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"Procédé de préparation d'un fer d'armature pour construction en béton armé"
On sait déjà travailler à froid l'acier pour l'appli- quer aux constructions en béton armé, ce qui permet d'amélio- rer les propriétés de résistance de l'acier, mais ce qui en- traîne en même temps la conséquence indésirable de diminuer l'allongement, grâce à quoi on impose une limite au champ d'application du travail à froid, et, par suite, à la résis- tance de l'acier.
On sait travailler à froid des armatures en acier, par torsion, par torsion-étirage ou par étirage seulement.
Au cours du processus de torsion, le fer est fréquem- ment soumis à un effort de tension pour l'empêcher de se cintrer. On obtient ainsi ce résultat que les armatures ac- quièrent une belle apparence et, en même temps, les résultats d'essais sont plus uniformes avec des armatures droites qu'avec des armatures incurvées. En soumettant l'armature à
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la torsion sans l'exposer à un effort de tension, le fer, en règle générale, contrairement à ce que l'on pourrait atten dre, s'allonge d'environ 03 %, allongement que l'on peut augmenter quelque peu en raison de la tension qui se produit pendant le processus de torsion, mais l'allongement total, normalement, ne dépasse pas 0,4 %.
La tension appliquée est toujours inférieure à la limite élastique et, en conséquence, l'allongement dû à cette tension provient seulement du re- dressement de la barre d'armature.
Dans les cas où le travail à froid consistait en un étirage et une torsion, on a entrepris ce travail d'une ma- nière telle que l'augmentation de résistance soit due à la torsion, car l'étirage n'a pas été réalisé d'une manière aussi grande pour obtenir par cet étirage une augmentation appréciable de résistance.
On n'a jamais utilisé l'étirage comme mode pratique de travail à froid pour étirer des aciers utilisés dans les structures en béton armé, en raison de courbes de tension très mauvaises (voir ci-après) et bien que l'augmentation de résistance du produit obtenu par ce type de travail à froid soit remarquable.
Cependant, si l'on applique à la même barre d'armature en acier les deux types de travail à froid au cours de pha- ses de traitement séparées ou simultanées, conformément à la présente invention, l'augmentation de résistance due à l'éti- rage et à la torsion se chevauche et s'additionne, et on ob- tient des matériaux plus forts. Contre toute attente, on ne diminue pas la ductilité .' du produit ou son allongement. Dans certains cas, on peut obtenir l'effet opposé. Par exemple, on peut mentionner que l'allongement uniformément réparti tombe jusqu'à 5 % si la barre d'armature est tordue jusqu'à 12d.
(Pour fournir les mêmes indications pour le même degré
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de travail à froid pour toutes les barres d'armature, on a exprimé la longueur d'un tour de torsion en diamètres de la barre. Par exemple,,12d signifie qu'une génératrice d'une barre d'acier cylindrique a reçu la forme d'une hélice dont une spire présente une longueur égale à douze fois le diamè- tre de la barre).
Le même matériau, s'il est étiré et tordu conformément à la présente invention, est capable de supporter un travail à froid plus important, de même qu'une torsion plus grande; et en particulier il peut prendre 8% d'allongement et une torsion de 11d avant que l'allongement uniformément réparti ne diminue jusqu'à 5%. En conséquence, il est possible d'obte- nir des produits présentant de meilleures limites élastiques sans diminution d'allongement et, par suite, des construc- tions en béton armé moins chères sans aucune diminution de la sécurité.
Ainsi, on est parvenu maintenant à rendre possible,. par un travail à froid spécial combiné, l'augmentation de la limite élastique d'un acier, augmentation considérablement supérieure à celle obtenue par les procédés jusqu'à présent connus de déformation, et cela sans que l'allongement par ce procédé diminue d'une valeur égale à celle que l'on obtient normalement dans le travail à froid ; enmême temps, par ce procédé, on augmente aussi considérablement la limite de rupture.
Par une limite de rupture, par exemple de 36 kg/mm2, on entend que l'acier est capable de supporter des variations de tension partant de 36 Kg/mm2 pour aller jusqu'aux 5/9 de cette valeur, notamment jusqu'à 20 kg/mm2, au moins deux millions de fois avant rupture.
On obtient ces avantages, conformément à la présente invention, qui est caractérisée par le travail à froid- de
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l'acier jusqu'à un degré qui, pour les fibres périphériques, correspond à un allongement supérieur à celui que prend l'a- cier lors de son écoulement, c'est-à-dire supérieur à l'allon- gement correspondant à la limite élastique. On peut mettre en oeuvre le procédé conforme à l'invention de manière que le travail à froid comprenne au moins 1% d'étirage et de tor- sion jusqu'à un degré d'au moins lOOd.
On peut mettre en oeuvre le procédé objet de l'inven- tion d'une manière telle que le travail à froid soit consti- tué par un étirage d'au moins 1% et une torsion d'au moins lOOd, en travaillant au-dessus du travail à froid précité.
Conformément à une autre variante, on soumet l'acier à un étirage et à une torsion à froid simultanés, ce qui donne une déformation qui correspond au moins à l'allongement de l'acier au cours du fluage, c'est-à-dire à l'allongement de l'acier à la limite élastique.
Au cours de la mise en oeuvre du procédé objet de l'in- vention, il s'est révélé possible d'augmenter la limite élas- tique et en même temps la limite de rupture de 15 à 25% ou plus au-dessus des valeurs que l'on peut obtenir par un tra- vail à froid habituel, et cela sans diminuer l'allongement également réparti, ou sans augmenter jusqu'à des valeurs dan- gereuses le rapport entre la limite élastique et la résistance à la traction.
Les Figs. 1 à 4 représentent quatre courbes fatigue- allongement, dont les deux premières correspondent à des pro- duits très intéressants, tandis que les deux dernières corres- pondent à des matériaux très dangereux à utiliser dans les constructions en béton armé.
La Fig. 1 est la courbe d'un acier doux normal.
La Fig. 2 est la courbe d'un acier traité conformément à la présente invention, c'est-à-dire simultanément étiré à
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froidét soumis à froid à une torsion, et ensuite de nouveau soumis à une torsion à froid.
La Fig. 3 est la courbe d'un acier qui a été soumis à un travail à froid incorrect ne comportant pas d' étirage.
L'allongement uniformément réparti ( jusqu'à la charge maximum) est très faible, bien que l'allongement total soit suffisant pour satisfaire les normes dans le plupart des pays. La pro- portion entre la limite élastique 6 et la charge maximum est très près de 100%. L'acier, en conséquence,est dangereux à utiliser.
La Fig. 4 représente la courbe d'un acier qui a été travaillé à froid dans un procédé dont la dernière phase est une phase d'étirage. Une limite élastique est réapparue (après une mise sous tension pendant un mois), très près de la va- leur de la charge maximum. L'allongement uniformément réparti est suffisant, mais aucun renforcement ne garantira contre l'effondrement, en cas de surcharge du bâtiments En raison de la haute valeur du rapport compris entre (± et l'effort maximum, on ne peut pas recommander les deux derniers aciers dans les constructions en béton armé.
On n'obtient pas de réelle augmentation de la résistan- ce par l'étirage tant que l'allongement dépasse la partie dentelée de la courbe effort-allongement du fer.. En soumet- tant une barre d'armature à la torsion, la même chose se pro- duit pour les fibres extérieures de l'armature, et si l'ex- trémité de droite de la partie dentelée de la courbe corres- pond à un allongement de 40%. cela correspond à une torsion qui se termine à 100d après calcul, ou à environ 75d confor- mément à l'expérience. En premier lieu, quand le travail à froid dépasse la limite élastique, il se produit un réel ren- forcement du produit. En conséquence, le degré du travail à froid doit dépasser cette valeur avant que le renforcement
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n'intervienne réellement.
Pour obtenir un accroissement pratique du renforcement, il est nécessaire d'effectuer un travail à froid avec un de- gré de déformation qui dépasse cette valeur d'environ 1/4 de l'allongement à la limite élastique ou d'environ 1%.
On obtient une plus grande résistance à un nouvel allongement en étirant en mêmetemps qu'en tordant le métal, si l'on applique au produit déjà déformé par passage à la limite élastique le même travail à froid ou l'autre type de travail à froid. La possibilité d'étirage est très limitée en raison de la réduction de section et des difficultés d'usi- nage lorsque l'on doit traiter dans la pratique des arma- tures dont la longueur varie de 9 mètres à 4,57 mètres. Pour obtenir un avantage réel conformément à la présente invention, on doit étirer la barre bien au-delà de la limite élastique avant torsion ou, probablement, on obtient un meilleur résul- tat en déformant les fibres extérieures de la barre à la li- mite élastique en la soumettant à une torsion de 100d avant que l'étirage ne soit achevé.
De cette manière, on peut obte- nir par étirage un meilleur renforcement de l'armature.
Pour le même degré de travail à froid, on obtient des nombres différents de tours pour des armatures de diamètre différent. Pour utiliser la même indication pour le même de- gré de travail à froid, pour toutes les barres, on a exprimé, comme on l'a dit précédemment, la longueur d'un tour en dia- mètres d'armature. Par exemple, 20d signifie qu'une généra- trice d'une barre cylindrique d'armature en acier a reçu la forme d'une hélice dont une spire s'étend sur une longueur de vingt fois le diamètre de l'armature.
Toutes les valeurs expérimentales données ci-dessous ont été obtenues avec un acier doux normal. La plupart des armatures travaillées à froid le sont jusqu'à ce qu'un allon-
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gement uniforme d'environ 5% soit obtenu et, en comparaison avec un acier qui a été soumis à une torsion et qui a été. laminé à froid jusqu'à obtention du même allongement, présente une limite élastique de 42 kg/mm2, une résistance à la trac- tion de 56 kg/mm2 et une limite de rupture de 36,,5 kg/mm2.
Au cours du procédé de torsion, la partie horizontale indésirable de la courbe fatigue-allongement est réduite d'une manière considérable. Il est même possible de l'en faire dis- paraître complètement, mais un étirage ultérieur le fait appa- raître à nouveau.
Les Figs. 2 à 4 montrent le type de courbe fatigue- tension qui se présente lorsque le travail à froid est ter- miné avec torsion et étirage respectivement.
Par suite d'une torsion importante après étirage de l'acier au-delà de l'allongement qui correspond à la limite élastique, il faut prendre des précautions, car sans cela il peut se produire une diminution importante de l'allongement aussi bien que de la limite de rupture, ce qui détermine ce qu'on appelle l'aigreur d'un travail excessif.
On peut cependant éviter le risque de fragilité ou de l'aigreur précitée si, conformément à un nouveau mode de mise en oeuvre de l'invention, l'on effectue au cours d'une torsion simultanée l'étirage qui donne à l'acier un allonge- ment permanent correspondant à l'allongement de l'acier pen- dant la période de grand allongement. fait, il s'est révélé que, lorsqu'on effectue l'éti- rage précité au cours d'une torsion simultanée, on peut obte- nir une augmentation considérable des propriétés de résistance du produit, même en le soumettant à une torsion considérable- ment moindre que dans le cas où un étirage est suivi par une torsion et, en conséquence, on peut arrêter le travail à froid à temps avant l'apparition du risque d'obtention d'ai-
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greur.
En étirant et en souhaitant à une torsion simultanée, on peut gagner du temps, et la puissance utilisée au cours du procédé de torsion diminue d'environ 25%, en raison de l'é- tirage simultané. Il en est de même pour la puissance utili- sée pour le procédé d' étirage, puissance qui est diminuée d'en- viron la même quantité, grâce à la torsion simultanée, et cela en comparaison avec la puissance utilisée pour les deux types précités de travail à froid lorsqu'on les met en oeuvre séparément.
Dans certains cas, il peut être avantageux de laisser diminuer l'étirage au cours du dernier traitement à froid.
En premier lieu, on a étiré une barre d'acier jusqu'à environ 7,8 % et on l'a soumise à une torsion simultanée de 20d.
On a poursuivi le procédé de torsion à la même vitesse, à savoir 40 tours par minute, et on a poursuivi l'étirage jusqu'à allonge- ment de 8 %, mais il est tombé également à zéro avant la fin de l'opération de torsion. La limite élastique de cette armature a été améliorée, puisqu'elle a atteint jusqu'à 52,7 kg/mm2.
Dans un autre cas, on a tout d'abord étiré une barre d'arma- ture jusqu'à 2 à 15 %, de préférence jusqu'à 9 %, en lui appli- quant simultanément une torsion allant de 200d à 15d, de préfé- rence 15d, et finalement, on a appliqué une torsion allant de 100 à 3d et, de préférence, une torsion de lld. La limite élas- tique a été améliorée et portée à 54,2 kg/mm2.
On peut aussi entreprendre un étirage avant l'opération simultanée d'étirage et torsion. Par exemple, on peut procéder à un étirage allant de 0,4 % à 15 %, et de préférence 4 %, puis procéder ensuite à une torsion de 200d à 3d, de préférence 15d, en même temps qu'à un étirage qui donne un allongement total de 10 %.
Pour un semblable acier travaillé à froid, la limite de
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résistance a été élevée à 50,2 kg/mm2.
Pour éviter l'allongement ci-dessus mentionné, ou la réapparition de la partie horizontale de la courbe fatigue- allongement, partie qui apparaît aisé ment lorsque la dernière phase de traitement à froid consiste en un simple étirage, on a proposé dans ce cas une torsion finale de 10d, torsion effec- tuée simultanément avec un étirage jusqu'à n allongement total de 9 %.
Dans ce cas, la limite élastique de l'acier a été augmen- tée jusqu'à 54,6 kg/mm2. et la résistance à la traction à 64,5 kg/mm"" pour un allongement uniformément réparti de 6 %. Dans ce cas le rapport entre la limite élastique et la résistance à la traction présente la valeur favorable de 84,7 % et la limite de rupture est de 48,3 kg/mm2.
Au cours d'une expérience qui a été réalisée avec un acier qui a subi une première torsion à 75d et qui a été ensuite étiré à 7,8 % sous une torsion simultanée de 14d, en vue de l'étirer finalement à un allongement total de 8 %, la limite élastique a été augmentée jusqu'à 55,1 kg/mm2 tandis que la résistance à la traction a été portée à 60,3 kg/mm2, grâce à quoi le rapport entre la limite élastique et la résistance à la traction a pris la valeur de 91,4 %.