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Dépose à l'appui cTu/ie Demande. de BItEVijT ' lJ' INVENTION
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Société 1 ditE, : SOCIETli; DEL! GRANDS TRAVAUX DE IE.uaï111,
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Pour: prétendues pour constructiûnn précontraintes"
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.30' 1<::.:; b-Snéfices de la Convention LmLern.Gionüle de 1883 eu. cc.rd la demande de Brevet déposée' en France le JO lepte;.ibr< 194.LI.. et l'Addition du 12 Mai 1944.
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L'arilbture. qui fai-u l'objet 'de .la présente invention eé-t destinée à l'exécution de constructions précontraintes' : elle comporte deux éléments juxtap,osés, de grande longueur relativement à leur section, l'un de ces ,,1.:ù8nt::;, très résistant à la''trac- tion, Ob'!,;: dE;S :;in à être incorporé dans la construction a pré- contraindre; 'il est associé avec le second élément, qui est très résistant à la compression longitudinale; de fon qu'il puisse être fortement fendu en prenant appui sur 1 u extré.rivés de celui- ci, et rester ainsi tendu jusqu'a ce que la contrainte de la ceni=- truction ,dans laquelle il est incorporé soit devenue définitive.
Il est connu qu'un matériau mis sous étreintes acquiert des propriétés mécaniques bien différentes' de ses qualités initiales. Cette technique, qui a abouti à la généralisation du fret, tare, est particulièrement intéressante dans le cas d'étreinte simple pour retarder la ruine d'un matériau fragile travaillant à la fraction en la soumettant simplement suivant le mène axe à une com-
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,Dre.3ion .pr8al&qle du'il peuttsu?yorter en toute' sécurité.Grace à ses c,,r,4ctéristc,,uc-d mécaniques de compression très favorables le maté- riau ainsi traité devient particulièrement apte au travail de fle- xion, alors qu'à l'état naturel la fissuration des parties tendues
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limitait s'insulièreiRent son utilisation.
Malgré les efforts de nom- breux inventeurs, l'introduction de contraintes internes associées au ::.atériaü conutitue, dans la pratique, une opération'compliquée,
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délicate et onéreuse. C'est pour ces raisons que le béton de ci- ment traité suivant ce principe fécond n'a pu jusqu'à présent s'imposer définitivement malgré le champ d'application immense qui parait lui être réservé.
Sauf quelques cas particuliers, la réalisation des appuis indispensables au maintien d'un potentiel interne'-de forces déterminées n'est passimple et il est nécessaire de recourir à l'usage de tirants absorbant les réactions du matériau traité.
Suivant les procédés antérieurs, la précontrainte des matériaux s'effectue à l'aide d'un organe de compression dont la mise en action est toujours réalisée sur les lieux mêmes de cons- truction des ouvrages. Cette mise en tension a lieu soit immédiate- ment avant le bétonnage en raidissant les tirants sur des ancrages extérieurs, par exemple les coffrages, soit après bétonnage en prenant appui sur le matériau à traiter.
Pour la réalisation des précontraintes la présente invention met au contraire en oeuvre un organe de compression qui, sous sa forme commerciale, possède à l'état stable ,un potentiel interne connu de forces, susceptible d'être reporté sur la cons- truction dans laquelle il est intégré. Un tel organe de compres- sion, toujours préparé à l'avance (par exemple en usine), pourra être manipulé, transporté, façonné suivant certaine courbure, puis utilisé à un moment quelconque comme une armature banale selon les procédés classiques de construction.
L'armature définie ci-dessus, est due aux travaux de Monsieur Marcel CHALOS. Elle peut être constituée par les éléments suivants, ou tous autres équivalents :
1.- Une gaine présentant des caractéristiques mécani- ques élevées en traction (acier traité, fil de verre, etc...).
2.- Une âme très résistante à la compression (acier, béton fretté, etc.....).
3.- Des ligatures plus ou moins espacées qui main- tiannent un contact étroit entre les deux parties précédentes.
4. - Des ancrages d'extrémité qui, avant mise en oeu- vre de l'armature, reportent la réaction de la gaine prétendue sur l'âme, et, lors de son utilisation, reportent la réaction de la gaine sur le matériau à précontraindre.
La gaine peut au contraire être comprimée et l'âme ten- due, et les ligatures peuvent être remplacées, pour tout ou par- tie, par les éléments mêmes composant la gaine si la liaison des constituants est intimement assurée.
Tout en restant dans le domaine élsstique des matériaux utilisés il apparaît, comme le montrent les expériences réalisées par l'inventeur, que l'armature prétendue présente une déformabi- lité extrême rappelant les propriétés des corps plastiques.
Cette particularité intéressante, conséquence du prin- cipe théorique réglant l'équilibre du système proposé, est amélio-
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rée et renforcée 'par Il assemblage approprié des éléments de forme et de'nature quelconques composant la gaine qui sont de préfé- rence câblés et tressés,Ce procédé permet d'équilibrer les cou- ples de torsion sollicitant les câblages mis en tension et, mal- gré les courbures qui 'sont imposées à l'armature, de solliciter également tous les éléments¯de la gaine. nfin si la gaine extérieure est tendue le câblage ou le tressage permet aux éléments de celle-ci de remplacer très économiquement tout ou partie des ligatures.
,Bien entendu, il peut être suffisant pour réaliser la ligature des éléments de la gaine, câblés ou non, de tresser en- tre ceux-ci suivant un pas déterminé un ou plusieurs fils de nature et de section appropriées.
Fréquemment il a été proposé, par raison d'économie, d(utiliser dans les constructions les hautes limites élastiques; des aciers durs tréfilés ou traités. Compte tenu de leur module d'élasticité élevé cette utilisation est particulièrement judi-, cieuse pourle béton précontraint si l'on tient compte des rela- xations diverses de ce matériau. Suivant l'invention, les élé- ' ments tendus de 1.'organe accumulateur seront de préférence cons- titués par des fils durs très''résistants d'un diamètre courant inférieur à 25/10 de millimètre, câblés ou tressés; la gaine obtenue présente ainsi avec avantage un module d'élasticité appa- rent inférieur au module d'Young du métal utilisé.
Cependant, l'emploi d'acier dur de vise qu'un but économique fonction des possibilités industrielles et ne caracté- rise en aucun cas l'invention; car il est possible d'utiliser les caractéristiques mécaniques élevées de toutes les matières lami- nées, filées ou étirées, telles que les résines.naturelles ou artificielles, les verres, les métaux, etc.., les baract1éristi- ques de ces solides pouvant être améliorées et stabilisées par tous traitements {'appropriés physiques ou chimiques.,
Suivant le-procédé de l'invention, l'utilisation de fils de petit ou très petit diamètre, câblés et tressés par élé- ments ou rubans jointifs ou non, augmentant la surface de con- tact et la rugosité du profil,
perme't d'assurer par un ancrage continu la.solidarisation intime de la¯ gaine prétendue dans la construction et par suite la 'diffusion efficace des précontrain- tes lorsque l'âme comprimée est libérée'et récupérée, et cela quel que soit le système de charges et surcharges statiques ou dynamiques..' . Cette adhérence continue; dont l'un des avantages tech- niques est de localiser la chute de tension des aciers dans la. zone de fluage maximum, résout'très économiquement le problème clés ancrages d'extrémité de l'armature en permettant leur remise en service après libération du- potentiel de forces au profit du maté- riau.
Ces ancrages d'extrémité, dont le rôle est d'assurer sous la forme commerciale de l'armature l'appui des forces inter- nes au système, ,peuvent être' quelconques et maintenir les fils du rubans de fils, soit par blocage de coins sur un culot, soit par sertissage d'un cône-métallique-plastique sur une olive très ré- sistante, soit de. préférence par enrobage d'une matière liante fu- sible ou non (mortier de ciment, résines diverses, métaux, etc..) suivant la technique du culottage ,des câbles métalliques.
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Les ancrages faisant partie de l'invention permettent lors ue la fabrication de l'armature le verrouillage immédiat des tensions recherchées à l'aide de tous dispositifs mécaniques ap- propriés : verrpu flexible métallique, clavette, écrou, coins, soudure, etc.. Ils donnent également à l'usager la possibilité de vérifier la valeur des tensions accumulées, ainsi que le moyen de modifier, si besoin est, cet état d'équilibre. Enfin au moment de la mise en service de la construction ces ancrages assurent la diffusion des contraintes artificielles par déverrouillage simul- tané, progressif et automatique de toutes les armatures utilisées. ce déverrouillage est obtenu par tous dispositifs mé- caniques, pyrotechniques, magnétiques, électriques ou chimiques.
Par exemple, il est possible d'utiliser le fluage d'une matière fusible soumise aux réactions de l'âme fortement comprimée. Dans ce cas la matière fusible (résines diverse, métaux, etc...) dont la température de fusion est appropriée aux susceptibilités ther- miques des matériaux utilisés, peut soit sceller un bouchon s'op- posant au mouvement de l'âme, soit 'constituer l'ancrage même des fils de la gaine ainsi qu'il a été exposé ci-dessus.
Contrairement à tous les moyens ou procédés connus, la mise en service de la précontrainte s'effectue avec toute la souplesse désirable, fonction de l'élévation de température, et, pour tout ou partie des armatures, -se réalise suivant le program- me établ-i par l'intermédiaire d'un circuit électrique reliant les résistances chauffantes ou les amorces pyrotechniques.
Que les armatures prétendues soient intégrées pendant le bétonnage ou scellées après coup à des éléments préparés à l'avance, leur liaison intime avec toutes constructions pernet néanmoins le réemploi de l'âme.
À cet effet, suivant le procédé ue l'invention, l'é- tanchéité aux laitances et injections de ciment du système gaine- âme est assurée soit par la gaine, soit par l'me, soit par l'en- semble gaine-âme.
Fortement tendus les différents éléments câblés de la gaine se serrent entre eux jusou'à constituer un système tubu- laire analogue aux câbles clos ou semi-clos. Si les éléments sont tressés l'étanchéité de la gaine est obtenue en utilisant pour l'une des nappes de fils des rubans présentant un profil circons- crit lenticulaire août les fils extérieurs sont, si nécessaire, revêtus ou constitués par toutes matières plastioues appropriées.
Il peut être plus indiqué de rechercher l'étanchéité du système en complétant les propriétés de le gaine par l'utili- sation d'une âme particulièrement conçue pour être à la fois re- sistante, articulée, expansible et étanche. L'âme doit en effet transmettre aux ancrages les réactions importantes de la gaine, présenter une inertie extrêmement faible pour s'adapter aux cour- bures, conserver dans les courbes une longueur égale de toutes ses fibres, assurer le parfait centrage des éléments composant l'arma- ture et permettre un décoffrage systématique du noyau tout en ad- mettant une étanchéité suffisante. Ces qualites sont assurées soit
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par un organe unique, soit par une association d'éléments.
L'âme peut être constituée par des éléments métalliques de courtes lon- gueurs de profil approprié : sphérique, cylindrique, bitronconique, etc.....
Les éléments présentent aux extrémités soit deux con- vexités, soit une concavité et une convexité de forme sphérique ou cylindrique se superposant ou, s'emboîtant l'une dans l'autre et en vue de leur extraction sont solidarisés' entre eux par tous moyens ou dispositifs appropriés : fil ou câble passant dans un' canal longitudinal, clavette à bourrelet ou à queue d'aronde, manchon-ressort à agrafage, ressort-spiral exterieur, agrafes élastiques, etc....
Le dispositif expansible assurant le centrage et le décoffrage de l' âme peut être indépendant ou non du noyau râsis- tant et mis en place avec ou avant celui-ci ; ilest constitué soit par des ressorts ballons à lames jointives,ou non, des agrafes flexibles, etc.....
Ce dispositif expansible est mis en action par tous raccourcissements (rapprochement mécanique, dilatation, contrac- tion élastique, 'etc....) des éléments de la chaîneconstituant le noyau résistant, raccourcissements qui provoquent un gonfle- ment transversal'.important de l'ordre du 1/10.
Ces raccourcissements sont obtenus soit par déforma- tion élastique d'arcs élémentaires sous poussées croissantes, soit par glissement d'un système à coins, soit par tous autres moyens produisant le même effet.
Dans certains cas, le dispositif expansible peut rem- placer le.noyau, résistant en assurant la transmission des réac- tions de la gaine.
Le procédé comporte en outre l'utilisation de tous les moyens auxiliaires assurant l'exploitation industrielle de l'âme, par exemple':- :' dispositifs de limitation des rayons de cour- bures, garnissage des vides internes par toute matière appropriée : argile, graisse, etc.. assurant une étanchéité totale sous le bé- ton ou les injections, diminuant les risques de corrosion et créant la lubrification du système.
Lors de la mise -en service d'une armature par chauffa- ge des ancrages les réactions de l'âme provoquent le fluage de la matière fusible puis l'arrachage de l'ancrage sous la double ac-' tion du retour élastique du noyau'résistant et du dispositif expan-' sible dont 'la matière lubrifiante exsude en facilitant le décof- frage.
Suivant le procédé de l'invention, la fabrication des armatures comporte le câblage et tressage des éléments résistants constituant la gaine', le découpage de celle-ci en tronçons de lon- gueurs suffisantes, le.culottage des ancrages sur les extrémités de ces tronçons,;la mise en place du dispositif expansible de l'â- me avant ou après mise en tension du tronçon de gaine sur un banc d'étirage, la compression du noyau résistant en opérant ou non sur chaque ancrage, le verrouillage des èontraintes introduites dans le système.
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Ainsi traitées les armatures prétendues peuvent âtre enroulées sur des tambours appropriés sans altération de leurs propriétés élastiques et expédiées économiquement.
Pour leur emploi, elles s'incorporent dans les cons- tructions comme des armatures ordinaires après avoir subi un fa- çonnage quelconque respectant uniquement la longueur d'origine et une courbure limite fonction du câblage des éléments de la gaine.
Lorsque le matériau de liaison à la construction présente une ré- sistence suffisante, le potentiel de forces est libéré par déver- rouillage des ancrages. Ceux-ci et les éléments constituant l'âme peuvent être retournés en usine sur les tourets ayant transporté les armatures.
Le dessin annexé représente à titre d'exemples deux formes d'exécution de l'armature suivant l'invention.
La fig. 1 est une coupe transversale d'une forme d'exé- cution de l'armature, telle qu'elle est préparée pour son emploi ultérieur.
La fig. 2 montre, en vue perspective à échelle agrandie, un ancrage d'extrémité.
La fig. 3est une coupe longitudinale de l'armature complète avec ses deux ancrages.
La fig. 4 représente l'ancrage en coupe longitudinale plus grande échelle.
La fig. 5 montre en perspective une seconde forme d'exé. cution, dans la zone de son ancrage.
La fig. 6 représente schématiquement des détails de la constitution de l'âme de cette armature.
Sur les figs. 1 à 4, 1 est le gaine, 2 l'âme, 3 une ligature.
La section transversale de l'armature peut être quel- conque : circulaire, carrée, méplate, etc....
La gaine est constituée par un tube ou préférablement par des éléments parallèles, jointifs ou non, tels que des fils en acier dur (ronds, carrés, méplats, torsadés, etc...). Dans la forme d'exécution choisie au dessin, la gaine 1 est formée par des fils d'acier tels que la, fies. 2 à 4.
Le choix des élémentconstituant la gaine est fonc- tion de l'économie générale de la construction et du maximum d'ad- hérence possible avec le matériau précontraint.
L'âme peut être pleine et continue, frettée ou non, ou de préférence constituée soit par un ressort à fil carré join- tif, soit par un empilage de pastilles métalliques très dures, soit par un faisceau de fils durs parallèles. Le dessin ne figure l'âme 2 que d'une manière schématique.
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La forme optimum de l'âme est liée uniquement à la possibilité dé son réemploi, car elle est rendue libre lorsqu'a eu lieu le report des réactions de la gaine sur la construction et elle peut être alors extraite de la gaine par tout artifice approprié (traction, contraction, etc...).
Les ligatures peuvent être constituées soit par des spires de fils jointifs, des anneaux, bagues ou rondelles suffi- samment élastiques pour maintenir un serrage étroit des éléments formant l'armature, soit par un'fil continu enroulé dont l'écar- tement des spires, comme celui dès-autres attaches définies ci- dessus, peut être calculé en fonction des courbures recherchées et de la résistance des éléments constituant l' âme.
, Les ancrages d'extrémitérépondent aux conditions suivantes
1.- Sous la forme commerciale de l'armature : assu- rer l'équilibre du 'système interne de forces.
2.- Lors de son-utilisation : permettre une répar- tition suffisante :des efforts sur le matériau précontraint.
A titre d'exemple, les ancrages peuvent correspondre au dispositif de la fig. 2.
Les éléments lb de la gaine 1 sont épanouis et bloqués dans une tête 4 quelconque, plaine ou composée béton fretté ou frette serrante métallique. Sol'idaires de.la tête 4, des agrafes ou oreilles 5; par exemple disposées en deux paires comme on le voit à la fig. 2, permettent de réaliser'une traction sur cette, tête 4, c'est-à-dire sur la gaine 1, comme l'indiquent les flèches T, tandis qu'on exerce une reaction de compression sur l'âme 2 par un moyen quelconque (vérin, etc..) suivant la flèche C. Le système interne de'forces recherché est alors stabilisé par. une clavette 6, qui verrouille l'âme sur la gaine par l'intermédiaire des oreilles, 5. A la fig. 2, la ligne 6' indique l'axe du clave- tage .
La mise en tension et pression de l'armature peut se faire à l'aide de'tous moyens mécaniques ou thermiques (vérins, vis, coins, dilatation, torsion, etc..) en opérant indifféremment sur l'un ou l'autre des ancrages d'extrémité, alors que la clavet- te verrouille au préalable la gaine et l'âme sur l'ancrage opposé.
L'armature ainsi constituée et préparée-renferme à l'é- tat stable un potentiel connu de forces. Pour son emploi, on l'in- corpore dans la construction à la façon d'une armature ordinaire,- puis, lorsque le durcissement du béton, par exemple, a atteint le degré voulu, on reporte sur le matériau à étreindre ledit po- tentiel de forces; en chassant;les clavettes hors des deux ancrages.
On pourra ensuite extraire l'âme 2 ainsi qu'il a été dit ci-dessus.
, Suivant la seconde forme d'exécution représentée, les extrémités de, la gaine 11, constituée par des torons ou fils 12, câblés et tressés, sont scellées par .une matière fusible 16 dans l'espace annulaire compris entre un culot 14 et un cône.15.
L'âme 17; dont le noyau résistant se compose d'éléments emboîtés 18 et d'un dispositif expansible 19 constitué par des ressorts ballons imbriqués à lamelles flexibles'arquées 19', est
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placée à l'intérieur de la gaine 11 etcomprimée par le poussoir 10 par l'action d'un vérin dynamométrique. Cette opération amène le contact de tous les éléments 18 du noyau résistant de l'âme et leur raccourcissement élastique, en provoquant le gonflement transversal du dispositif expansible 19 par accentuation de la flèche des arcs flexibles 19' et, par conséquent, le centrage étroit de l'âme 17 dans la gaine 11.
Pour une tension de service donnée, le système gaine- âme est verrouillé par l'action de l'écrou 21. La mise en service de l'armature, c'est-à-dire le déverrouillage des forces accumu- lées s'effectue par l'action d'une résistance chauffante 2. coif- fantle culot 14.
Le fluage de la matière fusible 16 et la libération de l'ancrage 13 se produisent sous la double action de la chaleur et du retour élastique du noyeu résistant de l'âme ,et de son disposi- tif expansible.
Il est alors possible de récupérer l'âme par extrac- tion, grâce au jeu transversal important donné par les ressorts flexibles 19 qui solidarisent par ailleurs tous les éléments 18 du noyau résistant.
Il doit être bien entendu que les deux formes d'esxdcu- tion ci-dessus décrites ne sont données qu'à titre démonstratif et non limitatif.
REVENDICATIONS -:- 1.- Une armature prétendue pour l'exécution de cons- tructions précontraintes, cette armature ayant une section trans- versÛle très petite par rapport à sa longueur et étant caractérisée par la combinaison de deux éléments, l'un tendu 1 , l'autre com- primé longitudinalement 2, liés ensemble et réagissant statiquement entre eux de manière que le flambage de l'élément comprimé ne puisse se produire quel oue soit le taux de contrainte élastione auquel est soumis le matériau comprimé.