Procédé et dispositif pour l'exécution de constructions et de parties de constructions monolithes en béton armé. Dans ses brevets et publications anté rieurs, l'inventeur 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 élas tique soumis à une tension préalable suffi samment élevée pour qu'il y subsiste des ten sions qui déterminent dans le béton des sys tèmes de contraintes permanentes, lesquelles modifient avantageusement celles qui résul tent des efforts auxquels la pièce est soumise en service. On obtient ainsi des pièces jouis sant de qualités exceptionnelles de résistance et de prix de revient.
L'emploi de ces procédés exige des maté riels dont le poids, le prix et les difficultés de manipulation 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 invention 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.
Ce procédé comporte la création dans la construction de contraintes permanentes par la mise en tension préalable des armatures à un taux suffisant. Sa caractéristique consiste en ce que le béton de la construction étant coulé par éléments distincts tels qu'ils ne né cessitent que des moules de dimensions ré duites et de réemploi facile, les armatures communes à plusieurs éléments sont soumises, avant coulage de chaque élément, sur la por tion qui traverse ce dernier et après durcisse ment des éléments précédemment coulés, à une tension préalable qui est fonction des fatigues que cet élément supportera en ser- vice, mais qui doit être suffisante pour que le long des surfaces de contact des éléments,
qui sont obtenues par coulage d'un élément contre un élément voisin déjà durci, les réac tions mutuelles desdits éléments résultant de la tension des armatures, du poids propre et des charges, soient des compressions qui con courent à l'assemblage des divers éléments.
L'invention s'étend également au dispo sitif servant à la mise en oeuvre de ce pro cédé.
Pour réaliser le procédé, on peut détermi ner d'abord, comme s'il s'agissait d'une cons truction en un seul bloc, par l'application des principes de la résistance des matériaux, les formes et les dimensions de la construction ainsi que ses armatures et l'état élastique qu'il convient de donner à celles-ci avant cou lage du béton qui doit les enrober, pour obte nir 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, variables 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 peut partager la masse du béton de la construction en éléments de di mensions telles qu'ils correspondent à des moules maniables et formés en général d'or ganes susceptibles de nombreux réemplois. Lesdits éléments peuvent être coulés séparé ment ou successivement, les armatures de meurant ininterrompues et traversant les cof frages des surfaces de contact entre éléments contigus, par des ouvertures appropriées.
Avant le coulage d'un premier élément de béton, on placera de préférence 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 peut s'ob tenir conformément au brevet suisse antérieur no 145377 du 25 septembre 1929, en saisis sant chaque barre ou groupe de barres d'ar matures entre des ancrages provisoires formés par des pinces ou autres moyens, que l'on sol licitera par l'action de vérins, de manière à allonger l'armature, en prenant appui sur des organes de transmission des efforts, en géné ral extérieurs à la pièce à exécuter.
Quand le durcissement du béton du pre mier élément sera suffisant, on pourra placer les armatures intéressant le deuxième élément dans l'état de tension prévu dans la traversée de ce deuxième élément.
Pour les armatures de cet élément non solidaires du premier, on peut procéder comme pour le premier; pour les armatures communes au premier et au deuxième élé ment, on peut tendre la partie de ces arma tures comprise dans le deuxième élément en prenant appui en général sur le béton durci du premier.
Les exemples qui vont être décrits ci- après permettront -de comprendre comment le procédé peut être mis en #uvre. Il est bien spécifié que ces exemples ne sont pas limitatifs et que l'invention peut être appli quée 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 fig. 1 à 4,du dessin l'exécution d'une couverture de halle de grande portée au moyen de poutres comportant une "âme verticale et deux se melles.
La fig. 1 est une coupe transversale d'un dispositif de moulage d'une de ces poutres; La fig. 2 est une coupe longitudinale par tielle; La fig. 3 est une coupe horizontale de la fig. 1 .selon III III; La fig. 4 est une vue schématique en élé vation verticale de l'ensemble d'une installa tion 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, ci, c2, c3... groupées dans la membrure inférieure, de barres horizontales u réparties uniformément, de barres verticales j, f. Toutes ces barres pourraient être en acier par exemple à 100 kg par mm2- .de limite de rupture et <B>80</B> kg de limite élastique, obtenue par étirage préalable.
De plus, il sera prévu des arma tures en acier quelconque, transversales aux premières pour améliorer leur ancrage 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 (défor mations par retrait. déformations élastiques et plastiques), il subsiste en celui-ci en tout point des compressions permanentes.
I1 est clair que, par ce moyen, on élimine toute possibilité de fissuration de la poutre. On peut dès lors envisager -des taux -de con traintes au cisaillement, de l'ordre de gran deur des contraintes de compression, par suite bien plus élevées que les maxima cou ramment acceptés. D'autre part, les con- traintes maxima de compression sont consi dérablement moins élevées que dans le béton armé ordinaire.
Le schéma de ces contraintes est en effet (fig. la) une ligne telle que A1-B1; pour le béton armé ordinaire, ce serait une ligne A@-B2, où 0l, B2 représente la déformation du béton,<I>'0,</I> AZ la déforma tion de l'acier.
Pour l'exécution de la poutre considérée, on commence suivant la méthode générale à délimiter des éléments de béton à couler suc cessivement. En ce cas, ils peuvent être di visés en quatre catégories: l c Eléments enrobant à la fois des parties des armatures c de même longueur, voisines de leurs extrémités et -des parties des arma tures j qui y pénètrent (voir par exemple éléments 59, fig. 2);
20 Eléments enrobant seulement des par ties des armatures j voisines des extrémités supérieures de ces armatures (par exemple éléments 59, fig. 2); 3c Eléments enrobant seulement des par ties des armatures j voisines de leurs extré mités inférieures; 40 Eléments limités par des plans verti caux équidistants PN_,, PIC.. etc. (fig. 3) constituant tout le reste de la poutre.
Les éléments en béton de la première ont des largeurs décroissantes de manière -à lais- ser le passage libre à. celles des armatures c qui ne les concernent pas (voir éléments 11, lia, llb sur la fig. 4a).
On pourrait, pour l'exécution de ces élé ments, se conformer exactement à la méthode générale, maie 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'empê che 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 impor tant 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 c 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 fond de moule pour toute la poutre. Cet organe est constitué par une forte poutre en deux élé ments a et al portés par des charpentes ap propriées telles que 50 (fig. 4) sur des cha riots 51 qui permettent de les disposer suc cessivement sous chacune des poutres à cons- truire. Les deux demi-poutres<I>a,
ai</I> doivent pouvoir être calées ou décalées en hauteur de quelques centimètres à l'aide -de vérins 52 pour permettre les démoulages et prendre de petits mouvements dans le sens de leur lon gueur grâce à des rouleaux 53 sous l'action de vérins b qui permettent d'éloigner leurs extrémités d'abord en contact, avec une puis sance égale à la tension maximum totale à donner à l'ensemble -des armatures princi pales c,<I>cl,</I> c2.
Ceci fait, on coule les éléments des trois premières catégories et on ,solidarise provi soirement 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 1.3 pénétrant dans les éléments mou lés au travers du fond de moule (voir aussi fig. 4 ou 4a) ou d'organes de butée tels que ceux représentés fig. 5 en élévation et fig. 6 en coupe.
Sur ces figures, 15 est une pièce r6sis- tante engagée dans un orifice prévu dans la. base da moule a en béton armé. Entre cette pièce et son appui 1,6 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 enve loppe 18 destinée à < rendre le démoulage plus aisé, facile<B>à,</B> déformer, à détruire ou à faire g o lisser, telle que du 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 base de moule. Le durcissement complet des éléments des trois premières catégories sera rendu aussi rapide que nécessaire en vibrant le béton ou en le vibrant et le comprimant; ou en le vibrant, le comprimant et le chauf fant. notamment en disposant les stries 12 du fond de moule et même, éventuellement, les tirefonds 13 pour être chauffés par une cir culation de vapeur.
On écarte alors l'une de l'autre les deux parties a et cal de la base<B>de</B> moule par le jeu des vérins hydrauliques b (fig. 4); on tend ainsi toutes les barres <I>c, ci, c2,</I> etc. si multanément.
Avant la mise en place des 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 sail lies i ou des barres ou des évidements pra tiqués dans la surface du béton du moule, tant pour éviter que la masse et la rigidité des fonds 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., al, 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 relati- vement faible; ce coffrage peut être constitué comme représenté, à titre d'exemple, sur les fig. 1 à 3. Il est formé par des éléments en tôle 11, 12, 13... et profilés m1, m2, m3 assem blés par des soudures longitudinales et cons tituant des .éléments tubulaires dont les lignes de contact n ajustées ne laissent pas passer les éléments solides, mais laissent fil trer l'eau.
Ces éléments sont assemblés sur des profilés o de façon à former des demi- coquilles reliées deux à deux par des tiges p traversant l'âme de la poutre à travers des tubes de caoutchouc p1 (fig. 1) qui permet tent l'extraction facile des tiges p après le durcissement du béton.
Ce moule étant mis en place, par exem ple pour l'exécution de l'élément N de la quatrième catégorie en bout de l'élément N - 1 .déjà réalisé (fig. 3), on disposera les coffrages verticaux 54 le séparant de la place réservée à l'élément suivant N + 1, l'élé ment précédent N - 1 déjà moulé fermant de son côté le bout du moule. Ces coffrages verticaux 54 seront fixés aux armatures ho rizontales ?c qu'on déterminera de manière qu'au taux de tension désiré pour elles, elles maintiennent lesdits coffrages contre la pres sion hydraulique du béton qu'ils supportent.
On pourra utiliser pour cela des diepositifs 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 et 6 à petit angle sont indesserrables et maintiennent la barre u;
le .desserrage de la vis 4 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 cou vercle -du moule sera par exemple formé de fers en<B>U</B> transversaux 56 soudés sur les tôles 57 et sur lesquels s'appuient des fers à<B>I</B> longitudinaux 58.
Le tout est maintenu par des tire-fonds 59a vissés dans les élé ments<B>69</B> de la troisième catégorie, un cer- tain jeu étant ménagé entre ces éléments et les tôles<B>57</B> du couvercle pour permettre une mobilité de ce couvercle vers l'intérieur du moule. Les tire-fonds seront reliés, par exem ple, par des palonniers 59b à des vérins 60 prenant appui sur les fers en<B>1</B> 58.
Des ori fices ménagés par exemple dans le coffrage supérieur permettent .de remplir le moule.
Le béton est vibré par exemple à l'aide d'arbres 62 munis de balourds et tournant à grande vitesse dans des paliers 63 figés sur les moules latéraux (fig. 1).
Après avoir rempli le moule, on fermera les orifices réservés à cet effet, puis on agira sur les vérins 60 qui, d'une part, tendent les armatures verticales j, ' j1 et, d'autre part, pressent sur le couvercle -du moule.
De ce fait, le couvercle du moule est repoussé vers l'intérieur et le béton est ainsi comprimé. Le béton ainsi comprimé repousse les cof- frages verticaux 54, ce qui produit la mise en tension des armatures horizontales u. On pourrait 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,
de manière à exercer une compression hori zontale sur le béton.
Si on veut obtenir un démoulage rapide, on enverra ,de la vapeur au contact @du béton, en la faisant passer par exemple dans les pro filés<I>in',</I> né, m3... et 5,6 ou dans d'autres ca naux, notamment d'ans lescavités 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, as.
Dans le cas de poutres de hauteur va riable, 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 élément à mouler, l'étanchéité au raccord avec l'élément N -. 1 précédemment moulé est assurée par un élément déformable 65 ne s'opposant pas à la compression du béton; cet élément peut être une gouttière métalli que munie d'un joint en caoutchouc (fig. 3).
Le moule peut être relié aux parties déjà moulées par des organes appropriés tels que 61 (fig. 3) permettant ,des ,d#éform#atio-ns, figés 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 figer. 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 auxdites poutres et y pénétrant, après achèvement des poutres, on tendra aisément ces armatures à l'aide de vérins hydrauliques, convenablement répartis, agissant entre les semelle des poutres, puis on coulera le béton.
Toute construction, quelle qu'en soit la complexité, pourra être réalisée par une ap- plication. des méthodes ,générales qui ont été décrites, mais il sera possible de trouver des simplifications applicables aux divers cas particuliers.
L'application du procédé :suivant l'inven- tion est d'autant plus avantageuse qu'il s'agit de constructions soumises à des efforts aux quels il est particulièrement difficile de ré sister avec les procédés ordinaires, tels que des fatigues exceptionnellement élevées, no tamment au cisaillement, ou des efforts vio lemment alternés.
Ce procédé est évidemment applicable à toutes sortes de constructions autres que des poutres, par exemple cylindres ou prismes de toute forme et toute orientation dont il per met le fonçage, 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 illimi tées, colonnes en élévation de toute nature, toutes dimensions et -destinations, ainsi que pour tous tuyaux,dedestination quelconque,
avec d'autant plus d'avantage que la résis- tance,de <B>ces</B> éléments à la compression, trac tion, flexion, torsion est énorme et obtenue à des prix extrêmement bas en raison des ré- sistances élevées des bétons obtenus et du faible prix de l'unité de résistance des fils en acier dur formant les armatures.