Poutrelle en béton précontraint et son procédé de fabrication

Description

[0001] La présente invention concerne d'une manière générale les poutrelles en béton et plus particulièrement des poutrelles pour la réalisation de planchers.

[0002] La technique de réalisation de planchers par mise en place de poutrelles préfabriquées entre lesquelles sont disposés des entrevous puis recouvrement par une chape de béton est connue de longue date et très largement utilisée dans la construction.

[0003] Les poutrelles utilisées pour la confection de planchers sont des poutrelles en béton précontraint, c'est-à-dire des poutrelles dans lesquelles sont noyés des fils d'acier sous tension. Ce premier type de poutrelle fournit une structure dont la résistance en flexion est importante.

[0004] Il est par ailleurs utilisé dans la construction des poutrelles préfabriquées en béton armé avec acier de couture telles que celle décrite dans le FR 1 589 789, c'est-à-dire des poutrelles dans lesquelles sont noyés des fils d'armature non tendus, lesdits fils d'armature présentant des portions qui dépassent de la poutrelle pour être noyées dans le béton mis en oeuvre autour de ladite poutrelle. Ce second type de poutrelle permet la réalisation de structures supportant mieux les efforts tranchants, ceux-ci étant supportés par les aciers de couture noyés dans le béton environnant. Ce type de poutrelles dont la section est la même d'une extrémité à l'autre permet de supporter sur toute la longueur de la poutrelle un moment de flexion important mais ne permet pas de reprendre aux extrémités des efforts tranchants importants.

[0005] Or, le besoin se fait actuellement sentir pour des poutrelles permettant la réalisation de structures résistant aussi bien à la flexion qu'aux efforts tranchants.

[0006] Il est par ailleurs connu depuis 1960, par le FR 1 270 049 une poutrelle en béton armé présentant à chacune de ses extrémités une encoche à travers laquelle dépasse l'armature interne. Une telle disposition ne permet d'obtenir qu'une très petite amélioration des capacités mécanique de la poutrelle qui ne répond pas à la demande actuelle.

[0007] L'invention cherche donc à proposer une poutrelle répondant à cette demande en exploitant mieux que précédemment les capacités de résistance mécanique du béton précontraint et des aciers de couture.

[0008] A cet effet, l'invention concerne une poutrelle en béton précontraint présentant un talon, une partie supérieure et des aciers de précontrainte noyés dans le talon et dans le bas de la partie supérieure, ledit talon étant plus large et moins haut que ladite partie supérieure, caractérisée en ce que les parties d'extrémités de la poutrelle sont de hauteur e1 inférieure à la hauteur e2 de la partie centrale de la poutrelle et ont une longueur comprise entre quelques dizaines de centimètres et environ 1/3 de la longueur de la poutrelle et en ce que des armatures d'efforts tranchants sont prévues dans lesdites parties d'extrémité, lesdites armatures d'efforts tranchants s'étendant dans l'espace laissé libre au-dessus desdites parties d'extrémité sans dépasser l'encombrement de la partie centrale.

[0009] La poutrelle suivant l'invention est encore remarquable en ce que :

• la longueur des parties d'extrémités (B) est au moins de 20 centimètres.
• la résistance aux moments de flexion est, en cas de besoin, largement améliorée en noyant dans la partie centrale des aciers conformés de la même manière que ceux disposés dans les parties d'extrémités.

[0010] La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'une telle poutrelle caractérisé en ce que l'on dispose un bourrage dans les parties d'extrémités d'un moule en une seule pièce non ouvrant usuellement utilisé pour la fabrication de poutrelles en béton précontraint.

[0011] Ledit bourrage peut être réalisé de toute manière convenable. A titre d'exemple, il peut mettre un oeuvre un matériau pulvérulent tel que du sable on être constitué par un bloc de polystyrène fendu en son milieu. Il peut également être constitué d'un profilé en un matériau souple tel que du néoprène, du polypropylène ou autres, ou d'un profilé en carton.

• les figures 1a, 1b et 1c sont des schémas représentant le moment de flexion Ma, Mb et l'effort tranchant Ta, Tb, Tc supportés par une poutrelle disposée sur deux appuis pour différentes formes de charge,
• les figures 2a et 2b représentent schématiquement deux poutrelles selon l'invention,
• les figures 3a et 3b représentent schématiquement des montages avec table de compression incorporée respectivement avec une poutrelle en béton précontraint de type connu 3a et avec une poutrelle en béton précontraint suivant l'invention 3b,
• la figure 4 est une coupe réalisée dans la partie centrale d'une poutrelle suivant l'invention,
• les figures 5 à 9 sont des coupes réalisées dans une partie d'extrémité d'une poutrelle selon l'invention pour cinq variantes de réalisation,
• la figure 10 est une vue en perspective de la poutrelle de la figure 5,
• les figures 11 et 12 sont des vues partielles en perspective d'une poutrelle suivant l'invention, la poutrelle représentée à la figure 12 étant celle vue en coupe à la figure 7.

[0012] Une poutrelle P disposée sur deux appuis distants 2 et supportant des charges est soumise à des contraintes que l'on a pour habitude d'évaluer à partir des courbes M du moment de flexion et T des efforts tranchants.

[0013] Les figures 1a à 1c représentent ces courbes M et T pour différents chargement de ladite poutrelle P.

[0014] Ces courbes sont les mêmes quelle que soit la section de la poutrelle considérée, nous considérerons donc que celle-ci est rectiligne et de section constante.

[0015] L'on constate à l'examen de ces croquis que les courbes Ma et Ta concernant la poutrelle soumise à une charge uniformément répartie n'ont pas la même allure que les courbes Mb, Mc et Tb,Tc concernant la poutrelle chargée en deux points.

[0016] L'on remarque toutefois que le moment de flexion est toujours de valeur importante dans la partie centrale de la poutrelle alors qu'il est de valeur plus faible dans les parties d'extrémités de la poutrelle.

[0017] L'on remarque également qu'à l'inverse, les efforts tranchants sont toujours de valeur plus importante dans les parties d'extrémités de la poutrelle alors qu'ils ont une valeur moins importante dans la partie centrale de la poutrelle.

[0018] L'invention propose alors une poutrelle telle que les poutrelles la et 1b représentées aux figures 2a et 2b, c'est-à-dire une poutrelle dont la hauteur varie entre e2 dans la partie centrale A, A' et e1 inférieur à e2 dans les parties d'extrémités B, B'. La poutrelle la, 1b est ainsi plus résistante dans sa partie centrale A, A' d'épaisseur importante e2 qui est la zone dans laquelle le moment de flexion prend ses valeurs les plus importantes.

[0019] De manière connue en soi, et comme visible à la figure 4, une poutrelle pour la réalisation de planchers présente une base ou talon 10 et une partie supérieure 11. Cette partie supérieure 11 est usuellement de section trapézoïdale avec la petite base en haut comme représenté en trait plein mais peut également être rectangulaire comme représenté en pointillés ou de section trapézoïdale avec la petite base en bas comme représenté en traits mixtes. Le talon 10 est plus large et moins haut que la partie supérieure 11. Les entrevous 6, visibles aux figures 3a et 3b, sont en appui par leur becquet sur les épaulements 12 formés de part et d'autre de la partie supérieure 11.

[0020] Des aciers de précontrainte 3 sont noyés dans la poutrelle, certains étant disposés dans le talon 10 et d'autres près du bas de la partie supérieure 11.

[0021] On obtient ainsi d'une part une augmentation au centre de la résistance à la flexion et d'autre part, aux extrémités une augmentation de la résistance aux efforts tranchants.

[0022] On peut également selon la présente invention disposer dans la partie centrale (A) des aciers conformés de la même manière que ceux disposés dans les parties d'extrémités (B).

[0023] La figure 4 est une section de la poutrelle suivant l'invention, dans la partie centrale A de celle-ci, pour laquelle elle est semblable aux poutrelles en béton précontraint connues.

[0024] Comme visible aux figures 5 à 9 représentant des sections réalisées dans une partie d'extrémité B d'une poutrelle suivant l'invention, la hauteur e1 de cette partie d'extrémité B est largement inférieure à à la hauteur e2 de la partie centrale A.

[0025] Aux figures 5 à 7, cette hauteur e1 est un peu supérieure à la moitié de la hauteur e2 tandis qu'aux figures 8 et 9, ladite hauteur e1 est environ égale aux deux tiers de la hauteur e2.

[0026] D'autres variantes de réalisation de la poutrelle suivant l'invention peuvent présenter des valeurs e1 et e2 différentes.

[0027] Afin de fournir une poutrelle présentant une résistance aux efforts tranchants importante dans les parties d'extrémités B dans lesquelles comme visibles aux figures 1a à 1c ces efforts tranchants ont des valeurs importantes, des armatures d'efforts tranchants 4 sont prévus dans ces parties d'extrémité.

[0028] Par l'utilisation de telles armatures, on peut doubler la résistance de la poutrelle aux efforts tranchants tout en permettant la couture entre la poutrelle et le béton coulé en place.

[0029] La poutrelle selon l'invention avec des parties centrale et d'extrémités de hauteurs e2 et e1 différentes présente en outre le grand avantage de faciliter la mise en place des aciers d'efforts tranchants et de couture 4.

[0030] En effet, bien que l'Homme du Métier connaisse de longue date l'amélioration apportée à la résistance aux efforts tranchants par la mise en place d'aciers, ceux-ci sont assez peu souvent utilisés dans des poutrelles en béton précontraint du fait des désagréments qu'ils apportent lorsqu'ils sont mis en oeuvre dans des poutrelles en béton précontraint usuelles.

[0031] Comme visible à la figure 3a, lorsque l'on muni une poutrelle en béton précontraint usuelle 100, c'est-à-dire une poutrelle de section constante, d'aciers d'efforts tranchants 40, ceux-ci dépassent au-dessus du niveau supérieur du béton formant la poutrelle. Lors de la mise en place de telles poutrelles, lesdits aciers peuvent gêner la construction en créant une poutrelle d'encombrement en hauteur beaucoup trop important. Ces aciers de couture sont spécialement gênant lors de montages dits à table de compression incorporée avec entrevous de faible hauteur pour lesquels ils empêchent de réaliser un clavetage normal du fait qu'ils dépassent de la face supérieure du plancher fini.

[0032] Dans la poutrelle 1 selon l'invention représentée à la figure 3b, les aciers de couture 4 s'étendent dans l'espace laissé libre au-dessus des parties d'extrémité B, sans dépasser l'encombrement en hauteur de la partie centrale A.

[0033] Cette disposition des aciers d'efforts tranchants et de couture dans l'encombrement en hauteur de la partie centrale A permet également de ne pas perturber l'empilement des poutrelles selon l'invention que l'on peut effectuer de la manière habituelle en intercalant de simples cales de séparation.

[0034] Un autre avantage que procurent les poutrelles selon l'invention lorsque leurs parties d'extrémité B sont munies d'aciers d'efforts tranchants et de couture est celui de pouvoir être facilement transportées, ces aciers permettant aussi bien leur prise manuelle que leur accrochage à des appareils de levage.

[0035] Les aciers d'efforts tranchants et de couture 4 peuvent être de toute forme connue.

[0036] Les figures 5 et 10 montrent des variantes de réalisation mettant en oeuvre des aciers d'efforts tranchants et de couture sous forme de grecque simple c'est-à-dire sous forme d'une succession de U disposés alternativement vers le haut et vers le bas.

[0037] Aux figures 8, 9 et 11, des aciers d'efforts tranchants et de couture sous forme de grecque avec barres soudées 5 le long des arrondis des U sont utilisés.

[0038] Comme représenté aux figures, les aciers d'efforts tranchants et de couture peuvent, au choix, être disposés d'un côté ou de l'autre des aciers précontraints.

[0039] Les figures 6 et 12 montrent des aciers d'efforts tranchants et de couture sous forme de raidisseur et la figure 7 montre une poutrelle avec acier d'efforts tranchants et de couture constitué en raidisseur plan.

[0040] Toute disposition de ces aciers peut bien entendu être mise en oeuvre, et ceci quelle que soit la différence entre les hauteurs e1 et e2, les dessins joints ne montrant que quelques unes des dispositions possibles.

[0041] La longueur des zones d'extrémités d'épaisseur e1 inférieure à l'épaisseur de la partie centrale peut varier en fonction de l'utilisation à laquelle l'on destine la poutrelle, elle est usuellement comprise entre quelques dizaines de centimètres et le tiers de la longueur de la poutrelle et jamais inférieure à 20 cms.

[0042] Les longueurs de la partie centrale A et des parties d'extrémité B d'une poutrelle sont déterminées par l'emplacement des charges que devra supporter la poutrelle.

[0043] Lorsque la poutrelle est destinée à une structure dans laquelle elle doit supporter des charges disposées près des appuis, comme schématisé à la figure 1c, les extrémités B de hauteur e1 ont une longueur réduite, par exemple comprise entre 20 et 50 centimètres.

[0044] La mise en place d'aciers d'efforts tranchants et de couture dans les parties d'extrémité B permet, même dans le cas de parties d'extrémité B de longueur réduite d'augmenter de manière intéressante la résistance aux efforts tranchants de la poutrelle selon l'invention par rapport aux poutrelles usuelles.

[0045] Suivant une variante de réalisation non représentée au dessin, la résistance aux moments flexion de la poutrelle selon l'invention est, en cas de besoin, largement améliorée en noyant dans la partie centrale A de celle-ci des aciers conformés de la même manière que les aciers prévus dans les parties d'extrémité B.

[0046] La poutrelle selon l'invention permet ainsi, en calculant les caractéristiques des aciers noyés dans la partie centrale A et des aciers mis en place sur les parties d'extrémité B de moduler la résistance de la poutrelle au moment de flexion et aux efforts tranchants et de la multiplier par 1,5 à 2.

[0047] Une poutrelle présentant des parties d'extrémités s'étendant chacune sur un tiers de la longueur totale répond aux critères imposés par la réglementation antisismique pour les zones II et III.

[0048] Les poutrelles présentant des longueurs intermédiaires par rapport à ces dimensions extrêmes sont quant à elles fabriquées en fonction des charges auxquelles elles doivent résister.

[0049] La présente invention concerne également un procédé de fabrication des poutrelles selon l'invention.

[0050] Le procédé qui vient immédiatement à l'esprit est l'utilisation d'un moule ouvrant à l'intérieur duquel l'on positionne un fond rapporté, par exemple en caoutchouc, retenant les aciers de couture pour leur permettre de s'étendre à à l'extérieur de la cavité de moulage et assurer leur maintien en place.

[0051] Cette disposition ne donne pas totalement satisfaction car elle ne permet pas une précision suffisante du moulage.

[0052] Il faut en effet savoir qu'une amélioration même faible de la précision du moulage a des conséquences très importantes sur le produit fini.

[0053] Une poutrelle ayant un poids de l'ordre de 20 kilogrammes par mètre linéaire peut, en améliorant la précision du moulage, ne peser que 15 kilogrammes par mètre linéaire.

[0054] Ce gain de poids permet de fournir des poutrelles pesant quelques kilogrammes de moins est très important et a des conséquences non négligeables sur la manutention de ces poutrelles : on peut en charger un plus grand nombre sur les camions, elles sont plus faciles à manipuler sur les chantiers ...

[0055] Suivant l'invention, les poutrelles à parties d'extrémités de hauteur inférieure à la partie centrale et munies d'aciers d'efforts tranchants et de couture sont fabriquées dans les moules en une seule pièce non ouvrant usuellement utilisés pour la fabrication des poutrelles en béton précontraint.

[0056] Un bourrage, par exemple en un matériau pulvérulent tel que du sable est disposé dans les parties d'extrémités du moule de manière à réduire la cavité de moulage et à permettre l'enfoncement des aciers de couture pour assurer leur positionnement.

[0057] Le bourrage peut également être réalisé par un bloc de polystyrène fendu en son milieu ou un profilé en matériau souple tel que du néoprène, du polypropylène,... ou un profilé en carton, dans le cas des aciers s'étendant dans un plan vertical, par exemple ceux en forme de grecque.

Revendications

1. Poutrelle en béton précontraint présentant un talon (10), une partie supérieure (11) et des aciers de précontrainte (3) noyés dans le talon (10) et dans le bas de la partie supérieure (11), ledit talon (10) étant plus large et moins haut que ladite partie supérieure (11), caractérisée en ce que les parties d'extrémités (B) de la poutrelle sont de hauteur e1 inférieure à la hauteur e2 de la partie centrale (A) de la poutrelle et ont une longueur comprise entre quelques dizaines de centimètres et environ 1/3 de la longueur de la poutrelle et en ce que des armatures d'efforts tranchants (4) sont prévues dans lesdites parties d'extrémité (B), lesdites armatures d'efforts tranchants (4) s'étendant dans l'espace laissé libre au-dessus desdites parties d'extrémité (B) sans dépasser l'encombrement de la partie centrale.

2. Poutrelle en béton précontraint selon la revendication 1, dans laquelle la longueur des parties d'extrémités (B) est au moins de 20 centimètres.

3. Poutrelle selon la revendication 1 ou selon la revendication 2, dans laquelle la résistance aux moments de flexion est, en cas de besoin, largement améliorée en noyant dans la partie centrale (A) des aciers conformés de la même manière que ceux disposés dans les parties d'extrémités (B).

4. Procédé de fabrication d'une poutrelle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que :

- on choisit un moule en une seule pièce non ouvrant usuellement utilisé pour la fabrication de poutrelles en béton précontraint,

- on dispose un bourrage dans les parties d'extrémités du moule,

- on enfonce les aciers en saillie (4) dans ledit bourrage afin d'assurer leur positionnement,

- on procède au moulage de la poutrelle.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bourrage est en matériau pulvérulent.

6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bourrage est constitué par un bloc de polystyrène fendu en son milieu.

7. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bourrage est constitué par un bloc de matériau souple.

8. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bourrage est en carton.

Ansprüche

1. Spannbetonträger mit einem Steg (10), einem oberen Teil (11) und in den Steg (10) sowie in die Unterseite des oberen Teils (11) eingebetteten Spannstählen (3), wobei der Steg (10) breiter und weniger hoch als der obere Teil (11) ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Endteile (B) des Trägers eine geringere Höhe e1 als die Höhe e2 des Mittelteils (A) des Trägers und eine Länge aufweisen, die im Bereich von mehreren zehn Zentimetern bis etwa 1/3 der Länge des Trägers liegt, und daß Querkraft-Armierungen (4) in den Endteilen (B) vorgesehen sind, wobei diese Querkraft-Armierungen (4) in dem Zwischenraum verlaufen, der oberhalb der Endteile (B) freigelassen ist, ohne den Platzbedarf des Mittelteils zu überschreiten.

2. Spannbetonträger nach Anspruch 1, bei dem die Länge der Endteile (B) mindestens 20 Zentimeter beträgt.

3. Träger nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Biegefestigkeit bei Bedarf durch Einbetten von Stählen, die in der gleichen Weise gebildet sind wie die in den Endteilen (B) angeordneten, in den Mittelteil (A) deutlich verbessert wird.

4. Verfahren zur Herstellung eines Trägers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß:

- man eine einstückige, geschlossene Form wählt, die üblicherweise zur Herstellung von Spannbetonträgern verwendet wird,

- man in den Endteilen der Form eine Füllung anordnet,

- man die Stähle (4) überstehend in die Füllung einbringt, um ihre Ausrichtung sicherzustellen, und

- man zum Formen des Trägers übergeht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung aus einem pulverförmigen Material besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung aus einem in seiner Mitte gespaltenen Polystyrolblock besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung aus einem Block eines biegsamen Materials besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung aus Karton besteht.

Claims

1. A prestressed concrete beam having a foot (10), an upper part (11) and prestressing rods (3) embedded in the foot (10) and in the bottom of the upper part (11), said foot (10) being wider and less high than said upper part (11), characterised in that the end parts (B) of the beam are of a height e1 less than the height e2 of the central part (A) of the beam and have a length of between several tens of centimetres and about 1/3 of the length of the beam and in that shear reinforcements (4) are provided in said end parts (B), said shear reinforcements (4) extending into the space left free above said end parts (B) without extending beyond the space taken up by the central part.

2. A prestressed concrete beam according to Claim 1, in which the length of the end parts (B) is at least 20 centimetres.

3. A beam according to Claim 1 or Claim 2, in which the resistance to bending moments, if required, is greatly improved by embedding in the central part (A) rods shaped in the same way as those arranged in the end parts (B).

4. A method for manufacturing a beam according to any one of Claims 1 to 3, characterised in that:

- a non-opening one-piece mould usually used for manufacturing prestressed concrete beams is selected,

- a filler is arranged in the end parts of the mould,

- the protruding rods (4) are sunk into said filler in order to position them,

- the beam is moulded.

5. A method according to Claim 4, characterised in that the filler is of powder material.

6. A method according to Claim 4, characterised in that the filler is formed by a polystyrene block slit in its centre.

7. A method according to Claim 4, characterised in that the filler is formed by a block of flexible material.

8. A method according to Claim 4, characterised in that the filler is made of cardboard.

Dessins