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Procédés et dispositifs dxancragea d'armatures et pièces munies de tels ancrages.
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Il est connu d*am6liQrer les propriétés des constructions en béton armê en titilsant des 'armatures sou- mises artificiellement â, des fusions telles et distribuées de telle sorte quelles, transfèrent ,au béton des contraire- tes de compressions permanentes. Dans son brevet belge Bu 364.207 dtl 3 Octobre 1989, le Demandeur a déjà, indiqué qu'il était commode et simple de maintenir la tension de ces ar- matures par la seule adhérence de celles-ci au béton.
Dans le cas où les armatures restent soumises à des efforts peu variables ne comportant pas de vibrations
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lonfitudinales¯,1*adhérence suffit* en effet, à assurer la solidité des. ancrages du bétonà l'armature sous certaines conditions.
Une barre de diamètre D, soumise à la tension T
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variable en fonction de la distances dn point considéré à. , l'extrémité de la barre impose au béton un effort d'adhérence
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par unité de surface 6&al %a 1 x ### .L'ancrage par adhé- ÒD dx renée est possible ai cette sollicitation ne dépasse pas une
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valeur'limite anctiat.dsIa tare do la surface de ltaoier et du coefficient de frottement acier béton, de la dureté
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et de la perfection du mouuge de la surface de contact du béton sur 1'aciers de la compacité du béton, de ses aaractéristiques de .résistance et d âlas:tie1té; de son état hygro.... métriqu-et dn rapport des. sections d* acier et de béton intéresaées..
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Pour une certaine valeur déterminée du coeffi- cient de frottement, l'obtention de l'encrage par adhérence dépend donc avant tout de la qualité du béton et du rapport des sections d'acier aux sections de béton. Il est d'au- tant plus difficile à obtenir que les fils sont plus lisses.
Dans le cas de fils tréfiles l'ancrage désiré n'est atteint avec certitude que par des bétons de qualité exceptionnelle qni ne peuvent etre obtenus que par la mise en oeuvre de procédés perfectionnés de tassement du béton et en utili- sant un coefficient eau. très bas. ciment
En outre, au point de vue de la résistanca à la traction, un ancrage par adhérence si parfait soit-il, peut perdre toute valeur si le taux de contrainte du métal vient a subir des variations rythmiques même faibles, ce qui peut arriver dans des ouvrages soumis à des vibrations (hourdis sous rails, par exemple).
Il est bien entendu que la réalisation d'une pièce en béton,dans laquelle les armatures, soumises à une tension préalable sont maintenues dans cet état par la seu- le adhérence, peut etre obtenue par un procédé quelconque, par exemple : les armatures peuvent être mises en tension avant coulée et désolidarisées des appareils de traction .
après prise et durcissement du béton, ou encore les armatures disposées dans un évidement u béton ou dans une gaine, par exemple métallique, peuvent etre mises en tension après prise et durcissement et être maintenues dans cet état ar l'injection de mortier à l'intérieur de la gaine, soit a travers un vide intérieur tel que celui qui est ménagé à l'intérieur d'un faisceau d'armatures dans le brevet belge N 440.432 déposé le 30 Janvier 1941 par le Demandeur.
D'autres'procédés peuvent également etre envisagés.
Quel que soit le moyen utilisé pour obtenir l'adhérence, deux cas peuvent se produire :
I ) l'adhérence suffit à maintenir les armatures en tension à l'état de repos, fût-ce à titre provisoire.
2 ) Elle ne suffit même pas pour réaliser ce minimum.
Dans le premier cas, il suffit de compléter l'a- dhérence par un ancrage susceptible de porter sinon la tota- lité, du moins une fraction notable de la tension de la barre, l'adhérence n'ayant à fournir que la différence, ce que,elle fera avec d'autant plus d'aisance quele béton com- primé par l'ancrage complémentaire subit un gonflement trans- versal qui serre la barre et améliore l'adhérence initiale.
Dans le deuxième cas, il sera nécessaire d'amé- liorer l'adhérence pour la porter au moins à une valeur mini- mum correspondant à la condition exposée au I ; il est pos- sible d'ailleurs que cette amélioration rende-inutile la formation de l'ancrage.
Une augmentation de 'l'adhérence peut être obtenue en modifiant la surface extérieure des armatures, par exem- ple, en rendant celle-ai artificiellement rugueuse. On a également proposé de réaliser, sur les barres d'armatures, des nodules ou engravares augmentant considérablement le coefficient de frottement de l'acier sur le béton. Ces dé- formations impliquaient des variations brusques de la sec- tion ou de la direction des fibres du métal, qui entrai- naient une grande fragilité.
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En effet, tonte variation de la section entraîne. un abaissement de la résistance moyenne d'autant plus, à craindre que la variation .est plus brusque. Les zones étroi- tes de raccordement entre deux sections successives sont également Une cause de fragilité. Enfin, loraque les varia- tions de section sont dissymétriques par rapport à l'axe de la barre, elles font intervenir par l'inflexion de la ligne des centres de gravité de ces sections, des moments de flexion qui ont également un effet préjudiciable sur la résistance de la barre.
En conséquence le Demandeur a trouvé qu'on peut obtenir une augmentation avantageuse de l'adhérence en imposant aux barres des déformations qui respectent les con- ditions suivantes : -
I Les aires des sections de la barre sont cons- tantes.
2 ) Les centres de gravité de ces sections sont sur une ligne droite ayant la direction générale de l'axe de l'armature.
3 ) Une section quelconque du fil étant subdivi- sée en petites sections élémentaires correspondant chacune à une fibre du métal, ces fibres ne subissent jamais de variations brusques de direction et forment de petits angles avec la direction générale de l'armature.
Si l'on suppose donc que l'adhérence suffit au maintien, au moins provisoire, de la tension des armatures, on se trouve en présence d'une masse de béton durcie, pré- contrainte par des armatures tendues ancrées par adhérence, mais dans des conditions jugées insuffisamment sures., les extrémités de ces armatures faisant saillie hors du béton.
La réalisation d'un ouvrage résistant même aux vibrations les plus énergiques pourra ,dans ces conditions etre obtenuepar la formation, par orgeage à chaude d'une tete venant prendre appui contre un logement de nature et de forme appropriées. Toute forme de tete peut être adoptée à la condition qu'elle offre une résistance sensiblement égale à celle de la barre et ne soit pas. fragile. Une forme conique, avec des raccordements convenables entre le cylindre de la barre et le cône de la tête,conviendra particulière- ment bien. On obtiendra aisément cette forme ou. toute autre en chauffant fortement l'extrémité de l'armature et en la refoulant dans une matrice d'appui préparée pour la recevoir.
La longueur de l'extrémité aura été calculée de façon que la tête qui doit résulter de son refoulement permette dtat- teindre le but désiré, c'est-à-dire, soit en mesure de ré- sister aux efforts demandés.
La description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés a. titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant des .dessins que du texte faisant, bien entendu... partie de ladite invention.
La figure 1 est un schéma de la formation d'une tête d'ancrage dans une matrice.
La figure 2 montre une forme de réalisation de l'ancrage terminal d'un fil.
Les figures 3 et 4 sont relatives à l'ancrage simultané de plusieurs fils.
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Les figures 5 à 8 montrent des variantes possi- bles de l'ancrage d'un fil.
La figure 9 représente un moyen de ménager un évidement tronconique dans ce béton au. voisinage de l'extré- mité de l'armature.
La figure 10 est une vue en perspective du bloc de caoutchouc utilisé à cet effet.
La figure 11 montre une possibilité d'assurer le maintien d'un bouchon de protection de la tête d'ancrage formée dans un évidement.
Les figurés 12, 13 et 14 montrent schématiquement différents moyens d'assurer le chauffage de l'extrémité de l'armature en vue de son refoulement ultérieur.
La figure 15 est une élévation d'une tête forgée partagée en différentes zones.
Les figures 16 et 17 sont des variantes d'ancrages utilisant des pièces métalliques interposées.
Enfin les figures 18,19, 20 et 21 sont des exem- ples de déformations longitudinales imprimées à des armatu- res circulaires en vue d'augmenter leur adhérence.
Sur le schéma montré sur la figure 1, l'armature 1 traverse une matrice 2 pourvue d'un évidement conique 3.
Après chauffage et refoulement de l'extrémité la partie a b c d viendra en al b1 c d.
En ce qui concerne la matière de la matrice, il semble naturel, à première vue, de la prévoir en métal de préférence en acier. Toutefois ce moyen offre des inconvé- nients. Outre le prix élevé de telles matrices et la sujétion éventuelle de protéger le métal contre l'oxydation loràque les extrémités des poutres sont apparentes,on se heurte à des difficultés dues à, la conduction et à la dilatation des matrices métalliques. Tout d'abord il sera très diffici- le de chauffer le collet e f refroidi par la masse de la matrice. On risquera d'obtenir de mauvaises formes de la tête ou de repousser le fil vers l'intérieur du béton, ce qui entrainera donc une perte de la tension ; la section e f venant en -Il f1.
Si ce fil est, jusqu'en g h, trop froid pour être forgé efficacement, il se formera une tete fragile telle que celle qui est figurée par le contour g h a2 b2 représenté figure 1. Si on chauffe la matrice pour éviter cet inconvé- nient la dilatation de cette pièce relativement importante fera éclater le béton; de plus on échauffera le fil sur'une trop grande longueur en raison du temps nécessaire pour chauffer la masse de la matrice.
En second lien le refoulement du métal dans une matrice en acier relativement froide provoquera une trempe énergique de la tête qui risquera de casser au ras du collet, risque grave puisque toute possibilité de former une autre tête disparaîtrait de ce fait. n -
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Le Demandeur a trouvé que l'on obtenait des résultats bien meilleurs avec des matrices constituées par de simples creux cylindro-coniques réservés dans le béton au.
moulage, si choquante que puisse être, à priori, l'idée de refouler du métal chaud à haute résistance contre une matrice en simple béton et de faire supporter à celui-ci des pressions énormes dues au refroidissement des têtes* En effet, on ne peut guère donner à celles-ci des surfaces d'appui dépassant beaucoup 5 ou. 6 fois la section du fil, si la tension de celui-ci est de ltordre de 10*000 kg/cm'', la pression des tetes sur le béton serait de l'ordre de 2000 kg/cm2, .alors. que la résistance du. béton sera vraisemblablement comprise entre 300 et 1000 kg/omS.
Le Demandeur a constaté que de telles pressions sont cependant aupportées localement par le béton si on empêche celui-ci* a l'aide d'une frette par exemple, de s'écouler latéralement, .au point que, dans le cas de béton de la meilleure qualité, on petit meme se dispenser de le fretter. Le cas d'un excellent béton de ce genre est souvent envisagé dans la technique du béton précontraint.
Suivant la qualité du béton il sera ou. non préférable de réaliser un frettage, soit local autour de chaque fil, soit général, commun 1 toutes les armatures. aboutissant à une extrémité d'une même pice,. soit mixte,les frettages locaux étant complétés par un frettage général* On pourra donc pratiquer lévidement cylindro-tronconique deàtiné à recevoir la tete refoulée dans une surface de béton limitant un massif, rendu en tant que de besoin, capable de supporter des aug- mentations locales de sollicitations par des armatures transversales appropriées, selon les différentes techniques. connues du frettage; ces armatures contribuent en même temps à, la répartition des. efforts dans la masse du béton en arrière de l'ancrage.
Ces armatures seront de préférence des quadril- lages de barres armant le béton parallèlement à la surface sur laquelle viennent s'appuyer les divers ancrages.
Un exemple de ce genre est représenté par les figures. 3 et 4. Les armatures 1 au nombre de neuf sont frottées par le quadrillage des armatures. 4 et 5 au voisi- nage de la surface terminale 6 de la pièce en 'béton. On peut également réaliser autour de chaque fil un frottage individuel. La figure 2 montre un tel frettage obtenu a l'aide d'une hélice 7 de fil de section qui peut être quel- conque, entourant l'extrémité de 1'armsture 1. On délimite ainsi un massif 8 de béton fretté dans' lequel est pratiqué l'évidement servant de matrice au refoulement de l'extré- mité de l'armature. Les figures. 5, 6, 7 et 8 sont relatives à. des variantes! d'ancrage individuel.
Sur les deux premières le frettage est obtenu par une spirale 9 de feuillard cein- tarant l'armature 1. Sur les. deux autres,, il a été utilisé un morceau, de tube 10 de préférence étiré sans soudure ou solidement soudé.
Les évidements: 11 des différentes figures qui servent de tutrice pour le refoulement de la tête ont sen- siblement la forme de deux parties tronconiques raccordées par leur grande base. La figure 9 explicite cette forme avantageuse et montre en même temps un procédé commode pour l'obtenir. ' La partie i j k 1 est un évidement tronconique a queue d'hironde destiné a retenir le mortier de protection, j m l/n est une surface conique d'angle approprié à la nature
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du métal et au moyen de chauffage utilisé; enfin un raccorde- ment de révolution m o n p assure au collet la transition avec l'armature 1.
On obtiendra facilement de telles formes en en- tourant les fils d'un noyau 12 en caoutchouc pénétrant dans le coffrage en q i r k, ce qui permet d'arracher'ensuite ai- sément le noyau 12.
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Le noyau cylindro-conique en caoutchouc 12 repré- sente en perspective par la figure 10, peut etre fendu en 13 suivant un plan issu de l'axe pour faciliter sa mise en place on son enlèvement. En l'absence de tels noyaux en caoutchouc ou. réalisas par une spire de fil élastique on ne pourrait obtenir l'évidement en queue d'hironde i j k 1.
Comme le montre la figure 11, on se contentera pour cet évi- dement de formes cylindriques ou même très légèrement coni- ques, l'adhérence du.'béton de remplissage pouvant en ce cas être obtenue par piquage comme il est montré en 14 sur la figure 11.
Pour obtenir sans destruction de l'ancrage provi- soire par adhérence un bon refoulement donnant une tête bien formée remplissant exactement la fraisure, il faut, après avoir coupé le fil à la longueur correspondant à la quantité de métal nécessaire pour former la tête, le chauf- fer suffisamment. Comme le montre la figure la on pourra utiliser un chalumeau 15 en interposant sa. besoin un écran protecteur 16 du béton, par exemple en cuivre rouge, percé d'un trou. fraisé 17.
On pourra aussi utiliser, comme le montre la figure 13, un chauffage électrique alimenté par an courant à très basse tension en utilisant de préférence une pince en cuivre rouge 18. La coupe de cette pince suivant XIV-XIV de la figure 13 est représentée par la figure 14.
Le chauffage devra être de préférence rapide pour éviter le trop grand échauffement de l'armature 1 à l'intérieur du béton. Dans toutes les opérations il faut éviter les phénomènes de trempe trop intenses qui rendraient les tetes fragiles et les exposeraient, accident très grave, à. se rompre. On diminuera l'importance de ces phénomènes, soit en chauffant les collets au-dessous de la température minima nécessaire pour tremper le métal, soit en ralentis- sant suffisamment le refroidissement, soit en réalisant un revenu, en.¯,tenant compte toutefois de ce que ce revenu abaisse la résistance des aciers tréfilés ou laminés à froid.
La meilleure technique consiste à éviter les refroidissements trop brusques (ce que réalise la matrice d'appui en béton) et a obtenir une forme de tete montrée par la figure 15.
En A le métal peu chauffé n'est pas modifié sensi- blement. En B il est chauffé un peu au-dessous de la tempé- rature de trempe. De C en D il peut être porté au-dessus de la trempe mais son refroidissement est lent et de plus dans cette zone le métal travaille peu.
En raison de la mauvaise conduction du béton, ce phénomène de trempe sera très limité et en tout cas évité dans la région du collet, si dans cette région on n'a pas atteint la température critique.
Tous autres moyens connus pour l'obtention des rivures peuvent d'ailleurs être utilisés pour la formation des têtes.
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Si on procède rapidement, le glissement du fil n'est pas à craindre car le chauffage du fil par conduction à l'intérieur du béton détermine un serrage énergique.du. fil dans le béton qui forme étau. Le béton mauvais conduc- teur s'échauffe peu et refroidit faiblement le fil.
L'appareil de refoulement pourra être un marteau. à faible masse frappant de préférence à grande vitesse des coups d'énergie calculée pour obtenir la formation de la tete. On peut aussi obtenir cette tête en une seule fois par une percussion d'importance déterminée.
A l'issue de cette Opération,l'ancrage est ter- miné; il ne reste plus qu'à protéger la tête obtenue par un bouchon de mortier servant de .protection. Un bouchon de ce- genre est représenté sur la figure 7, en 19.
Les indications, qui viennent d'être données n'excluent pas la possibilité d'interposer entre la tête noyée et l'alvéole en béton une collerette métallique par exemple en tôle étampée.
La figure 16 montre un exemple d'une collerette 20 pouvant être mise en place avant ou après chauffage du fil. Le rôle de cette collerette est d'obtenir une limita- tion de 1'importance de la tête refoulée 21 tout en obtenant une réduction de la pression sur le béton.
On peut donner aux collerettes des formes diver- ses et choisir la forme des alvéoles de logement en consé- quence. La figure 17 illustre Un exemple de ce genre. La collerette 22 comportant une partie fraisée 23 convenable pour le plane 24. de la tête prend appui sur le béton par une face plane 24.
Dans ces deux derniers exemples, un bouchon pro- tecteur de béton peut également être appliqué, après ancrage, dans l'évidement.,
L'emploi du procédé quivient d'être décrit im- plique Inexistence, d'un minimum d'adhérence suffisant pour tenir le fil en tension jusqu'à formation de la tete.
Les figures suivantes montrent des possibilités d'augmenter -l'adhérence des armatures par application des principes généraux exposés par le Demandeur dans le préam- bule.
Afin de conserver constante l'aire de la section de.. l'armature, de maintenir alignés, les cèdres, de gravité des sections successives et enfin de ne pas introduira de variations brusques dans 1'orientation des fibres du métal, il est possible de donner à- l'armature la forme représentée' par les figures' 18 et 19.
En I, comme en 1' la section de l'armature est sensiblement circulaire tandis qu'en II et III elle est elliptique: Les ellipses correspondantes II et III représentées, sur la figure 19 ont d'ailleurs des axes égaux, mais cette condition n'est'pas impérative, il suffit que les ellipses II et III aient entre elles des aires égales et égales à la surface du. cercle 1. ' ,
Dans un plan passant par l'axe X X de l'armature qui est le lieu. des cèdres de gravité des sections succès- . sives,la loi de variation du, rayon vecteur de la section est continue et de préférence sensiblement sinuspïdale.
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L'expérience prouve qu'un tel fil a presque rigoureusement les mêmes caractéristiques mécaniques qu'un fil cylindrique -tout en présentant.une résistance à l'adhérence considérablement accrue.
Un fil de cette forme peut être obtenu par lami- nage à chaud ou à froid ou.par*martelage. On peut d'ailleurs substituer à une forme réalisant exactement les conditions mécaniques définies ci-dessus des-formes s'en rapprochant beaucoup, mais plus faciles/à obtenir notament par laminage à froid entre des rouleaux écrasant le fil successivement dans deux directions rectangulaires et portant des cannelu- res appropriées.
Les figures 20 et 21 sont des exemples de réalisations de ce genre. La variation de section montrée par la figure 20 correspond à deux jeux de rouleau% de laminoirs disposés perpendiculairement et portant des empreintes excentrées en forme de V. La figure 21 corres- pond à des empreintes plates. Il est possible également d'uti liser non des rouleaux à empreintes mais des rouleaux ordi- naires montés excentriquement.
L'augmentation du coefficient de frottement obte- nue grâce à un. tel fil assure :
I ) un abaissement; qui peut être très important, de la qualité minima du béton nécessaire pour obtenir un ancrage par adhérence satisfaisant, donc une possibilité de démoulage plus hâtif;
2 ) le maintien de la valeur de l'ancrage malgré une mise en vibration des pièces considérées, sans que ces avantages soient payés d'une diminution notable de la résis- tance spécifique;
3 ) l'obtention, même après un durcissement médio- cre du béton) d'ancrages provisoires permettant la formation de tetes d'ancrage selon le procédé décrit en premier lieu qui devient alors applicable.
Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux procédés et à leur mode de mise en oeuvre qui viennent d'être décrits, en particulier par l'utilisation de moyens techniques équivalents, sans pour cela sortir du cadre de la présente invention.
REVENDICATIONS
1. Procédé de renforcement de l'ancrage d'arma- tares soumises à une tension préalable qui est maintenue entièrement on en partie par l'adhérence, procédé consistant à faire application d'armatures non cylindriques, mais carac- térisées en ce que les aires des sections successives sont constantes et ont leur centre de gravité sur une même droite et en ce que les filets de métal de section constante for- mant l'armature ont des formes continues et ne font jamais un angle important avec l'axe du fil..