant dans le manchon de liaison ainsi obtenu. Par ailleurs, le perçage ou forage de la barre nécessite de dépenser une énergie importante, et provoque la perte d'une partie importante de la masse d'acier utilisé pour fabriquer la barre. EXPOSÉ DE L'INVENTION Un objectif de l'invention est de proposer un procédé de fabrication de dispositifs de liaison d'armatures, des dispositifs de liaison d'armatures obtenus par ce procédé, et des ensembles d'armatures réalisés avec ces dispositifs, qui soient améliorés et/ou qui remédient, en partie au moins, aux lacunes ou inconvénients des systèmes connus de liaison d'armatures. Selon un aspect de l'invention, le manchon est obtenu par usinage d'un tube - ou ébauche tubulaire - en acier, dont le diamètre et la nuance d'acier sont adaptés aux caractéristiques du manchon à fabriquer, ce qui permet d'optimiser les caractéristiques géométriques et mécaniques du manchon, et de réduire les pertes d'énergie et de matière. En d'autres termes, selon un aspect de l'invention, il est proposé un procédé de fabrication d'un manchon de raboutage d'armatures en acier pour un ouvrage en béton armé, qui comporte les opérations suivantes : - tarauder une ébauche tubulaire en acier présentant des caractéristiques mécaniques sensiblement uniformes dans sa section, selon l'axe longitudinal de l'ébauche tubulaire, et - former des aspérités sur la surface externe de l'ébauche tubulaire, par enlèvement de matière. Selon des modes de réalisation de l'invention : - les opérations de taraudage et d'usinage des aspérités peuvent être réalisées sensiblement simultanément par une machine à commande numérique équipée de plusieurs outils adaptés à ces opérations, telle qu'une machine de décolletage ; - on peut amincir la paroi du manchon au voisinage d'au moins une de ses deux extrémités longitudinales, par enlèvement de matière, par exemple en réalisant un chanfrein, de préférence sensiblement simultanément aux opérations de taraudage et de formation des aspérités ; - on peut marquer la surface externe du manchon, par enlèvement de matière, de façon à former - en creux ou en relief - des signes permettant d'identifier des caractéristiques du manchon telles que des caractéristiques de l'acier le constituant, et/ou des caractéristiques d'identification du fabricant du manchon ; cette opération de marquage peut être réalisée sensiblement simultanément aux opérations de taraudage et de formation des aspérités ; - le marquage de la surface externe du manchon peut également comporter une opération de dépôt de matière sur cette surface ; - on peut fabriquer les manchons à partir d'un tube d'acier présentant une limite d'élasticité située dans une plage allant de 200 méga Pascal (200 MPa) environ à 1000 MPa environ, en particulier un tube présentant une limite d'élasticité située dans une plage allant de 400 MPa environ à 600 MPa environ ; - on peut fabriquer les manchons à partir d'un tube d'acier présentant un allongement sous charge maximale situé dans une plage allant de 1% environ à 10% environ, en particulier un tube présentant un allongement sous charge maximale situé dans une plage allant de 3% environ à 7% environ; - on peut utiliser des tubes d'acier protégé contre l'oxydation, dans la masse ou en surface, par galvanisation par exemple. L'invention permet de réaliser simplement et avec une bonne répétitivité des manchons dont les caractéristiques mécaniques et géométriques, en particulier la géométrie des aspérités en creux ou en relief, sont optimisées par rapport aux contraintes d'utilisation des manchons. On peut notamment former à la surface d'un manchon un réseau d'aspérités de forme allongée et effilée à leurs deux extrémités, de dimensions identiques, qui sont régulièrement disposées/espacées sur la surface externe (sensiblement cylindrique) du manchon. De telles aspérités peuvent s'étendre le long de portions de cercles situés dans des plans perpendiculaires à l'axe longitudinal du manchon. De telles aspérités peuvent également s'étendre le long de portions d'hélices ayant pour axe l'axe longitudinal du manchon. Les aspérités peuvent présenter une surface lisse s'étendant selon une calotte cylindrique ; cette calotte peut être délimitée par un contour en forme de losange, ou bien peut être délimitée par un contour curviligne, en partie au moins. La plus grande dimension de ces aspérités est de préférence supérieure à un millimètre, par exemple de l'ordre d'un ou plusieurs centimètres, tandis que la profondeur (d'aspérités en creux) ou épaisseur (d'aspérités en relief) est de l'ordre d'un ou plusieurs millimètres. On peut en outre former des (micro)aspérités de taille voisine de un millimètre, ou inférieure à cette valeur , par enlèvement de matière également, par déformation de la surface externe de l'ébauche tubulaire, ou bien par dépôt de matière sur la surface externe de l'ébauche tubulaire. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un ensemble - tel qu'une cage - d'armatures pour béton, qui comporte deux barres d'armature en acier dont les extrémités filetées sont vissées dans un manchon en acier susceptible d'être obtenu par un procédé selon l'invention, le manchon comportant des aspérités usinées sur sa face externe, l'acier constituant le manchon présentant au moins une caractéristique mécanique distincte de celle de l'acier constituant les barres d'armatures, de sorte que la liaison et l'adhérence du béton sur la liaison sont améliorées. A cet effet, la ductilité de l'acier constituant le manchon peut être supérieure à celle de l'acier constituant les barres d'armatures, par exemple. Selon d'autres modes de réalisation de l'invention : - l'ensemble d'armatures peut comporter deux écrous 30 respectivement vissés sur les extrémités filetées des deux barres, et en appui sur les deux extrémités longitudinales du manchon ; - chacun des écrous peut comporter des aspérités sur sa face externe ; - chacun des écrous peut comporter un chanfrein à une de ses deux extrémités longitudinales, par l'intermédiaire duquel l'écrou est en 5 appui sur le manchon ; - chacun des écrous peut comporter un chanfrein à chacune de ses deux extrémités longitudinales ; - le filetage des extrémités des barres peut présenter un profil arrondi et être obtenu par roulage. 10 D'autres aspects, caractéristiques, et avantages de l'invention apparaissent dans la description suivante qui se réfère aux figures annexées et illustre, sans aucun caractère limitatif, des modes préférés de réalisation de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES 15 La figure 1 illustre en perspective un manchon obtenu par un procédé selon un mode de réalisation de l'invention. Les figures 2 et 3 illustrent en vue de coté le manchon de la figure 1 : la figure 2 est une vue selon II de la figure 1, et la figure 3 est une vue selon III de la figure 1. 20 La figure 4 illustre en perspective un écrou susceptible de coopérer avec un manchon tel que ceux illustrés figures 1 à 3 ou 8 à 10, pour former un dispositif de liaison tel que celui illustré figure 7, selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 5 illustre en vue de coté l'écrou de la figure 4 : la figure 5 25 est une vue selon V de la figure 4. La figure 6 est un schéma illustrant une portion d'un ensemble d'armatures selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 7 est un schéma illustrant une portion d'un ensemble d'armatures selon un autre mode de réalisation de l'invention. 30 La figure 8 illustre en perspective un manchon obtenu par un procédé selon un autre mode de réalisation de l'invention. Les figures 9 et 10 illustrent en vue de coté le manchon de la figure 8 : la figure 9 est une vue selon IX de la figure 8, et la figure 10 est une vue selon X de la figure 8. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Sauf indication explicite ou implicite contraire, des éléments ou organes - structurellement ou fonctionnellement - identiques ou similaires, sont désignés par des repères identiques sur les différentes figures. Par référence aux figures 1 à 3 et 8 à 10 notamment, le manchon 20, 23 présente une forme générale tubulaire, s'étend selon un axe longitudinal 21, et est traversé par un passage longitudinal pourvu d'un filetage cylindrique 22 résultant du taraudage d'une ébauche tubulaire. La nature de l'alliage de l'ébauche tubulaire et son diamètre sont choisis en fonction des caractéristiques mécaniques et géométriques du manchon à fabriquer. L'ébauche tubulaire peut être obtenue par tronçonnage d'un tube, la longueur de l'ébauche étant déterminée en fonction de la longueur 24 (figure 2) souhaitée pour le manchon. La longueur 24 peut être voisine du double du diamètre des barres 20 à relier par le manchon. Comme illustré figures 6 et 7, le manchon 20, 23 permet le raboutage de deux armatures 25, 26 en acier pour former un ensemble d'armature servant à construire un ouvrage en béton armé. Les manchons sont fabriqués en réalisant les opérations 25 suivantes : - taraudage une ébauche tubulaire en acier présentant des caractéristiques mécaniques sensiblement uniformes dans sa section, selon l'axe longitudinal de l'ébauche tubulaire qui correspond à l'axe longitudinal 21 du manchon obtenu, et 30 - formation des aspérités en relief 27 à 34 (figures 1 à 3 et 8 à 10) sur la surface externe de l'ébauche tubulaire, par usinage à l'aide d'un outil de coupe, i.e. par enlèvement de la matière de l'ébauche dans des zones 83, 84 intermédiaires (figures 2 et 10) délimitant les aspérités en relief. On amincie de préférence la paroi du manchon au voisinage de chacune de ses deux extrémités longitudinales 75, 76, par enlèvement de matière, en réalisant un chanfrein 35 à 38 (figures 1 et 8 notamment), par exemple un chanfrein à 45°, de préférence sensiblement simultanément aux opérations de taraudage et de formation des aspérités. Ces chanfreins confèrent à la paroi des manchons un profil rectiligne, en vue de profil ou en vue en coupe dans un plan longitudinal ; alternativement, l'amincissement peut être réalisé selon un profil longitudinal curviligne. Cet amincissement contribue à améliorer l'adhérence du béton (dans lequel l'ensemble d'armatures est noyé) sur la surface externe du manchon, dans les deux zones de transition s'étendant respectivement entre chaque extrémité du manchon et l'armature liée au manchon par cette extrémité. L'amincissement de la paroi permet aussi d'éviter la formation d'amorces de fissures dans le béton en contact avec l'extrémité du manchon, notamment lorsque l'ouvrage en béton dans lequel est incorporé le manchon de liaison d'armatures est soumis à des sollicitations mécaniques importantes, telles que des chocs ou vibrations. On peut marquer la surface externe 60 du manchon, par enlèvement de matière, de façon à former - en creux ou en relief - des signes (non représentés) permettant d'identifier des caractéristiques du manchon, telles que des caractéristiques de l'acier le constituant et/ou des caractéristiques du fabricant du manchon, cette opération de marquage pouvant être réalisée sensiblement simultanément aux opérations de taraudage et de formation des aspérités 27 à 34. On peut observer sur les figures 1 à 3 et 8 à 10 un réseau d'aspérités en relief 27 à 34 de forme allongée et effilée à leurs deux extrémités 90 à 93, de dimensions identiques, régulièrement disposées/espacées sur la surface externe 60 des manchons, qui ont été formées par usinage du manchon. Dans le mode de réalisation correspondant aux figures 1 à 3, les aspérités 27 à 29 s'étendent le long de portions de cercles 41 (figure 3) situés dans des plans perpendiculaires à l'axe longitudinal 21 du manchon. Ces aspérités présentent une surface 94 lisse s'étendant selon une calotte cylindrique délimitée par un contour 43 en forme de losange. Dans le mode de réalisation correspondant aux figures 8 à 10, les aspérités 30 à 34 s'étendent le long de portions d'hélices 42 (figure 9) ayant pour axe l'axe longitudinal 21 du manchon. Ces aspérités présentent une surface 95 lisse s'étendant selon une calotte cylindrique délimitée par un contour 44 en partie curviligne. Des flancs inclinés ou chanfreins (96 à 99 figures 3 et 10) bordent les faces 94, 95, le long de leur contour. La profondeur d'aspérités en creux ou l'épaisseur 45 (figure 2) des aspérités en relief est de l'ordre d'un ou plusieurs millimètres. Les ensembles d'armatures pour béton illustrés figures 6 et 7 comportent chacun deux barres 25, 26 d'armature en acier dont les extrémités filetées 51 (une seule extrémité filetée étant visible figure 7) sont vissées dans un manchon 20 obtenu par un procédé selon l'invention. L'ensemble d'armatures pour béton illustré figure 7 comporte deux écrous 71, 72 respectivement vissés sur les extrémités filetées des deux barres 26, 25 et en appui sur les deux extrémités longitudinales 75, 76 (figure 1) du manchon 20. Chacun des écrous peut comporter des aspérités sur sa face externe 73, et peut comporter un chanfrein 74 à une de ses deux extrémités longitudinales, comme illustré figures 4 et 5, par l'intermédiaire duquel chanfrein 74, l'écrou peut être en appui sur le manchon 20. Alternativement, comme illustré figure 7, chaque écrou peut s'appuyer sur une des extrémités opposées du manchon 20, par une face d'appui 81 orthogonale à l'axe 82 de l'écrou (cf. figures 4 et 5), ce qui forme, dans la position de liaison illustrée figure 7, une aspérité en creux entre cette face d'appui et l'extrémité chanfreinée du manchon. Dans le mode de réalisation des figures 8 à 10, le manchon comporte également deux aspérités ou nervures rectilignes 87, 88, qui sont diamétralement opposées et parallèles à l'axe 21 du manchon.10 Revendications1 - Procédé de fabrication d'un manchon (20, 23) de raboutage d'armatures (25, 26) en acier pour un ouvrage en béton armé, qui comporte les opérations suivantes : - tarauder une ébauche tubulaire en acier présentant des caractéristiques mécaniques sensiblement uniformes dans sa section, selon l'axe longitudinal (21) de l'ébauche tubulaire, et - former des aspérités (27 à 34) sur la surface externe de 10 l'ébauche tubulaire, par enlèvement de matière. 2 - Procédé selon la revendication 1, dans lequel les opérations de taraudage et d'usinage des aspérités sont réalisées sensiblement simultanément par une machine à commande numérique équipée de plusieurs outils adaptés à ces opérations, telle qu'une machine de 15 décolletage. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel on amincie la paroi du manchon au voisinage d'au moins une de ses deux extrémités longitudinales, par enlèvement de matière, par exemple en réalisant un chanfrein (35 à 38), de préférence sensiblement 20 simultanément aux opérations de taraudage et de formation des aspérités. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel on marque la surface externe du manchon, par enlèvement de matière, de façon à former - en creux ou en relief - des signes 25 permettant d'identifier des caractéristiques du manchon, telles que des caractéristiques de l'acier le constituant et/ou des caractéristiques du fabricant du manchon, cette opération de marquage étant réalisée sensiblement simultanément aux opérations de taraudage et de formation des aspérités. 30 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le marquage de la surface externe du manchon comporte une opération de dépôt de matière sur cette surface. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel on fabrique les manchons à partir d'un tube d'acier présentant une limite d'élasticité située dans une plage allant de 200 méga Pascal (200 MPa) environ à 1000 MPa environ, et présentant un allongement sous charge maximale situé dans une plage allant de 1% environ à 10% environ. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel on forme à la surface des manchons un réseau d'aspérités de forme allongée et effilée à leurs deux extrémités, de dimensions identiques, qui sont régulièrement disposées/espacées sur la surface externe des manchons. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les aspérités s'étendent le long de portions de cercles (41) situés dans des plans perpendiculaires à l'axe longitudinal (21) du manchon, et/ou le long de portions d'hélices (42) ayant pour axe l'axe longitudinal (21) du manchon. 9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les aspérités présentent une surface lisse s'étendant selon une calotte cylindrique délimitée par un contour (43) en forme de losange ou bien par un contour (44) en partie au moins curviligne. 10 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la plus grande dimension des aspérités est supérieure à un millimètre, la profondeur d'aspérités en creux ou l'épaisseur (45) d'aspérités en relief étant de l'ordre d'un ou plusieurs millimètres. 11 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel on forme en outre des (micro)aspérités de taille voisine de un millimètre, ou inférieure à cette valeur , par enlèvement de matière, par déformation de la surface externe de l'ébauche tubulaire, ou bien par dépôt de matière sur la surface externe de l'ébauche tubulaire. 12 - Ensemble d'armatures pour béton, qui comporte deux barres (25, 26) d'armature en acier dont les extrémités filetées (51) sont vissées dans un manchon (20, 23) en acier susceptible d'être obtenu par unprocédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, le manchon comportant des aspérités (27 à 34) usinées sur sa face externe (60), l'acier constituant le manchon présentant au moins une caractéristique mécanique distincte de celle de l'acier constituant les barres d'armature. 13 - Ensemble selon la revendication 12 dans lequel la ductilité de l'acier constituant le manchon est supérieure à celle de l'acier constituant les barres d'armatures. 14 - Ensemble selon l'une quelconque des revendications 12 ou 13, qui comporte deux écrous (71, 72) respectivement vissés sur les extrémités filetées des deux barres et en appui sur les deux extrémités longitudinales (75, 76) du manchon. - Ensemble selon la revendication 14, dans lequel chacun des écrous comporte des aspérités sur sa face externe (73). 15 16 - Ensemble selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, dans lequel chacun des écrous comporter un chanfrein (74) à une de ses deux extrémités longitudinales, par l'intermédiaire duquel l'écrou est en appui sur le manchon. 17 - Ensemble selon l'une quelconque des revendications 12 à 16 20 dans lequel le filetage des extrémités des barres présente un profil arrondi qui peut être obtenu par roulage. 18 - Ensemble selon l'une quelconque des revendications 12 à 17 dans lequel chacun des écrous comporte un chanfrein à chacune de ses deux extrémités longitudinales. 25