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TUBE'D'ACIER REMPLI DE BETON OU AUTRES MATERIAUX SOLIDES DESTINE A TRAVAILLER A LA COMPRESSION LONGITUDI- NALE.
Dans le béton armé, la résistance de leader des armatures longitudinales de compression est mal utilisée car le taux maximum de travail à la compression, que l'on peut exiger d'elles étant dix fois environ ce- lui du béton, (50 kg/om2) n'atteint que 500 kg/ôm2 en- viron, tandis que, dans les ouvrages métalliques, on fait travailler l'acier à la compression jusqu'au taux
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de 1200 kgCm2a, 7.... . ",'. - " .... r '" ';y : On a donc pensé que pour permettre de mieux.
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utiliser leader il fallait augmenter la résistance à . , la compression du béton.
On a eu recours pour oela aux frettes disposées transversalement sous formes de spires continues ou d'anneaux distincts les uns des au- tres, qui s'apposent à la rupture du béton par expansion transversale sous l'effert de compression. Ces frettes travaillent à l'extension et utilisent elles la résistan- ce du métal jusqu'au taux de 1200 kg/om2.
Plus le lacis de frottes,, entourant le béton, est serré, et plus on augmente la résistance du béton.
A la limite, lorsque l'ensemble des frettes constitue un tube à parois continues, la résistance du béton, qu'il renferme, n'est limitée que par la réels- tance à la rupture des parois du tube sous l'effort d',ex- tension, qui, transversalement, résulte de la compression - du béton dans le sens longitudinal,
Cette propriété du frettage intégral quoique bien connue n'a jamais été utilisée jusqu'ici, dans les applications du béton armé. Les réglementations des di- vers Etats, sur le BETON ARME, ont même limité à une fraotion do la résistance à l'écrasement du béton non fretté ni tubé, le taux de fatigue, sous lequel on peut faire travailler le béton fretté, ce qui représente un maximum de 100 kg/om2 environ.
On a bien employé des pieux tubés de divers modèles. Mais le tube n'y intervient que pour la commo- dité du fonçage et souvent, 11 est enlevé après le batta- ge.
On a également utilisé, pour une construction de ponts en arc, des tubes métalliques formant ossature supérieure supportant l'ensemble des cintres et coffrages métalliques, ainsi que les échafaudages, pendant la oons-
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truotion,et souvent on a conservé ces tubes après les avoir rempli de béton comme armatures longitudinales de compression des arcs.
On a proposé enfin un dispositif basé sur les considérations suivantes :
On sait que la pression transmise transversa- lement, par une matière solide, aux parois d'un espace cylindrique, dans lequel on la soumet à un effort de
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compression parallèle aux gén6ratriaes'dlg cylindre, n'est que le cinquième de la pression transmise par un liquide, dans les mêmes conditions.
Il en résulte que, dans un tube d'acier, exao- tement rempli de béton, de mortier, de plâtre, ou de tou- te autre matière solide susceptible de remplir complè- tement la capacité du tube, le noyau solide et relative- ment incompressible peut supporter dans le sens de son axe, une pression par cm2 dont le maximum est égal à celle dont le cinquième entraînerait la rupture des parois du tube.
Prenons, par exemple, un tube, ?quel
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la surface de la-seotion transversale des paroieg3.t égale à celle du vide intérieur.
Il est facile de voir que le rapport du rayon externe, au'rayon interne qui réalise cette condition, est égal à 2.
Les parois de ce tube peuvent supporter une
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pression interne par o;m2 é8;le. I.. # 1200 (IÎ2 :. z)','= 49b flg/pme environ.
(pour simplifier, on a appliqué, ici, la formule dite
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lltîy tY,@II, k9 /il.y@ ôglié 4# 'lt/'i\m1I \#{l,tf, ,ou; A9 été plus indiquée en raison de 1!-,4paisseur relative des parois, mais les résultats que va donner la première peu-
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vent cependant être considérés comme valables).
Le noyau solide pourra donc subit une pression longitudinale cinq fois plus forte soit: 5 x 490, soit 2450 kg/cm2, qui correspond si on la rapporte à la sec- tion totale du tube (doubler celle du noyau) à un effort de compression de 1225 kg/cm2. Le tube rempli de matière solide et dans lequel la pression ne s'exerce que sur le noyau aura donc sensiblement la même résistance aux pressions longitudinales, qu'une barre d'acier pleine de diamètre égal au diamètre extérieur du tube, comportant, par conséquent, un poids d'acier double ce ce dernier.
Mais ce résultat sera obtenu, à la condition que, le noyau seul, à l'exclusion de l'enveloppe tubulaire soit soumis à la compression.
En réalité, il est difficile de réaliser les dispositifs proposés par divers auteurs pour faire tra- vailler le noyau à la compression indépendamment do 1' enveloppe.
L'invention est basée sur les considérations suivantes :
Si, l'effort de compression se répartit sur toute la section du tube, y compris aelle de l'enveloppe, le tube fonctionne comme une barre ayant un coefficient d'élasticité intermédiaire entre celui du béton fretté et celui de l'acier.
Les déformations élastiques du noyau et de 1' enveloppe, dans le sens des génératrices, étant alors égales, l'effort total de répartit, entre les deux matiè- res, proportionnellement à leur section et à leur coef- ficient d'élasticité. Dans lèxemple considéré, les sec- tions étant égales, la répartition s'opère proportionnelle- ment aux coefficients d'élasticité.
Le coefficient d'élasticité du béton tubé étant
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le cinquième environ de celui de leader, lorsque l'enveloppe aura atteint le taux de sécurité de l'acier à la compression, 1200 kg/om2, le noyau n'aura atteint qu'un taux cinq fois.moindre, soit 240 kg/cm2.
Le tube fonotionnera dono comme une barre pleine, de diamètre égal son diamètre extérieur, pou- vant attéindre la fatigue limite à la compression de 1 (1200 + 240) = 720 kg/om2
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Ce résultat est inférieur à celui que donne la compression du noyau indépendamment des parois, On a utilisé pleinement la résistance à la compression longi- tudinale de l'enveloppe, mais imparfaitement sa réaistan.. ce àl'extension. La résistance du noyau à la compression est à peine utilisée.
Néanmoins, il y a bénéfice par rapport à la résistance à la compression longitudinale d'un tube vide de mêmes diamètres interne et externe,
L'Invention vise encore à accroître'la résis- tanoe à la compression de ce morne tube rempli, par le procédé suivant t
Dans le tube, fermé à ses deux extrémités par des bouchons à vis, munis d'ajutages convenablement dis- posés, on injecte du ciment par les procédés usuels qui permettent de remplir une cavité quelconque de mortier nous pression (ou de béton, si, préalablement à l'injec- tion, on a rempli le tube de gravier).
Après prise, on visse dé quelques fractions de' tour: / les bouchons à vis, qui ferment les extrémités du tube (ou qui raccordent les divers' tronçons de celui-ci, s'il s'agit d'un tube cin- tré en courbe fermée) de façon à, réaliser sur le béton une pression élevée qui peut être de l'ordre'de 1200 Kg par cm2 et à produire en même temps un allongement du
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tube dont la paroi interne a été préalablement garnie d'un enduit empêchant 1'.adhérence du béton.
Cette compression du noyau après prise impose aux parois du tube, dans le sens transversal, un effort d'extension, périphérique, égal, pour chaque tranche transversale du tube de hauteur égale à 1 cm, à 0,2 pr. p étant la pression exercée longitudinalement sur le noyau en kg/om2 et r le rayon interne en cm. Dans le sens de la longueur, cette même pression se traduit, pour les parois du tube, par un effort d'extension longitudinale égal à ps, s étant la section interne du tube.
Lorsque, ultérieurement, le tube sera soumis à un effort de compression, intéressant sa section totale, une partie de cet effort sera absorbée par le'noyau, tra- vaillant à la compression, avant que les parois oommen- cent à être comprimées longitudinalement, car ces parois qui ont"été préalablement mises sous tension longitudina-.
le tendent d'elles-mêmes à se raccourcir jusqu'à ce que le métal ait recouvré son état d'équilibre moléculaire,
Dans une première phase de la compression, l'en- veloppe, sans absorber aucune partie de l'effort de com- pression appliqué à l'ensemble du tube et de son noyau, se raccourcit, sous l'action des efforts moléculaires in- ternes jusqu'à ce que l'état d'équilibre moléculaire dans le sens longitudinal soit atteint, et, comme les coefficients d'élasticité de l'acier à la traction et à la compression sont égaux, ce raccourcissement est égal à celui que l'on obtiendrait en appliquant au tube à l'état de reposmoléculaire dans le sens longitudinal un effort de compression de 1200 kg/cm2 de sa section.
Au cours de cette phase, le noyau se sera raccourci de la même quantité,' em absorbant, par cm2 de sa section, un effort cinq fois'moindre (comme indiqué plus haut) soit
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240 kg/om2.
Dans une seconde phase de compression, le tube se comporte, sous les efforts de compression, comme s'il n'avait subi aucun traitement préalable, son enveloppe pouvant subir un effort longitudinal
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de'1200 kg/om2 de sa section et le noyau un nouvel effort de compression cinq fois moindre 240 kg/cm2.
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La bvBiàmon± ââ7Pb.t d' tubo l'a. 6'1t1' fait bénéficier d'un supplément de résistance de 240 kg par cm2 de la section du noyau, si le coeffi- aient d'élasticité de ce noyau est, comme nous l'a- vons admis, égal au 1/5 de celui de l'acier, et, plus généralement de n, 1200 kg par cm2 de la section du noyau, si le coefficient d'élasticité de ce noyau est 1/n de celui de l'acier.
Si on envisage un tube dont la surface de la section de l'enveloppe est égale à celle du noyau et dont le noyau a été comprimé à 1200 kg/om2 après prise, ce qui provoque dans l'enveloppe un effort
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Nfextension longitudinale de même valeïr onrc,a vu que pour ramener par compression l'enveloppe leidtat d'équilibre moléculaire longïtudimaleik faudra raccour- cir le noyau, qui la maintient étirée, d'une quantité égale à celle dont elle se raccourcirait elle-même, sous une pression longitudinale de 1200 kg/om2, c'est-à-
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dire comprimer le noyau de 240 kg/am2o l Oette compression correspond, -pour la section totale puisque 1',enveloppen¯',,absoxbodans cétto phase aucun effort de compression à 120Lkg/am2,rl
Si,,maintenant, on comprime le tube jusque ce que l'enveloppe supporte,
à elle seule, un effort longitudinal de 1200 kg/cm2, le. noyau aura 'absorbé.'
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aôursde ... saaônde ' : . ...obPaalQnde. au cours ... phase, un nouvel éo$.'dfâ
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240 kg/cm2 de sa section, de sorte que par rapport à la section totale l'effort de compression absorbé pendant cette seconde phase sera de 1200 + 240= 720 kg/cm2.
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Dans les deux phases successives, le tube aura dono absorbé 120 + 720 soit 840 kg/om2 de sa section totale. Ce tube vide n'aurait pu absorber que 600 kg/om2 de la même section et ce tube injecté, sans surpression préalable, que 720 kg/cm2. pour arriver à ce résultat, il a fallu sou- mettre l ',enveloppe à l'effort maximum de compression lon- gitudinale qu'elle puisse supporter avec sécurité. La pression longitudinale totale sur le béton étant de 1200 + 240 + 240 = 1680 kg/cm2. produit sur les parois
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une pression transversale égale au 1 aoitls kgam2
5 ce qui correspond à un taux de fatigue de 877 kg/cm2 en faisant le calcul comme indiqué plus haut .
Oe résultat est'atteint @ les 3 phases suivantes :
1 Traitement préalable produisant l'éti- rage de l'enveloppe........................... 1800 kg/cm2 2 Première phase de compression, où le noyau seul travaille à la compression, l'en- veloppe revenant à l'état d'équilibre moléoulai-
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re............................................ 240 kg/om2
3 Seconde phase, dans laquelle l'en- veloppe et le noyau travaillent à la compression de O à 1200 kg/cm2 pour l'enveloppe et pour le
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noyau de 0 à..................................
240 kg/om2
11 n'y a pas utilisation aussi complète que possible des qualités de résistance des matières emplo- yées, mais il y a amélioration de cette utilisation par rapport au tube video
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A chaque rapport du rayon interne au rayon exter- ne correspond un taux limite de compression applicable à la totalité de la section du tube injecté de matériaux d'un coefficient d'élasticité déterminé, ce taux pouvant être augmenté par un traitement préalable, qui consiste à comprimer le noyau solide pour réaliser un étirage corrélatif de l'enveloppe tubulaire.
En d'autres termes, un tube métallique, injecté de matériaux devenant solides après prise, soumis à un traitement préalable, produisant une compression du noyau en même temps qu'un étirage de l'enveloppe tubulaire, pourra fournir une résistance à la compression longitudina- le bien supérieure à celle du tube vide, pouvant même dans certaines conditions dépasser celle de la'barre pleine, de même diamètre externe,
Ces dispositifs sont applicables aux pièces courbes, aussi bien qu'aux pièces droites,-quelles soient ou'non destinées à être enrobées dans du béton.
Si le bé- ton d'enrobage doit concourir.au travail de compression avec'le tube injecté qu'il enrobe, la fatigue Imposée à l'enveloppe de cedernier ne pourra pas dans.la. pratique dépasser 500 kg/om2 puisque les règlements imposent comme maximum au béton enrobant 100 kg/cm2.
Ces dispositifs permettent de réaliser, avec le même poids d'acier des pieux et poteaux plus résistants que les pieux et poteaux tubulaires non injectés. Les pieux peuvent être coupés au chalumeau oxhydrique. Les poteaux permettent:.de constituer desossatures de bâtiments faciles à monter et à assembler, par le moyen de raccords filetés adroits, en T, en double T, etc... analogues aux raccorde.pour tubes de canalisations.
Les tubas; cintrés en arcs ouverts fournissent des éléments d'armatures ou des nervures pour voûtes et
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arcs de ponts et de combles. Les tubes cintrés en courbes fermées fournissent des éléments d'ossatures ou d'armatures pour revêtements de galeries ou cuvela- ges de puits, dans lesquels la fatigue moyenne de compression qui peut être exigée de la section trans- varsale., est du morne ordre de grandeur que pour les revêtements en fonte (6 à 700 kg/om2) tout en exigeant un poids moitié moindre de métal.
A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé divers modes d'exécution de l'invention.
La figure 1 représente en coupe longitudinale un tube injecté avec ses bouchons d'extrémités.
La figure 2 représente un cintre fermé en trois tubes et la. figure 3 montre en coupa, à. plus grande é- chelle, un de ses raccords.
La figure 4 montre un dispositif d'assemblage de ces tubes,
D'après la figure 1, le tube d'acier 1 pourvu sur sa paroi interne d'un enduit 2 un lubréfiant par exemple, empêchant l'adhérence du noyau de béton 3 est pour. vu à une extrémité d'un bouchon fileté plein 4 et à son autro extrémité d'un bouchon 5 portant un canal d'injec- tion 6; au-dessous de ces bouchonssont placées de préfé- rence des pastilles 7 et 8 ( la pastille a,étant,naturel- lement, percée en son centre) destinées à faciliter le vissage des bouchons en assurant à leur face inférieure un contact lisse;
ces pastilles peuvent être supprimées si le tube est rempli de matériaux pulvérulents,
D'après la figura 2, un cintre fermé, destina par exemple à servir d'armature horizontale à un ouvelage de puits de mine? est formé de trois sections'courbes de
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tube 9-10-11 réunies par des raccords 12-13-14 à deux filetages opposés, Chacun de ces raccorda, 12 par ,exemple (figure 5) est pourvu d'un trou d'injection 15. @
En figure 3 en a représenté le mode d'assem-
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blage .de trois tubes 16-17-1% servant de poteaux et poutres pour constituer l'armature d'une construction.
Ces trois tubes sont visées dans les trois entrées d'un raccord en T.
REVENDICATIONS
Ayant ainsi décrit notre invention et nous réservant d'y apporter tous perfectionnements ou mo- difications qui nous paraîtraient nécessaires, nous revendiquons comme notre propriété exclusive et pri- vative 1- Tube d'acier rempli de béton ou autres ma- tériaux solides destiné à travailler à la compression longitudinale, caractérisé par la fait que l'effort de compression s'exerce simultanément sur le tube et sur son noyau.
2- Tube d'acier à noyau solide suivant 1 ca- ractérisé par le fait que le tube non adhérent au noyau est pourvu de dispositifs lui donnant avant application de l'effort de compression un étirage longitudinal élastique.
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