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MÉMOIRÉ DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION Messieurs Carlos WETS et André PADUART Estacades et ouvrages similaires en béton et procédé de construction de ces ouvrages.
La présente invention est relative aux estacades et ouvrages analogues qui, par leur destination, sont exposés à subir des chocs importants, et doivent se comporter de façon à réduire les avaries qui peuvent en résulter.
Dans le cas des estacades, notamment, qui délimitent le chenal d'accès des ports ou qui servent au guidage et à l'accostage des bateaux, il faut qu'en cas d'abordage accidentel, les avaries causées au navire soient aussi petites que possible et que les réparations à l'estacade puissent être faites rapidement et à peu de frais.
Ce sont les estacades en bois qui jusqu'à présent répondaient le mieux à cette double condition. En effet, la résistance au choc des pilots et des entretoises en bois est suffisamment faible vis-à-vis de la résistance de la coque du navire abordeur pour que celui-ci subisse un minimum d'avaries; de plus, l'énergie que peut absorber une telle estacade est suffisante pour annuler la force vive du navire et arrêter rapidement celui-ci; enfin le bois est un matériau qui se prête particulièrement bien aux réparations grâce à la facilité avec laquelle on peut le scier et l'assembler.
Les avantages de l'emploi du bois pour la construction des estacades sont cependant contrebalancés dans une certaine mesure par des inconvénients. Le bois résiste mal à une succession prolongée d'immersions et d'émersions; on est généralement obligé de recourir à l'utilisation de bois exotiques de la famille des eucalyptus, dont le prix est très élevé, mais ces bois eux-mêmes ne sont pas réfractaires à l'attaque de certains organismes marins qui peuvent amener une destruction rapide de l'ouvrage. Il s'ensuit que le coût de la construction et le coût de l'entretien d'une estacade en bois sont extrêmement élevés.
On a songé à remplacer le bois par d'autres matériaux, notamment le métal et le béton. Les profilés métalliques conviennent toutefois moins bien que les pièces de bois à la construction d'estacades et d'ouvrages analogues. Leur élasticité est moindre tandis que leur résistance est plus grande, de sorte que les avaries causées au navire sont plus importantes. De plus, la réparation d'une estacade métallique est plus difficile que celle d'une estacade en bois car le travail de l'acier nécessite un outillage
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plus compliqué que celui du bois. Enfin l'entretien destiné à com- battre la corrosion des estacades métalliques est très important.
Quant au béton armé, si ce matériau satisfait aux con- ditions d'économie de fabrication et d'entretien normal, il est par nature raide et fragile et ne répond nullement aux qualités que doit présenter une estacade. Ainsi, la déformabilite élastique d'une ossature en béton est beaucoup trop faible pour pouvoir absor- ber un choc d'abordage sans causer d'importantes avaries au navire.
En outre, la fragilité du béton est telle qu'au moindre choc il peut se produire des fissures qui sont toujours dangereuses car elles peuvent favoriser une oxydation locale des armatures; les réparations d'une estacade en béton seront donc fréquentes et, de plus, difficiles et coûteuses car elles exigent le nettoyage soigné des parties avariées.
La présente invention a pour but de rendre l'utilisation du béton applicable aux estacades et ouvrages analogues dans des conditions propres à réaliser l'élasticité nécessaire, à conserver les avantages économiques inhérents au béton et à supprimer les inconvénients signalés ci-dessus.
A cet effet, l'ossature de l'estacade ou autre ouvrage suivant l'invention est for.née d'éléments en béton, armes ou non, fabriqués d'avance,que l'on dispose suivant les aretes de paralle- lipipèdes jointifs et que l'on assemble en prévoyant de préférence un emboîtement mutuel de leurs extrémités pour empêcher leur sépa- ration par glissement latéral ; liaison entre ces éléments est réalisée par des tirants métalliques que l'on dispose suivant les diagonales des parallélipipèdes ou/et suivant les projections des diagonales sur certaines de leurs faces, et auxquels on appli- que une légère tension de pose destinée à supprimer les jeux. On obtient ainsi une ossature formée d'éléments comprimés en béton solidarisés et haubanés par des tirants.
Etant donne l'absence de rigidité aux sommets des parallèlipipèdes, chacun des éléments de béton peut décrire une légère rotation par rapport aux éléments contigus, l'ossature peut suivre librement les allongements des tirants sollicités par les efforts horizontaux appliqués à l'es- tacade et présente donc une déformabilité importante.
Les tirants sont constitués de préférence d'un acier spécial à haute résistance car l'énergie qu'ils peuvent absorber avant de se rompre est d'autant plus grande que leur limite élas- tique et que leur charge de rupture sont grandes. La tension de pose qu'ils reçoivent étant déterminée en vue de supprimer tout jeu,doit assurer, même après le retrait du béton, une bonne soli- darisation des divers éléments; cette tension de pose est cependant suffisamment faible pour que la réserve disponible d'énergie emma- gasinable par les barres soit importante.
La déformabilité de l'ensemble peut encore être aug- mentée par la réduction des surfaces de contact des éléments de béton ou par l'introduction de surfaces convexes dans la iaison de ces Éléments.
Les sections résistantes des éléments en béton sont établies de telle sorte que dans le cas d'un choc assez puissant pour produire des avaries à l'estacade, ce soient toujours les tirants qui cèdent, ce qui a pour conséquence de réduire les dégâts aux éléments en béton. Dans ces conditions, la réparation peut être faite aisément en remplaçant simplement les tirants rompus ; dans le cas oû, sous l'effet d'un choc direct, un elément en béton venait néanmoins à être détérioré, cet élément pourrait
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d'ailleurs être enlevé et remplacé avec facilité.
Le dessin annexé montre, à titre d'exemple, une estacade établie suivant l'invention.
Fig. 1 est une coupe transversale,
Fig. 2, ,une vue de côté fragmentaire,
Fig. 3, une vue schématique en perspective cavalière, échelle. Figs. 4, 5 et 6 sont des vues de détail à plus grande échelle.
Fig. 7 montre une variante en coupe transversale et
Fig. 8 est une vue en plan correspondant à la Fig. 7.
L'estacade représentée est formée d'un ensemble de pièces en béton verticales 1, longitudinales 2 et transversales 3, armées ou non, faites d'avance et réunies l'une à l'autre aux noeuds de jonction par l'intermédiaire de pièces spéciales 4 qui peuvent être;formées par des blocs de forme appropriée pu par des appendices greffés sur certaines pièces 1, 2 ou 3. Les pièces 1, 2, 3 et 4, sont assemblées entre elles par des tirants obliques 5, 5' placés deux à deux, dans les plans diagonaux des parallélipipèdes composant l'ossature (Figs. 1 et 2). Suivant une variante représentée sur les Figs. 7 et 8, les tirants ici désignés respectivement par 6 et 6' sont placés suivant les diagonales des faces transversales, et suivant celles des faces horizontales des parallélipipèdes.
Les tirants 5, 5' .et les tirants 6, 6' peuvent naturellement être utilisés conjointement. Lorsque certains éléments ont une grande portée, on peut les soutenir à l'aide de poteaux intermédiaires 1' comme représenté sur la Fig. 7.
L'ancrage des tirants 5, 5' ou 6, 6' se fait aux noeuds 4 réalisés sous forme d'éléments percés de trous obliques permettant le passage des tirants. Chacun de ces trous aboutit d'un cote à une facette perpendiculaire qui sert d'assise à une plaque de répartitions 8, les tirants étant fixés en place par des écrous 7 prenant appui sur les plaques 8. Comme indiqué à la Fig. 4, les tirants 5 et 5' doivent être légèrement décalés dans un sens ou dans l'autre par rapport aux diagonales géométriques des parallélipipèdes; les deux paires de tirants peuvent ainsi se croiser sans se rencontrer à l'intérieur des parallélipèdes, et les blocs 4 prennent de ce fait un aspect dissymétrique, d'ailleurs accentué sur le dessin.
Les tirants 5, 5', 6, 6' reçoivent, lors de leur pose, une légère tension suffisante pour assurer la solidarité des éléments formant l'ossature, mais non pour empêcher celle-ci de se déformer élastiquement sous l'action d'un choc. La faculté de déformation de l'ossature peut être augmentée en réduisant la surface de contact entre les blocs 4 et les éléments 1 adjacents, par exemple en munissant les blocs 4 de saillies 9, de façon à permettre aux noeuds de jouer comme des articulations, ou en profilant les extrémités des éléments 1 selon des surfaces convexes.
L'emboîtement des différents éléments en béton peut être réalisé au moyen de consoles 10, de tenons et de mortaises 11 (Fig. 4), de rainures ou de tout autre dispositif similaire. En ajoutant à l'ossature un certain nombre de tirants verticaux, longitudinaux ou transversaux tels que 12, soumis à une prétraction
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correspondant sensiblement à leur tension de service, il est possible de mettre les éléments en béton sous une précontrainte réelle et par conséquent de supprimer les armatures de ces éléments ainsi que les tenons et mortaises destinés à en éviter le déboitement.
On comprend que la fonction des tirants 12 est différente de celle des tirants 5 ou 6 et qu'ils ne participent pas directement à la résistance aux chocs.
Les efforts appliqués à l'estacade peuvent être reportés aux noeuds 4 par l'intermédiaire de lisses de guidage 13 en bois qui garnissent les flancs de l'estacade et évitent le contact direct du béton avec la coque du bateau. Ces efforts se décomposent suivant les différents éléments de l'ossature et engendrent des compressions dans les éléments en béton et des tractions dans les tirants obliques. Ces tractions entraînent un allongement important des tirants et par conséquent un grand déplacement du point d'application du choc. Ce déplacement avant rupture est d'autant plus grand que la limite élastique de l'acier utilisé est plus élevée. La section des tirants et la nature de l'acier seront naturellement choisies d'après l'importance des efforts que l'on peut prévoir.
L'énergie que l'estacade peut absorber avant que ne se produisent des déformations permanentes des tirants est beaucoup plus considérable (en général plus de 50 fois plus grande) que celle qui peut être absorbée avant fissuration du béton par une estacade de même importance réalisée en béton armé ordinaire.
L'ossature repose généralement sur des pilots de fondation 14 en bois ou en béton. La liaison se fait alors par exemple de la manière suivante : Apres recepage, les pieux en bois 14 sont traversés par deux broches métalliques 18 (Fig. 5). Les blocs inférieurs 4', munis de barres d'attente 19, sont posés sur les pieux au moyen de cales de réglage 20 La jonction entre les blocs 4' et les pieux 14 s'obtient en bétonnant des massifs 15 légèrement armés, qui enrobent les broches métalliques 18 et les barres d'attente 19. Dans le cas de pieux en beton armé (Fig. 6), la tête de ceux-ci est décapee et leurs armatures 21 ainsi dégagées sont enrobées dans les massifs 15.
La partie supérieure de l'estacade porte un platelage 16 et des garde-corps 17, eneléments préparés d'avance ou coulés sur place.
Les tirants métalliques sont protégés contre la corrosion par un revêtement approprié, tel qu'enduit, peinture ou couche de matière bitumineuse.
Il est bien entendu que des modifications peuvent être apportées suivant les besoins à l'exécution des constructions suivant l'invention.
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DESCRIPTIVE MEMORY
SUBMITTED IN SUPPORT OF A REQUEST
PATENT OF INVENTION Messrs. Carlos WETS and André PADUART Berths and similar concrete structures and construction process for these structures.
The present invention relates to booms and similar structures which, by their purpose, are exposed to significant shocks, and must behave in such a way as to reduce the damage which may result therefrom.
In the case of booms, in particular, which delimit the access channel to ports or which are used for guiding and berthing boats, in the event of an accidental collision, the damage caused to the vessel must be as small as possible and repairs to the boom can be done quickly and inexpensively.
Until now, wooden booms have best met this dual condition. Indeed, the impact resistance of the pilots and wooden struts is sufficiently low with respect to the strength of the hull of the boarding vessel so that the latter suffers a minimum of damage; in addition, the energy that such a boom can absorb is sufficient to cancel the live force of the ship and quickly stop the latter; finally, wood is a material which lends itself particularly well to repairs thanks to the ease with which it can be sawed and assembled.
The advantages of using wood for the construction of booms are, however, outweighed to some extent by disadvantages. The wood does not withstand a prolonged succession of immersions and emersions; one is generally obliged to resort to the use of exotic woods of the eucalyptus family, the price of which is very high, but these woods themselves are not resistant to the attack of certain marine organisms which can lead to rapid destruction of the book. As a result, the cost of constructing and the cost of maintaining a wooden boom is extremely high.
Consideration has been given to replacing wood with other materials, including metal and concrete. Metal profiles are, however, less suitable than pieces of wood for the construction of booms and similar structures. Their elasticity is less while their resistance is greater, so that the damage caused to the ship is greater. In addition, the repair of a metal boom is more difficult than that of a wooden boom because the steel work requires tools.
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more complicated than that of wood. Finally, the maintenance intended to combat the corrosion of metal booms is very important.
As for reinforced concrete, if this material satisfies the conditions of economy of manufacture and normal maintenance, it is by nature stiff and fragile and does not in any way meet the qualities that a boom must exhibit. Thus, the elastic deformability of a concrete frame is much too low to be able to absorb a collision shock without causing major damage to the ship.
In addition, the fragility of the concrete is such that at the slightest impact, cracks can occur which are always dangerous because they can promote local oxidation of the reinforcements; repairs to a concrete boom will therefore be frequent and, moreover, difficult and costly since they require careful cleaning of the damaged parts.
The object of the present invention is to make the use of concrete applicable to booms and similar structures under conditions suitable for achieving the necessary elasticity, to maintain the economic advantages inherent in concrete and to eliminate the drawbacks mentioned above.
For this purpose, the framework of the boom or other structure according to the invention is for.née concrete elements, armed or not, manufactured in advance, which is arranged along the edges of parallel lipipeds contiguous and which are assembled preferably by providing for mutual interlocking of their ends to prevent their separation by lateral sliding; connection between these elements is made by metal tie rods which are placed along the diagonals of the parallelepipeds or / and according to the projections of the diagonals on some of their faces, and to which a slight laying tension is applied to eliminate the play . This gives a framework formed of compressed concrete elements joined together and guyed by tie rods.
Given the absence of rigidity at the tops of the parallelepipeds, each of the concrete elements can describe a slight rotation with respect to the contiguous elements, the framework can freely follow the elongations of the tie rods requested by the horizontal forces applied to the spacer. and therefore exhibits significant deformability.
The tie rods are preferably made of a special high strength steel, since the energy which they can absorb before breaking is greater the greater their elastic limit and the greater their breaking load. The laying tension which they receive being determined with a view to eliminating any play, must ensure, even after the concrete has shrunk, a good solidification of the various elements; this laying tension is however low enough for the available energy reserve which can be stored by the bars to be large.
The deformability of the assembly can be further increased by reducing the contact surfaces of the concrete elements or by introducing convex surfaces in the connection of these elements.
The resistant sections of the concrete elements are established in such a way that in the event of an impact powerful enough to produce damage to the boom, it is always the tie rods that give way, which has the effect of reducing damage to the elements. concrete. Under these conditions, the repair can be done easily by simply replacing the broken tie rods; in the event that, under the effect of a direct impact, a concrete element were nevertheless damaged, this element could
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moreover be removed and replaced with ease.
The accompanying drawing shows, by way of example, a boom established according to the invention.
Fig. 1 is a cross section,
Fig. 2, a fragmentary side view,
Fig. 3, a schematic perspective view, scale. Figs. 4, 5 and 6 are detail views on a larger scale.
Fig. 7 shows a variant in cross section and
Fig. 8 is a plan view corresponding to FIG. 7.
The boom shown is formed of a set of vertical 1, longitudinal 2 and transverse 3 concrete pieces, armed or not, made in advance and joined to each other at the junction nodes by means of pieces special 4 which can be; formed by blocks of appropriate shape or by appendages grafted onto certain parts 1, 2 or 3. Parts 1, 2, 3 and 4, are assembled together by oblique tie rods 5, 5 'placed two by two, in the diagonal planes of the parallelepipeds making up the framework (Figs. 1 and 2). According to a variant shown in Figs. 7 and 8, the tie rods here designated respectively by 6 and 6 'are placed along the diagonals of the transverse faces, and along those of the horizontal faces of the parallelepipeds.
The tie rods 5, 5 'and the tie rods 6, 6' can naturally be used together. When some elements have a large span, they can be supported by means of intermediate posts 1 'as shown in FIG. 7.
The tie rods 5, 5 ′ or 6, 6 ′ are anchored at the nodes 4 made in the form of elements pierced with oblique holes allowing the tie rods to pass. Each of these holes ends from one side to a perpendicular facet which serves as a base for a distribution plate 8, the tie rods being fixed in place by nuts 7 bearing on the plates 8. As indicated in FIG. 4, the tie rods 5 and 5 'must be slightly offset in one direction or the other with respect to the geometric diagonals of the parallelepipeds; the two pairs of tie rods can thus cross without meeting inside the parallelepeds, and the blocks 4 thereby take on an asymmetrical appearance, which is moreover accentuated in the drawing.
The tie rods 5, 5 ', 6, 6' receive, during their installation, a slight sufficient tension to ensure the solidarity of the elements forming the framework, but not to prevent the latter from deforming elastically under the action of a shock. The deformation capacity of the framework can be increased by reducing the contact surface between the blocks 4 and the adjacent elements 1, for example by providing the blocks 4 with projections 9, so as to allow the nodes to play as joints, or by profiling the ends of the elements 1 according to convex surfaces.
The interlocking of the various concrete elements can be achieved by means of consoles 10, tenons and mortises 11 (Fig. 4), grooves or any other similar device. By adding to the framework a certain number of vertical, longitudinal or transverse tie rods such as 12, subjected to a pre-tension
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corresponding substantially to their operating voltage, it is possible to put the concrete elements under real prestressing and consequently to remove the reinforcements of these elements as well as the tenons and mortises intended to prevent them from disengaging.
It is understood that the function of the tie rods 12 is different from that of the tie rods 5 or 6 and that they do not directly participate in the impact resistance.
The forces applied to the boom can be transferred to the nodes 4 by means of wooden guide rails 13 which line the sides of the boom and prevent direct contact of the concrete with the hull of the boat. These forces break down according to the different elements of the framework and generate compressions in the concrete elements and tension in the oblique tie rods. These pulls cause a significant extension of the tie rods and consequently a large displacement of the point of application of the shock. This displacement before rupture is all the greater as the elastic limit of the steel used is higher. The cross section of the tie rods and the nature of the steel will naturally be chosen according to the size of the forces that can be expected.
The energy that the boom can absorb before permanent deformation of the tie rods occurs is much more considerable (generally more than 50 times greater) than that which can be absorbed before cracking of the concrete by a boom of the same size made in ordinary reinforced concrete.
The framework is generally based on foundation piles 14 made of wood or concrete. The connection is then made for example in the following way: After receping, the wooden piles 14 are crossed by two metal pins 18 (FIG. 5). The lower blocks 4 ', provided with holding bars 19, are placed on the piles by means of adjusting wedges 20 The junction between the blocks 4' and the piles 14 is obtained by concreting lightly reinforced solid masses 15, which encase the metal pins 18 and the holding bars 19. In the case of reinforced concrete piles (Fig. 6), the head of these is stripped and their reinforcements 21 thus released are embedded in the beds 15.
The upper part of the boom carries a deck 16 and guardrails 17, elements prepared in advance or cast in situ.
The metal tie rods are protected against corrosion by an appropriate coating, such as plaster, paint or layer of bituminous material.
It is understood that modifications can be made according to requirements to the execution of the constructions according to the invention.
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