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Procédé et dispositif pour l'exécution de oonstruo- tions monolithes en béton armé.
Dans ses brevets et publications antérieurs, le Demandeur a montré que l'on peut améliorer considérablement les qualités du béton armé en utilisant pour la constitution des armatures, des aciers à haute limite élastique soumis à une tension préalable suffisamment élevée pour qu'il y subsiste des tensions qui déter-
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minent dans le béton des systèmes de contraintes permanen- tes, lesquelles modifient avantageusement celles qui ré- sultent des efforts auxquels la pièce est soumise en service. On obtient ainsi des pièces jouissant de qualités exceptionnelles de résistance et de prix de revient.
L'emploi de ces procédés exige des matériels dont le poids, le prix, et les difficultés de manipula- tion croissent avec la dimension des éléments à fabriquer et qui finissent par être non maniables, ce qui a gêné jusqu'ici leur application à la construction de grands édifices monolithes.
Le procédé qui fait l'objet de la présente in- vention permet d'étendre les avantages des précontraintes permanentes, imposées aux matériaux, à des constructions en béton armé de dimensions quelconques possédant toutes les propriétés des constructions monolithes exécutées en place, moyennant l'emploi d'un matériel peu coûteux et maniable.
Pour réaliser une construction dans le procédé de l'invention, on détermine, comme s'il s'agissait d'une construction monolithe, par l'application des principes de la résistance des matériaux, ses formes et ses dimensions ainsi que ses armatures et l'état élastique qu'il convient de donner à celles-ci avant coulage du béton qui doit les enrober, pour obtenir après la prise et les diverses déformations du béton le système de contraintes le plus favorable à la bonne tenue de la construction.
Cet état élastique comporte des tensions, varia- bles entre zéro et la limite élastique du métal, soit d'une armature à l'autre, soit le long d'une même armature.
Ceci fait, on partagera la masse du béton de @ #la construction, en éléments de dimensions telles qu'ils
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correspondent à des moules maniables et formés en général d'organes susceptibles de nombreux réemplois. Lesdits éléments seront coulés séparément ou successivement, les armatures demeurant ininterrompues et traversant les coffrais des intersurfaces entre éléments contigus, par des ouvertures appropriées.
Le tracé de ces intersurfaces sera fait de telle sorte due, dans la construction en service, les efforts élastiques s'exerçant normalement à elles, soient tou- jours des compressions, sauf en cas d'efforts très peu importants. Ceci peut toujours être réalisé moyennant une distribution convenable d'armatures tendues, traver- sant ces intersurfaces.
Avant le coulage d'un premier élément de béton, on placera les armatures qui le traversent, au moins sur la longueur de cette traversée, dans l'état élastique prévu.
Dans le cas le plus général, ceci s'obtienara conformément aux brevets belges antérieurs du Demandeur, n 364.207 du 2 Octobre 1929 et N 384.300 du 19 Novembre
1931, en saisissant chaque barre ou groupe de barres d'armatures entre des ancrages provisoires formés par des pinces ou autres moyens, que l'on sollicitera par l'action de vérins, de manière à allonger l'armature, en prenant appui sur desorganes de transmission des effoits, en général extérieurs à la pièce à exécuter.
Après avoir attendu un durcissement suffisant du béton du premier élément, on placera les armatures intéressant le deuxième élément dans l'état de tension, prévu dans la traversée de ce deuxiéme élément-
Pour les armatures de cet élément non solidaires du premier, on procédera comme pour celui-ci; pour les ar- matures communes au. premier et au deuxième élément, on
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devra modifier l'intensité des s-ollicitations qui leur étaient jusque là appliquées, par un changement des conditions d'em- ploi des ancrages et vérirs.
Ceci implique en général la créa- tion d'efforts locaux entre les armatures et le béton du deuxième élément et en outre l'application à l'ensemble da cet élément d'une force opposée à la résultante des supplé- ments de sollicitations appliqués aux diverses armatures qui le traversent, ce qui suppose l'agencement de dispositifs de liaison appropriés formant points d'appui entre les organe: ou vérins de mise en tension et le béton du premier élénent.
En général les efforts locaux ainsi demandés au béton du premier élément, avant coulage du second, seront d'un ordre très élevé ; ils impliquent des résistances du béton rarement atteintes dans la pratique courante et seule- ment après un très long délai.
Dans la très grande majorité des applications industrielles, la nécessité de prévoir un délai important entre les opérations de moulage d'un élément et d'ajuste- ment des tensions avant moulage de l'élément suivant, nuirait à l'intérêt du procédé. Mais il est connu que le durcissement.du béton peut être accéléré par des opérations dont on peut anplifier les effetsen les associant dans un certain ordre, de manière à réduire les délais autant qu'il est nécessaire pour les applications envisagées. On connaît depuis longtemps l'effet favorable des vibrations.
Le Deman- deur a constaté que l'association dans certaines conditions d'une compression à la vibration améliore considérablement les résultats obtenus par celle-ci seule, tant au point de vue de la vitesse de durcissement que de la qualité finale du béton et que les bétons ainsi traités peuvent être chauf- fés sans précautions ni risques au-delà même de 100 ; ce qui #
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permet d'atteindre en moins de deux heures, pour des bétons normaux en Portland ordinaire, des résistances de plusieurs centaines de kilos par cmê qui après durcis- sement définitif peuvent dépasser largement 1000 K. par cm2.
On a donc ainsi le moyen d'obtenir très rapidement le dur- cissement voulu du béton.
Le procédé de l'invention implique une organi- sation des opérations de moulage des éléments successifs de manière que le béton puisse être, dans le cas le plus général, vibré, comprimé et chauffé; dans les cas exception- nels où la rapidité d'exécution n'offrirait pas d'intérêt on pourra ne pas utiliser le chauffage ou même la compres- sion.
La méthode générale qui vient d'être aécri te permet dans tous les cas la solution du problème posé, mais dans les divers problèmes concrets, elle est presque toujours susceptible de simplifications résultant de ce que les condi- tions particulières d'une application donnée permettent en général l'exécution simultanée ou mené conjuguée d'o p é- rations à priori distinctes. Dans presque toutes les applications, les opérations de mise en tension ou d'augmentation de tension de certaines armatures et -de mise en compression du béton, peuvent, au moins partiellement, être conjuguées de telle sorte que l'une résulte de l'autre.
I1 suffit pour cela de maintenir des parois du moule contre la pression exercée par le béton en reliant les armatures à ces parois, ce qui devient particulièrement facile quand ces armatures traversent normalement les parois et se prolongent au-delà (cas du coffrage d'une intersurface entre deux éléments successifs). On peut alors, ou utiliser la rési s- tance des armatures pour résister à une poussée hydrauli- que du béton, créée par tous moyens connus, qui tend les armatures à un taux facile à prévoir et à régler; ou au
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contraire, mettre les armatures en tension par action de vérins spéciaux, agissant contre la parbi du moule, libre par ailleurs et provoquant de ce fait la compression du béton.
Dans ces deux cas, les efforts nécessaires à la création des tersions dans l'élément considéré, sont reportés à l'élément précédent, dans lequel sont scellées les armatures ainsi mises en tension, d'abord provisoirement par les forces hydrauliques dont le béton frais comprimé est le siège, et dont on pourra faciliter la transmission en maintenant un état de vibration énergique, ensuite défi- nitivement par le même béton, une fois durci.
Dans l'un ou l'autre cas, la transmission des efforts imposés au premier élément par l'action sur ces armatures n'a pas à être faite aux vérins par des dispositifs de liaison spéciaux et on peut en faire l'économie totale ou partielle.
Une autre simplification peut être réalisée toutes les fois qu'il est possible d'incorporer une armature à un premier élément sans tension préalable. On évite ainsi l'emploi d'un ancrage provisoire e pour cette e armature.
En général toute armature comporte vers son extrémité une zone de fatigue nulle ou faible, qu'il h'y a pas intérêt à tendre et qui forme ancrage ; ce tte simplification est donc d'un usage fréquent. On peut dais certains cas la répéter pour les deux extrémitésd'une armature et éviter ainsi l'emploi de tout système de pince mé- canique '
La modification de l'état de tension des armatures entre l'exécution de deax éléments successifs 'peut n'intéresser qu'une partie des armatures, il peut aussi
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arriver qu'un même état de tension soit commun à plusieurs éléments successifs; on peut en profiter pour faire l'économie de plusieurs opérations de réglage des tensions.
Les applications qui vont être décrites ci-après, suffiront à faire comprendre les principes de l'invention et leur caractère de généralité. Il doit être bien compris qu'elles ne sont que des exemples qui pourraient être multipliés à l'infini et que la méthode proposée peut s'étendre à toute construction en béton soumise à des efforts quels qu'en soient l'importance et la destination.
On décrira d'abord en regard des fi g. 1 à 4 l'exé- cution d'une couverture de halle de grande portée au moyen de poutres comportant une âme verticale et deux semelles.
La fig. 1 est une coupe transversale d'un dispositif de moulage d'une de ces poutres.
La fig. 2 est une coupe longitudinale partielle.
La fig, 3 est une coupe horizontale de la fig. 1 selon III - III.
La fig. 4 est une vue schématique en élévation verticale de l'ensemble d'une installation de moulage .
La fig. 4a est une coupe partielle en plan selon IVa IVa, représentant la fixation des armatures sur la base du moule.
L'armature de la poutre est formée d'une série de barres horizontales c, c1, c2, c3... groupées dans la membrure inférieure, de barreshorizontales u réparties uniformément, de barres verticales j, j1,
Toutes ces barres pourraient être en acier par exemple à 100 K. par mm2 de limite ae rupture et 80 K. de limite élastique, obtenue par étirage préalable. De plus il sera prévu des armatures en acier quelconque, transversales aux premières pour améliorer leur ancrage
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pour un effet de frettage du béton.
Les armatures en acier dur seront tendues de telle sorte que, compte tenu de tous les efforts imposés à la poutre tant de flexion que de cisaillement et de toutes les déformations du béton (déformations par retrait, déformations élastiques et plastiques) il subsiste en celui-ci en tout point, des compressions permanentes.
Il est clair que par ce moyen, on élimine toute possibilité de fissuration de la poutre. On peut dès lors envisager des taux de contraintes au cisaillement, de l'ordre de grandeur des contraintes de compression, par suite bien plus élevées que les maxima couramment acceptés. D'autre part, les contraintes maxima de cimpression sont considérablement moins élevées que dans le béton armé ordinaire. Le schéma de ces contraintes est en effet (fig.l) une ligne telle que Al Bl pour le béton armé ordinaire ce serait une ligne A2 B2, où 01 B2 représente la déformation du béton, OA2 la déformation de l'acier.
Pour l'exécution de la poutre considérée, on commence suivant la méthode générale à délimiter des éléments de béton à couler successivement. En ce cas, ils peuvent être divisés en quatre catégories :
1 - éléments enrobant à, la ibis des parties des armatures.±. de même longueur, voisines de leurs extrémités et des parties des armatures l qui y pénètrent (voir par exemple élément 11, figure 2);
2 - éléments enrobant seulement des parties des arratures j voisines des extrémités supérieures de ces armatures (par exemple éléments 59 fig. 2); 3 - éléments enrobant seulement des parties
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des armatures 1 voisines de leurs extrémités inférieures;
4 - éléments limités par des plans verticaux équidistants PN-1, PN etc-.. (fig.3) constituant tout le reste de la poutre.
Les éléments en béton de la première ont des largeurs décroissantes de manière à laisser le passage libre de celles des armatures ± qui ne les concernent pas (voir éléments11, lla, 11b sur lafig. 4a).
On pourrait, pour l'exécution de ces éléments, se conformer exactement à la méthode générale, mais on peut simplifier beaucoup en remarquant que dans la traversée des trois premières catégories d'éléments, aucune armature n'a besoin d'être tendue et qu'ils n'ont pas de surface commune. Rien n'empêche de les exécuter en une ou plusieurs fois et même d'avance pour ceux d'entre eux, comme ceux des catégories 2 et 3, dont le volume unitaire peut n'être pas très important et qui de ce fait sont faciles à mettre en place après coulage.
On peut remarquer également qu'il est facile de réaliser d'un seul coup une mise en tension des armatures ± communes à tous les éléments de la quatrième catégorie qu'elles traversent.
Pour cela l'ensemble des armatures est disposé sur un organe qui forme find de moule pour toute la poutre. Cet organe est constitué par une forte poutre en deux éléments a et al portés par des charpentes appropriées telles que 50 (fig.4) sur des chariots51 qui permettent de les disposer successivement sous chacune des poutres à construire. Les deux demi poutres a, doivent pouvoir être calées ou décalées en hauteur
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de quelques centimètres à l'aide de vérins 52 pour permettre les démoulages et prendre de petits mouvements dans le sens de leur longueur grâce à des rouleaux 53 sous l'action de vérins b qui permettent d'éloigner leurs extrémités d'abord en contact, avec une puissance égaleà la tension maximum totale à donner à l'ensemble des armatures principales c, c1, c2.
Ceci fait, on coule les éléments des trois premières catégories et on solidarise provisoirement de la base de moule les éléments de la première catégorie tels que 11 (fig.2), ce qui s'obtient par exemple à l'aide de stries 12 de la surface supérieure de celle-ci et de tirefonds 13 pénétrant dans les éléments moulés au travers du fond de moule (voir aussi fig. 4 ou 4a) ou d'organes de butée tels -que ceux représentés fignre 5 en élévation et figure 6 en coupe .
Sur ces figures, 15 est une pièce résistante engagée dans un orifice prévu dans la base de moule a en béton armé. Entre cette pièce et son appui 16 contre la base de moule, on peut engager une cale 17 destinée par son enlèvement, quand le béton de la pièce moulée sur la base a aura fait prise et durci, à créer, dans la base a, un vide qui facilite le démoulage. Le tout est revêtu d'une enveloppe 18 destinée à rendre le démoulage plus aisé, facile à. déformer, à détruire ou 5. faire glisser, telle que au caoutchouc, du plâtre, du carton, du tissu, du feutre, du bois ou de la tôle.
On solidarise par des moyens analogues les éléments de la deuxième catégorie avec la bare de moule.
Le durcissement complet des éléments des trois premières catégories sera renau aussi rapide que nécessaire en vibrant le béton ou en le vibrant et le comprimant; ou en le vi-
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brant, le comprimant et 1 chauffant, notamment en dispo- sant les stries 12 du fond de moule et même éventuellement les tire fonds 13 pour être chauffés par une circulation de vapeur.
On écarte alors l'une de l'autre les deux parties a et al de la base de moule par le jeu des vérins hydrauliques b (fig.4); on tenu ainsi toutes les barres c, c1, c2 etc*.. simultanément.
Avant la mise en place Ces armatures, on aura disposé sur les fonds de moule, sous les éléments de la première catégorie, des tôles h écartées des fonds de moules par des saillies i ou des barres ou des évidements pratiqués dans la surface du béton du miule, tant pour éviter que la masse et la rigidité des fondes de moule ne freinent la vibration du béton, que pour permettre son chauffage par de la vapeur envoyée entre la tôle h et la base de moule a, a1, enfin pour faciliter le démoulage'.
On mettra ensuite en place le coffrage d'un élément de la quatrième catégorie ayant la longueur de celui- ci, qui peut être relativement faible ; cecoffrage peut être constitué comme représenté, à titre d'exemple sur les fig. 1 à 3. Il est formé par des éléments en tôle l1 l2 l3... et profilés ml m2 m3 assemblés par des soudures longitudinales et constituant des éléments tubulaires dont les lignes de contact n ajustées ne laissent pas passer les éléments solides, mais laissent filtrer l'eau.
Ces éléments sont assemblés sur des profilés o de façon à former des demi-coquilles reliées deux à deux par des tiges .± traversant l'Orne de la poutre à travers des tubes de caoutchouc pl (voir fig.l) qui permettent l'extraction facile des tiges après le
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durcissement du béton.
Ce moule étant mis en place, par exemple pour l'exécution de l'élément N de la quatrièem catégorie en bout de l'élément N - 1 déjà réalisé (fig.3), on dis- posera les coffrages verticaux 54 le séparant de la place réservée à l'élément suivant N + 1, l'élément précédent N - 1 déjà moulé fermant- de son côté le bout du moule.
Ces coffrages verticaux 54 seront fixés aux armatures ho- rizontales u qu'on déterminera de manière qu'au, taux de tension désiré pour elles, elles maintiennent lesdits coffrages contre la premsion hydraulique du béton qu'ils supportent.On pourra utiliser pour cela des dispositifs formant butée pour les coffrages 54 et venant s'accrocher et se fixer sur Les armatures (par exemple un dispositif à coins tel que celui indiqué à la partie supérieure de la fig. 3 et représenté à plus grande échelle fig.7; le coin 3 étant bloqué par une vis 4, les coins 5 et6 à petit angle sont indesserrables et maintiennent la barre u; le desserra- ge de la vis 2 débloque le système).
Les coffrages verticaux 54 sont munis de trous laissant passer les armatures et pouvant comporter des joints étanches au béton.
Le coffrage supérieur constituant le couvercle du moule sera par exemple formé de fers en U transversaux 56 # soudés sur les tôles 57 et sur lesquels s'appuient des fers à I longitudinaux 58. Le tout est maintenu, par des tire- fonds 59a vissés dans les éléments 59 de la troisième caté- gorie. Ces tire fonds seront reliés, par exemple, par des palonniers 59b à des vérins 60 prenant appui sur les fers en 1 58. Des orifices ménagés par exemple dans le coffrage supérieur pennettent de remplir le moule.
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Le béton est vibré par exemple à l'aide d'arbres
62 munis de balourds et tournant à grande vitesse dans des paliers 63 fixés sur les moules latéraux (fig.l).
Après avoir rempli le moule, enfermera les orifices réservés à cet effet, puis on agira sur les vérins 60 qui pressent sur le coffrage supérieur, on pourra aussi agir par des vérins ou des écrous sur les tiges p reliant les deux moitiés du moule à droite et à gauche de la poutre.
Il est clair que le béton est ainsi parfai tement comprimé dans toutes ses parties. La compression du béton produit la mise en tension des armatures verticales j, j1... et des armatures horizontales u par l'intermédiaire des coffrages mobiles 57 et 54.
Si on veut obtenir un démoulage rapide, on enverra de la vap eur au contact du béton, en la faisant passer par exemple dans les profilés m1, m2, m3 ...et 56 ou dans d'autres canaux, notamment dans les cavités interposées entre la tôle h et la base de moule comme indiqué ci-dessus.
Une fois exécuté l'élément N de la poutre, le moule pourra être déplacé vers l'élément suivant N + 1 par des chariots roulant sur une voie supportée par le fond de moule a al. Dans le cas de poutres de hauteur variable il suffira d'ajouter ou de retrancher aux moules latéraux un élément de largeur constante. De même, on peut faire varier l'épaisseur des âmes ou des semelles par de simples changements de calage.
Si le moule a la même longueur qu'un élénent à mouler, l'étanchéité au raccord avec l'élément N - 1 précé- demrnent moulé est assurée par un élément déformable 65 ne s'opposant pas à la compression du béton ; cet élément peut être une gouttière métallique munie d'un joint en caoutchouc (fig.3).
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Le moule peut être relié aux parties déjà moulées par des organes appropriés tels que 61 (fig.3) permettant des déformations , fixés sur le béton déjà durci en utilisant les trous réservés dans l'âme ou des stries 61a moulées sur la paroi du béton et contre lesquelles on maintient appliqués les organes à fixer. On peut, en ce cas, prendre appui contre le moule pour tendre les armatures horizontales au-delà de ce que permettrait la pression exercée par le béton sur le coffrage de séparation 54 des tronçons successifs.
On peut exécuter en béton précontraint les parties de la construction reliant une poutre aux poutres précédemment réalisées .
Pour cela, il suffit de mettre en place, avant coulage des poutres, les armatures de ces organes normales aux dites poutres et y pénétrant; après achèvement des poutres, on tendra aisément ces armatures à l'aide de vérins hydrauliques, convenablement répartis, agissant entre les semelles des poutres, puis on coulera le béton.
Il serait vain de chercher à prouver la généralité de l'invention en multipliant les exemples ; toute construction, quelle qu'en soit la complexité, pourra être réalisée par une application des méthodes générales qui ont été décrites; mais il sera possible de trouver des simplifications applicables aux divers cas particuliers.
L'invention est d'autant plus avantageuse, qu'il s'agit de constructions soumises à des efforts auxquels il est particulièrement difficile de résister avec les procédés ordinaires, tels que des fatigues exceptionnellement élevées, notamment au cisaillement, ou des efforts violemment alternés .
Ce procédé est évidemment applicable à toutes
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sortes de constructions autres que des poutres, par exemple cylindres ou prismes de toute forme et toute orientation dont il permet .Le tonnage, simultanément à l'exécution; tubages et colonnes creuses ou pleines pour forages, pieux foncés au vérin, battus ou vissés, éléments souterrains ou sous-marins (exemple: radiers, bajoyers d'écluse, etc-..) ayant à résister à de grands efforts de flexion ou cisaillement et pouvant avoir en longueur, largeur et épaisseur des dimensions illimitées, colonnes en élévation de toute nature, toutes dimensions èt destinations, ainsi que pour tous-tuyaux de destination quelconque ;
avec d'autant plus d'avantage que la résistance de ces éléments à la compression, traction, flexion, torsion est énorme et obtenue à des prix extrêmement bas en raison des résistances élevées des bétons obtenus et du faible pr4.x de l'unité de résistance des fils en acier dur formant les armatures.
REVENDICATIONS
1 - -Procédé de fabrication de constructions ou de .parties de constructions monolithes, en béton armé,.avec création de contraintes permanentes par la tension préalable d'armatures à un taux suffisant, caractérisé en ce que, le béton de la construction étant coulé par éléments distincts tels qu'ils ne nécessitent que des moules de dimensions réduites et de réemploi facile, les armatures communes à plusieurs éléments sont mises, avant coulage de chaque élément, sur la portion qui traverse ce dernier et après durcissement des éléments précédemment coulés, dans un état de tension, fonction des fatigues que cet élément supportera en service mais toujours tel que le long des intersurfaces des éléments qui sont obtenus par coulage d'un élément contre un élément voisin déjà durci,
les réactions mutuelles desdits éléments résultant de la tension des
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armatures, du poids propre et des charges, soient en principe des compressions qui concourent à l'assemblage des divers éléments.
2 - Procédé comme spécifié en 1 , caractérisé en ce que le durcissement du béton d'un élément coulé dans un des moules partiels servant à l'exécution des élénents distincts est accéléré par une vibration associée ou non @ une compression et ou non.à un chauffage.-
3 - Procédé comme spécifié en 1 , caractérisé en ce que la mise en compression du béton dans le moule, en vue, par exemple, d'accélérer le durcissement de ce béton, est utilisée pour obtenir simultanément la mise en tension des armatures sur la portion correspondant à la traversée de l'élément considéra, ainsi que la réaction zur les éléments déjà durcis,
grâce à la liaison des armatures de l'élément à une ou à des parois mobiles du moule par des pinces ou autres moyens d'ancrage appropriés la mise en compression du béton étant elle-même obtenue par une diminution de la capacité du moule, réalisée soit par le refoulement de la 'paroi du moule par des vérins prenant appui entre celle-ciet les pointsd'accrochage prissur les armatures, soit par celui d'une autre paroi ou par l'expansion (le mandrins intérieurs.
4 - Procédé comme spécifié en 1 , caractérisé en ce que les éléments de béton déjà durcis sont fixés à. une paroi du moule, reliée, extérieurement auxdits éléments, aux organes (Le mise en tension des armatures, et la fixation est obtenue par exemple par des saillies ou stries de cette paroi s'engageant dans des saillies ou stries correspondantes du béton des éléments durcis et appliquée, contre ces dernières par des tirefonds, vis ou moyens' analogues.
5 - Procède comme spécifié en 1 , caractérise en ce
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que les armatures communes à plusieurs éléments, dans la traversée desquels ces armatures doivent être portées à des taux de tension égaux, sont mises en tension simul- tanément grâce à la fixation de points appropriés de ces armatures à une paroi de moule en deux pièces qui peuvent être écartées l'une de l'autre par des vérins ou autres moyens appropriés, cette paroi étant commune aux moules partiels qui servent à l'exécution des éléments et sont déplacés le long de ladite paroi au fur et à mesure du moulage de ces derniers-