Domaine technique :

La présente invention concerne un élément précontraint allongé définissant deux extrémités opposées, réalisé dans au moins un matériau de remplissage, notamment du béton, et traversé par au moins une armature de précontrainte s 'étendant entre les deux dites extrémités et noyée dans ledit matériau de remplissage.

La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel élément précontraint.

Technique antérieure :

Les éléments précontraints, tels que poutres, poutrelles, linteaux, etc. sont généralement réalisés par moulage d'un matériau de remplissage telle que du béton et sont associés à des armatures de précontrainte s 'étendant dans leur longueur pour accroître les propriétés de résistance mécanique du béton et notamment la résistance à la flexion. Compte tenu de leurs propriétés mécaniques, ces éléments précontraints sont particulièrement adaptés à la réalisation d'ouvrages soumis à d'importantes contraintes, comme des ponts, des bâtiments, ainsi que tout type d'ouvrages d'art et de constructions dans le domaine du génie civil et du bâtiment. Classiquement, un élément précontraint comporte des armatures de précontrainte noyées dans du béton pour appliquer à cet élément une précontrainte dans la direction longitudinale dudit élément. Avant de couler le béton dans un banc de moulage, les armatures de précontrainte sont tendues par leurs extrémités respectives, par exemple, au moyen de vérins, de chevêtres, ou similaires. On parle alors d'élément précontraint par « pré-tension », la mise en tension des armatures ayant lieu avant le remplissage du béton. Après le remplissage et le durcissement du béton, on relâche la tension exercée sur les armatures de précontrainte, ce qui a pour effet de contraindre l'élément moulé dans sa longueur. La répartition de la contrainte n'est toutefois pas uniforme sur toute la longueur de l'élément précontraint. Plus particulièrement, la résistance mécanique n'est pas optimale dans les zones d'extrémité de l'élément précontraint. Ceci s'explique par le fait que la précontrainte se transmet progressivement au béton. Pour augmenter la résistance mécanique et surtout pour qu'elle soit homogène dans toute la longueur de l'élément fabriqué jusqu'à ses extrémités, il est également connu d'utiliser des bétons dits à « haute performance », en particulier, renforcés de fibres structurelles. Toutefois, du fait de leurs coûts élevés, ces bétons à haute performance fibrés peuvent difficilement être substitués à du béton classique, moins onéreux.

Il est également connu de la publication DE 1 659 131 Al un élément précontraint en béton dont une extrémité comporte un tube qui est traversé par des armatures de précontrainte et qui est rempli par un matériau de remplissage différent du matériau formant l'élément précontraint.

La publication CN 102493660 B décrit un tube d'ancrage qui est traversé par une armature et qui est rempli par un matériau composite à base de ciment ultra-haute performance. L'armature est fixée dans le tube au moyen d'une première plaque et d'une seconde plaque parallèles entre elles et espacées l'une de l'autre, qui délimitent entre elles un espace contenant le matériau composite.

Il est connu de la publication GB 707144 A un élément précontraint comportant une armature de précontrainte disposée au cœur de l'élément précontraint et dont le cœur est rempli de béton ou de ciment. La publication KR 2011 0064359 A décrit un élément précontraint comportant des armatures de précontrainte fixées dans un élément conique et dans un bloc de fixation en béton ultra-haute performance. Enfin, la publication DE 10 2007 021 690 Al décrit un élément précontraint notamment pour un pont qui comporte une extrémité en mortier ultra haute performance.

En conséquence, les solutions existantes ne permettent actuellement pas d'offrir une résistance mécanique améliorée au niveau des extrémités de l'élément précontraint tout en proposant un coût raisonnable de fabrication en phase avec le marché.

Exposé de l'invention : La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un élément précontraint dont la résistance mécanique est optimisée en particulier à l'une au moins de ses zones d'extrémité, pour former une zone d'ancrage qui soit de taille restreinte par rapport à la longueur de l'élément précontraint et qui soit la plus courte possible pour diminuer la longueur de l'élément précontraint à encastrer.

Dans ce but, l'invention concerne un élément précontraint du genre indiqué en préambule, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une pièce d'interface traversée par ladite armature et délimitant au moins en partie une zone d'extrémité dudit élément précontraint par rapport à une partie principale dudit élément précontraint, et en ce que d'une part ladite zone d'extrémité dudit élément précontraint comporte au moins en partie un second matériau de remplissage et, d'autre part, ladite partie principale dudit élément précontraint comporte un premier matériau de remplissage, le second matériau de remplissage présentant une résistance à la traction et à la compression supérieure à celle du premier matériau de remplissage. La résistance mécanique dans la zone d'extrémité est ainsi accrue ce qui permet d'augmenter la résistance mécanique à l'extrémité de l'élément précontraint. Ce but est atteint aisément pas le simple ajout d'une pièce d'interface délimitant la zone d'extrémité qui est réduite par rapport à la partie principale. Le second matériau de remplissage présentant une résistance à la traction et à la compression supérieure à celle du premier matériau de remplissage est ainsi utilisé en quantité limitée ce qui permet de diminuer le coût de fabrication de l'élément précontraint.

Selon une variante de réalisation préférée, il comporte une pièce d'interface sous la forme de plaque disposée perpendiculairement à l'axe longitudinale dudit élément précontraint et dont la section correspond à la section dudit élément précontraint et délimitant ladite zone d'extrémité dudit élément précontraint de ladite partie principale dudit élément précontraint et ladite zone d'extrémité comporte ledit second matériau de remplissage.

L'élément précontraint peut présenter une forme sensiblement parallélépipédique et comporter une pluralité d'armatures de précontrainte qui s'étendent entre lesdites extrémités de l'élément précontraint et qui sont parallèles entre elles. Ladite plaque peut comporter une pluralité d'ouvertures agencées pour être traversées respectivement par une desdites armatures de précontrainte.

Ladite plaque peut être constituée d'une tôle perforée ou d'un grillage. Selon une autre variante de réalisation préférée, il comporte deux pièces d'interface sous la forme de plaque disposées perpendiculairement à l'axe longitudinale dudit élément précontraint dont la section correspond à la section dudit élément et délimitant respectivement deux zones d'extrémité dudit élément précontraint par rapport à ladite partie principale et en ce que lesdites zones d'extrémité comportent ledit second matériau de remplissage. Dans une variante de réalisation préférée, il comporte au moins une pièce d'interface sous la forme d'un tube de frettage s'étendant dans ladite au moins une zone d'extrémité et traversé par ladite armature, ledit tube de frettage comportant ledit second matériau de remplissage, et le premier matériau de remplissage enrobe, d'une part, ladite armature de précontrainte dans ladite partie principale et, d'autre part, ledit tube de frettage dans ladite zone d'extrémité.

Dans ce cas, il peut comporter au moins un cadre de frettage disposé autour dudit tube de frettage.

De préférence, le tube de frettage peut être un cylindre et ladite armature de précontrainte et ledit tube frettage peuvent être sensiblement coaxiaux. De préférence, le tube de frettage peut comporter un évent et un orifice de remplissage, et est fermé à chacune de ses extrémités par une plaque.

De préférence, l'élément précontraint peut comporter une pluralité de tube de frettage parallèles entre eux et disposés le long de l'axe longitudinal de l'élément précontraint et lesdits tubes de frettage peuvent être entourés par une pluralité de cadres de frettage parallèles entre eux et perpendiculaires à l'axe longitudinal de l'élément précontraint.

Avantageusement, le premier matériau de remplissage peut comprendre du béton classique et le second matériau de remplissage peut comprendre du béton dit hautes performances ou du béton dit à très hautes performances ou du béton dit ultra-hautes performances. Dans ce cas, le second matériau de remplissage peut comprendre des fibres ou au moins un cadre de frettage. L'invention concerne un également un procédé de fabrication du genre indiqué en préambule, caractérisé en ce que :

- l'on dispose au moins une pièce d'interface agencée pour être traversée par au moins une armature de précontrainte dans le moule et délimitant au moins une zone d'extrémité du moule par rapport à une partie principale du moule,

- l'on dispose au moins une armature de précontrainte dans le moule au travers de la pièce d'interface,

- l'on fixe les extrémités des armatures de précontrainte à des moyens de mise en tension disposés au-delà des extrémités du moule,

- l'on applique une tension aux extrémités de ladite armature de contrainte,

- l'on coule un second matériau de remplissage au moins en partie dans la zone d'extrémité du moule délimitée par ladite pièce d'interface, et l'on coule un premier matériau de remplissage au moins dans la partie principale du moule,

- l'on relâche la tension de ladite armature de précontrainte après le durcissement des premier et second matériaux de remplissage.

Selon une variante de réalisation préférée, l'on dispose au moins une pièce d'interface dans le moule sous la forme d'une plaque perpendiculaire à l'axe longitudinal du moule et l'on coule le second matériau de remplissage dans la zone d'extrémité du moule délimitée par ladite plaque et l'on coule le premier matériau de remplissage dans la partie principale du moule.

Selon une variante de réalisation préférée, l'on dispose une plaque qui comporte une pluralité d'ouvertures dans le moule pour délimiter une zone d'extrémité du moule par rapport à une partie principale du moule,

- l'on dispose plusieurs desdites armatures de précontrainte dans le moule au travers desdites ouvertures de la plaque,

- l'on coule un premier matériau de remplissage dans la partie principale du moule,

- l'on coule un second matériau de remplissage dans la zone d'extrémité du moule. Selon une variante de réalisation préférée, l'on dispose au moins une pièce d'interface sous la forme d'un tube de frettage parallèle à l'axe longitudinal du moule et qui s'étend dans la zone d'extrémité du moule. Dans ce cas, l'on coule ledit second matériau de remplissage dans ledit tube de frettage au travers d'un orifice de remplissage et l'on coule ledit premier matériau de remplissage, d'une part, dans la zone d'extrémité du moule autour dudit tube de frettage et d'autre part, dans la partie principale du moule. Description sommaire des dessins :

La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de deux modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels:

- la figure 1 représente une vue en perspective d'un élément précontraint selon une première variante de réalisation de l'invention dont seule une zone d'extrémité est représentée, et

la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 d'un élément précontraint selon une seconde variante de réalisation de l'invention dont seule une zone d'extrémité est représentée.

Illustrations de l'invention et différentes manières de la réaliser :

En référence aux figures 1 et 2, l'invention concerne un élément précontraint 10a, 10b selon l'invention réalisé en au moins deux types de matériaux de remplissage 2, 3 différents et comportant au moins une armature de précontrainte 40. L'élément précontraint 10a, 10b peut consister, par exemple, en une poutre, un poteau, un élément de dalle, un linteau. Une pièce d'interface 50a, 50b permet de délimiter au moins en partie une zone d'extrémité 11 de l'élément précontraint 10a, 10b de sa partie principale 12, et est traversée par l'armature de précontrainte 40. Les matériaux de remplissage, appelé premier matériau de remplissage 2 et second matériau de remplissage 3 peuvent consister en des bétons de types différents. Plus particulièrement, le second matériau de remplissage 3 présente une résistance mécanique, et notamment une résistance à la traction et à la compression supérieure à la celle du premier matériau de remplissage 2. Par exemple, le second matériau de remplissage 3 peut consister en un béton dit hautes performances ou un béton à très hautes performances ou un béton dit ultra-hautes performances. Le second matériau de remplissage 3 peut également comprendre des fibres, par exemple, métalliques ou polymères ou un mélange des deux. L'adjonction de fibres permet d'augmenter encore la résistance à la traction du second matériau de remplissage 3. De façon alternative, le second matériau de remplissage 3 peut comporter des cadres de frettage, qui seront décrits plus loin, et/ou des fibres pour augmenter la résistance à la traction. Il en résulte que les efforts d'éclatement et de fendage associés à l'introduction de la précontrainte peuvent être repris par le second matériau de remplissage 3 comportant des fibres ou à la fois par le second matériau de remplissage 3 comportant ou non des fibres et par des cadres de frettage 55b. Dans un exemple de réalisation, le second matériau de remplissage 3 peut être un béton fibré à ultra-hautes performances comportant des fibres métalliques. Le premier matériau de remplissage 2 peut consister en un béton dit classique. En général, le béton classique ou ordinaire formant le premier matériau de remplissage 2 présente une résistance à la compression comprise entre 16 à 80 MPa. Les bétons à hautes performances, très hautes performances et ultra-hautes performances qui peuvent former le second matériau de remplissage 3 présentent une résistance à la compression comprise entre 65 et 250 MPa. Par exemple, un béton fibré à ultrahautes performances comportant des fibres métalliques présente une résistance à la compression comprise entre 150 MPa et 250 MPa.

L'armature de précontrainte 40 peut consister en une pièce linéaire comme un câble ou un toron ou une barre. Elle est de préférence en métal, à haute limite élastique. En outre, l'armature de précontrainte 40 est agencée pour être mise sous tension, par des moyens de mise sous tension, par exemple, au moyen de vérins, puis pour être relâchée et transmettre la tension aux matériaux de remplissage 2, 3. Elle comporte deux extrémités 41 opposées correspondantes aux extrémités de l'élément précontraint et s'étend parallèlement à l'axe longitudinal dudit élément précontraint. Généralement, un élément est précontraint par une pluralité d'armatures de précontrainte disposées parallèlement entre elles et réparties uniformément ou non à l'intérieur de l'élément en fonction des contraintes à supporter. La pièce d'interface peut consister dans une première variante de réalisation en une plaque 50a. La surface de la plaque 50a correspond sensiblement à la section de l'élément précontraint 10a. En outre, la plaque 50a comporte une pluralité d'ouvertures 51a agencées pour être traversées respectivement par une armature de précontrainte 40. Dans l'exemple représenté à la figure 1, la plaque 50a est réalisée dans un métal de type métal déployé ® ménageant des ouvertures 51a pour le passage de quatre armatures de précontrainte 40. Toutefois, la plaque 50a peut également être constituée d'une tôle perforée ou d'un grillage. La pièce d'interface peut également consister en un tube de frettage 50b qui sera décrit plus loin en référence à la figure 2. Dans la première variante de réalisation de l'invention illustrée à la figure 1, l'élément précontraint 10a présente une forme sensiblement parallélépipédique et comporte quatre armatures de précontrainte 40 qui s'étendent entre les extrémités 13 de l'élément précontraint 10a et sont parallèles entre elles. Bien entendu, la présente invention peut comporter une ou une pluralité d'armatures de précontrainte, et n'est pas limitée à cette variante. La pièce d'interface en forme de plaque 50a délimite une zone d'extrémité 11 de l'élément précontraint 10a par rapport à une partie principale 12. La plaque 50a ne s'étend pas dans la zone d'extrémité 11 de l'élément précontraint. Dans cette configuration, la zone d'extrémité 11 est délimitée par l'extrémité 13 de l'élément précontraint 10a et par la plaque 50a disposée perpendiculairement à l'axe longitudinal de l'élément précontraint 10a. En outre, la partie principale 12 est délimitée par l'extrémité opposée (non représentée) de l'élément précontraint 10a et par la plaque 50a. Toutefois, l'élément précontraint peut également comporter une seconde plaque disposée à proximité de l'extrémité opposé et qui délimite une seconde zone d'extrémité, la première plaque délimitant quant à elle une première zone d'extrémité conformément à la précédente variante. Dans cette configuration, la partie principale est également centrale et est délimitée d'une part par la première plaque et d'autre part par la seconde plaque. Dans tous les cas, la plaque 50a comporte une pluralité d'ouvertures 51 traversées respectivement par au moins une armature de précontrainte 40.

Comme l'illustre la figure 1, la partie principale 12 de l'élément précontraint 10a comporte un premier matériau de remplissage 2 et la zone d'extrémité 11 de l'élément précontraint 10a comporte un second matériau de remplissage 3. La quantité de premier matériau de remplissage 2 est supérieure à la quantité de second matériau 3 dans l'élément précontraint 10a. Lorsque l'élément précontraint présente une première et une seconde zones d'extrémité, celles-ci comportent chacune le second matériau de remplissage. Les premier et second matériaux de remplissage 2, 3 enrobent les armatures de précontrainte 40. Avantageusement, l'utilisation d'un second matériau de remplissage 3 dans une des zones d'extrémité 11 permet d'accroître la résistance mécanique dans cette zone d'extrémité 11. Elle permet également de compenser la diminution de la précontrainte ayant lieu dans cette zone d'extrémité 11. De plus, cette configuration évite d'utiliser le second matériau de remplissage 3 sur l'ensemble de l'élément précontraint 10a. Il en résulte une amélioration de la résistance mécanique de l'élément précontraint 10a dans les zones d'extrémités 11 et une diminution de la quantité de second matériau de remplissage 3 nécessaire permettant d'obtenir un coût de fabrication raisonnable. Le second matériau de remplissage peut comporter des fibres ou des cadres de frettage comme expliqué plus loin. L'élément précontraint 10a est particulièrement adapté pour former un poteau destiné à être disposé dans une fondation à encuvement en béton au niveau de sa zone d'extrémité 11 renforcée. En effet, la résistance mécanique élevée de la zone d'extrémité 11 de l'élément précontraint 10a par rapport à un élément précontraint de l'art antérieur permet de diminuer la hauteur d'encastrement de la fondation, contribuant également à réduire les coûts et temps de mise en œuvre. Dans la seconde variante de réalisation illustrée à la figure 2, l'élément précontraint 10b présente également une forme sensiblement parallélépipédique et comporte au moins une armature de précontrainte 40 et dans cet exemple quatre, sans que ce nombre soit limitatif, qui s'étend entre les extrémités 13 de l'élément précontraint 10b. L'armature de précontrainte 40 est munie à une de ses extrémités 41 d'une pièce d'interface se présentant sous la forme d'un tube de frettage 50b. La figure 2 illustre quatre tubes de frettage 50b parallèles entre eux et disposés parallèlement à l'axe longitudinal de l'élément précontraint 10b. Ces tubes de frettage 50b délimitent la zone d'extrémité 11 de l'élément précontraint 10b par rapport à sa partie principale 12. De plus, ils s'étendent et sont incorporés dans la zone d'extrémité 11. Chaque tube de frettage 50b est fermé à chacune de ses extrémités par une plaque 52b qui comporte des ouvertures 51b agencées pour permettre le passage d'une armature de précontrainte 40. Il comporte en outre un évent 53b et un orifice de remplissage 54b agencés pour permettre l'injection du second matériau de remplissage 3. Les tubes de frettage 50b sont entourés par des cadres de frettage 55b disposés parallèlement les uns des autres et perpendiculairement à l'axe longitudinal de l'élément pour garantir leur positionnement relatif et leur maintien dans le moule lors de la fabrication dudit élément. Les tubes de frettage 50b et les cadres de frettage 55b combinés au second matériau de remplissage 3 permettent d'augmenter encore la résistance à la traction dans la zone d'extrémité 11, de sorte que les efforts d'éclatement et de fendage associés à l'introduction de la précontrainte peuvent être repris par le second matériau de remplissage 3 et par les tubes de frettage 50b et par les cadres de frettage 55b. Il en résulte une amélioration de la résistance mécanique de l'élément précontraint 10b dans les zones d'extrémités 11 et une diminution de la quantité de second matériau de remplissage 3 nécessaire permettant d'obtenir un coût de fabrication raisonnable. Possibilités d'application industrielle :

Il ressort clairement de cette description que l'invention permet d'atteindre les buts fixés, à savoir proposer un élément précontraint dont la résistance mécanique est améliorée dans au moins une de ses zones d'extrémité.

L'élément précontraint 10a, 10b peut, par exemple, trouver une application dans le domaine du bâtiment ou du génie civil.

Un élément précontraint 10a par pré-tension en matériau de remplissage notamment en béton avec des armatures de précontrainte 40 selon le premier mode de réalisation de la présente invention en référence à la figure 1 peut être obtenu en mettant en œuvre les étapes du procédé suivantes :

- l'on dispose au moins un ferraillage de manière optionnelle (non représenté) dans un moule,

- l'on dispose une plaque 50a qui comporte une pluralité d'ouvertures 51a dans le moule pour délimiter une zone d'extrémité du moule par rapport à une partie principale du moule,

- l'on dispose plusieurs armatures de précontrainte 40 dans le moule au travers des ouvertures 51a de la plaque 50a,

- l'on fixe les extrémités des armatures de précontrainte 40 à des moyens de mise en tension disposés au-delà des extrémités du moule,

- l'on applique une tension aux armatures de précontrainte 40,

- l'on coule un premier matériau de remplissage 2 dans la partie principale du moule,

- l'on coule un second matériau de remplissage 3 dans la zone d'extrémité du moule,

- l'on relâche la tension des armatures de précontrainte 40 après le durcissement des premier et second matériaux de remplissage 2 et 3,

- l'on démoule l'élément précontraint 10a obtenu. Pour obtenir, la variante de l'élément précontraint (non représentée), l'on dispose en plus d'une première plaque qui délimite une première zone d'extrémité à une première extrémité du moule, une seconde plaque qui délimite une seconde zone d'extrémité à l'autre extrémité du moule.

Selon un second mode de réalisation de la présente invention, l'élément précontraint 10b en référence à la figure 2 peut être obtenu en mettant en œuvre les étapes du procédé suivantes :

- l'on dispose au moins un ferraillage (non représenté) dans un moule,

- l'on dispose plusieurs tubes de frettage 50b, fermés à leurs extrémités par des plaques 52b qui comporte une ouverture 51b, à une des extrémités du moule délimitant au moins une zone d'extrémité du moule par rapport à une partie principale du moule,

-l'on dispose un cadre de frettage autour des tubes de frettage 50b,

- l'on dispose plusieurs armatures de précontrainte 40 dans le moule M au travers des tubes de frettage par les ouvertures 51b des plaques 52b,

- l'on fixe les extrémités des armatures de précontrainte 40 aux extrémités du moule,

- l'on applique une tension aux extrémités des armatures de précontrainte 40,

- l'on coule un second matériau de remplissage 3 dans les tubes de frettage 50b par leurs orifices de remplissage 54b,

- l'on coule un premier matériau de remplissage 2 dans la partie principale du moule et autour des tubes de frettage 50b,

- l'on relâche la tension des armatures de précontrainte 40 après le durcissement des premier et second matériaux de remplissage 2 et 3.

La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits mais s'étend à toute modification et variante évidentes pour un homme du métier.