La présente invention a pour objet une structure multicellulaire précontrainte pour silo, soute, réservoir, ainsi qu'un procédé pour son exécution.
On connaît déjà des silos ou réservoirs monocellulaires de forme cylindrique, exécutés à partir d'éléments verticaux préfabriqués de béton armé, assemblés et comprimés par des câbles annulaires, répartis sur toute la hauteur de l'édifice et espacés de 8 à 25 cm. Afin de réduire le frottement entre les câbles et la paroi extérieure, lors de la tension, on utilise des tôles graissées ou des dispositifs pendulaires placés le long des câbles maintenant ceuxci à distance de la paroi. Chaque câble est tendu individuellement â l'aide de deux pièces fixées à ses extrémités de part et d'autre d'un cadre vertical.
On connaît également des silos de béton armé constitués de plusieurs petites cellules de section carrée ou circulaire disposées soit jointives, soit à une distance de 30 cm l'une de l'autre.
Ces types de construction présentent le désavantage de nécessité ter une grande quantité d'acier. D'autre part, vu l'état de tension auquel les parois sont soumises, le béton armé se fissure, ce qui diminue sa résistance et son imperméabilité. Cela peut causer la dégradation des matériaux entreposés, et les fissures s'accentuant avec le temps, rendre la construction inutilisable.
Une partie de ces inconvénients a été éliminée par les structures multicellulaires à cellules hexagonales, constituées entièrement d'éléments préfabriqués de béton armé, ou fabriqués au moyen de coffrages glissants, ces cellules étant juxtaposées de telle sorte que leur contour extérieur s'inscrive dans un cercle.
L'ensemble est précontraint de telle sorte que les forces de précontrainte appliquées à l'extérieur, aux noeuds du contour, soient décomposées suivant les directions des parois. En vue de la précontrainte. les armatures peuvent être groupées dans les parois extérieures, à coefficient d'absorption plus réduit que celui des parois intérieures, ces parois extérieures absorbant une partie de l'effort de précontrainte. le reste étant transmis aux parois intérieures. Les armatures peuvent également être enroulées à l'extérieur de la construction et tendues à l'aide d'une presse ou d'un dispositif de tension placé aux joints ménagés sur toute la hauteur de la construction. Après application de la tension voulue, les joints sont bétonnés et les armatures sont protégées par du mortier.
Un autre procédé connu de précontrainte de telles constructions utilise des armatures annulaires placées à l'extérieur, et dont les extrémités se rejoignent sur les arêtes extérieures des parois radiales. la tension étant appliquée à l'aide de dispositifs à écrous.
Ce procédé permet la contrainte des parois radiales, sans comprimer les parois extérieures.
La mise en oeuvre du procédé ci-dessus est compliquée, en raison de la nécessité de couler des parois de béton à différents dosages pour assurer les différents coefficients d'élasticité, et de l'obligation de prévoir dans les joints verticaux plusieurs pièces actionnées simultanément. En outre, la nécessité de fermer ces joints par du béton monolithique et de protéger les armatures implique une consommation élevée de béton et de main d'oeuvre.
La structure faisant l'objet de l'invention dans laquelle les forces de précontrainte sont appliquées aux noeuds du contour extérieur et transmises par les parois aux noeuds intérieurs, est caractérisée en ce qu'elle comporte un radier supportant l'ensemble de la construction. des paliers présentant un noyau de béton et un chemisage, un plancher supporté par lesdits piliers et délimitant un sous-sol, un toit, des parois extérieures et des parois intérieures définissant des cellules de section polygonale convexe juxtaposées et dont les arêtes extérieures sont disposées sur un cercle, ces parois comportant des armatures internes se rencontrent deux à deux dans les noeuds extérieurs et trois à trois dans les noeuds intérieurs, et des câbles de précontrainte annulaires disposés horizontalement autour de la structure, chaque câble étant
constitué de deux.
trois ou quatre tronçons de câble couvrant cha
cun un arc de 1 80, I 20 ou 90", les extrémités d'un tronçon rejoignant les extrémités des tronçons complémentaires sur des nervures d'ancrage disposées à 1800, 1200 ou 90".
Un procédé pour l'exécution de la structure ci-dessus définie
dans une première étape la formation, à l'aide d'une installation de coffrages glissants des parois extérieures, des parois intérieures et des noyaux des pilliers, en insérant dans les parois les armatures, et en mettant en place, sur les nervures, au fur et à mesure de l'érection des parois, les blocs d'ancrage et les plaques d'appui,
dans une deuxième étape, la mise en place des câbles sur toute la hauteur des parois, la mise sous tension de ces derniers et l'injection dans les blocs d'ancrage du mortier de scellement,
dans une troisième étape, la formation du plancher, le chemisage des piliers, et la mise en place du toit.
On peut réaliser des structures comportant un nombre de cellules variable, par exemple dans le cas de cellules hexagonales, 7, 19, 37 cellules groupées autour d'une cellule centrale.
Une forme d'exécution de la structure selon l'invention est décrite ci-après en référence au dessin annexé donné à titre d'exemple et dans lequel:
La fig. 1 est une vue en plan schématique d'un silo comportant 7 cellules.
La fig. 2 est une we en coupe selon A-A, de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en plan schématique du silo coupé au niveau du sous-sol.
La fig. 4 est une vue en plan partielle d'une cellule.
La fig. 5 est une vue en perspective du silo.
La fig. 6 est une vue en perspective partielle du silo.
La fig. 7 est une vue en perspective d'un bloc d'ancrage.
La fig. 8 est une vue en perspective d'un bloc d'ancrage suivant une autre forme d'exécution.
La fig. 9 est une vue en coupe suivant B-B, de la fig. 8.
La fig. 10 est une vue en coupe suivant C-C, de la fig. 8.
La fig. 1 1 est une vue en perspective d'une plaque d'appui préfabriquée.
La fig. 12 est une vue en coupe longitudinale d'une nervure verticale.
La fig. 13 est une vue en coupe suivant D-D, de la fig. 12.
La fig. 14 est une vue en coupe suivant E-E, de la fig. 12.
La fig. 15 est une vue en perspective d'une nervure verticale.
La fig. 16 est une vue en perspective d'une partie d'une nervure verticale.
La fig. 17 est une coupe longitudinale d'une nervure d'appui.
La fig. 18 est une vue en coupe suivant F-F, de la fig. 17.
La fig. 19 est une vue en coupe longitudinale d'une nervure d'ancrage en cours d'exécution.
La fig. 20 est une vue en coupe suivant L-L, de la fig. 19.
La fig. 21 est une vue de face d'un cadre métallique auxiliaire.
La fig. 22 est une vue en coupe suivant M-M, de la fig. 21.
La fig. 23 est une vue en plan schématique d'un silo comportant 19 cellules.
La fig. 24 est une vue en plan schématique d'un silo comportant 37 cellules.
Le silo représenté fig. I et 2 comporte sept cellules hexagonales, dont six cellules périphériques et une cellule centrale. Il comprend un radier 1, des parois planes extérieures 2 se rencontrant deux à deux suivant douze noeuds extérieurs, et des parois planes intérieures 3 se rencontrant trois à trois dans des noeuds intérieurs.
Sur les noeuds extérieurs sont disposés quatre nervures d'ancrage A, espacés de 90 , et huit nervures d'appui B placées deux à deux entre les nervures d'ancrage (fig. 5, 6).
Un plancher 7 délimite un sous-sol 8. Ce plancher est soutenu par des pilliers 5 comportant chacun un noyau 4 en béton armé, et un chemisage 6 (fig. 3).
Les forces de précontrainte sont appliquées par des câbles annulaires 10 disposés horizontalement, et répartis sur toute la hauteur de l'édifice.
L'ensemble est recouvert par un toit 9.
Chaque câble est constitué de deux tronçons de câble couvrant chacun un arc de 180 et dont les extrémités sont réunies sur les nervures d'ancrage A. Les câbles sont d'autre part groupés en séries, les tronçons des câbles d'une même série ayant leurs extrémités sur les mêmes nervures d'ancrage, deux séries consécutives étant décalées de 90 , I'une par rapport à l'autre.
De cette façon, chaque nervure d'ancrage A assure à la fois l'ancrage de la moitié des câbles et l'appui de l'autre moitié de ceux-ci. A cet effet (fig. 5), ces nervures présentent, montés alternativement sur toute leur hauteur, des blocs d'ancrage 11 dans lesquels sont ancrées les extrémités des tronçons de câbles et des plaques d'appui 12 sur lesquelles s'appuient les tronçons des câbles, dans leur partie centrale. Les extrémités de chaque tronçon de câble sont ainsi réunies aux extrémités du tronçon de câble complémentaire dans deux blocs d'ancrage diamétralement opposés.
Les blocs d'ancrage 11 en béton armé préfabriqué (fig. 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16) présentent des trous (a) dans lesquels passent les câbles, la fixation se faisant à la sortie de ces trous, contre les épaulements (b), à l'aide de dispositifs d'ancrage. Après la mise en tension des câbles et leur blocage, les trous (a) sont remplis de mortier par injection.
Dans une variante (fig. 10), tous les câbles ancrés sur un même bloc d'ancrage passent dans deux ouvertures rectangulaires (d) traversant le bloc. L'injection de mortier dans ces ouvertures se fait par un orifice central (e) communiquant avec ces ouvertures.
Les plaques d'appui 12 en béton armé préfabriqué (fig. 1 1 et 13) ont une surface extérieure cylindrique tangente aux directions d'arrivée et de départ des câbles sur les nervures A.
Les nervures B (fig. 18) sont obtenues d'une seule piéce avec les parois extérieures et présentent une surface cylindrique sur laquelle s'appuient les câbles.
A chaque passage sur une surface d'appui (plaque d'appui 12 ou nervure d'appui B), le câble est dévié de 30". La réduction du frottement et par conséquent des pertes de tension qu'il entraîne est réalisée par l'emploi de feuilles de matériel plastique (par exemple deux feuilles de polyéthylène, non représentées sur le dessin) placées sur chacune des plaques d'appui 12 et sur les nervures B, entre les câbles et la surface d'appui.
Dans la première étape de réalisation de la structure, on exécute, à l'aide de coffrages glissants, les parois dans lesquelles on monte les armatures horizontales et verticales 13 (fig. 4), formées de barres droites ou de treillis soudés, ayant toutes le même diamètre et équidistantes sur toute la hauteur des parois des cellules, correspondant à l'emploi du minimum d'armature spécifique pour une section de béton armé, par rapport aux qualités du béton et de l'armature.
Les nervures d'ancrage A (fig. 15, 16) sont réalisées simultanément à l'exécution des parois extérieures, en montant les blocs d'ancrage 1 1 et les plaques d'appui 12 préfabriquées à l'aide d'un cadre métallique 14 (fig. 19 à 22) fixé avec des clavettes de bois 15 sous chaque bloc d'ancrage 11 dans l'espace libre entre la plaque d'appui 12 et la surface extérieure du coffrage glissant, avant même que le coffrage arrive au niveau de celles-ci, en empêchant ainsi le renversement du bloc d'ancrage et en retenant la plaque d'appui au niveau duquel elle est montée à la distance et avec l'orientation voulues par rapport à la paroi extérieure du coffrage glissant dans cette zone, pendant le bétonnage des parois.
Ce cadre métallique 14 se récupère par extraction latérale au fur et à mesure de l'élévation du coffrage glissant, et il peut être réutilisé immédiatement au-dessus, pour le montage des éléments préfabriqués suivants à introduire dans le coffrage. Les nervures d'appui B sont réalisées dans la même étape, par modification adéquate du coffrage glissant, à l'endroit de ces nervures (fig. 18).
Les forces de tension appliquées aux câbles créent, aux points de changement de direction, des forces transversales aux câbles agissant sur les noeuds périphériques de la structure, ces forces transversales étant décomposées suivant les directions des parois extérieures 2, et transmises avec une valeur constante vers les noeuds intérieurs par les parois intérieures 3. On obtient ainsi une précontrainte de compression N1 dans les parois intérieures 3, et une précontrainte de compression N2 < Nl dans les parois extérieures 2.
L'application des forces initiales de compression sur le contour extérieur de l'ensemble des cellules, en utilisant un procédé simple de tension, conduit à un accroissement de la productivité par réduction de la main-d'oeuvre, tout en assurant une structure, dans laquelle les forces de précontrainte sont transmises dans toutes les directions.
Grâce au procédé d'exécution par étapes de la structure, et en réalisant dans une première étape les parois extérieures précontraintes et les noyaux centraux des piliers, aptes à transmettre leur poids propre au radier, on assure une distribution convenable de l'effort initial de compression dans la zone inférieure des parois des cellules, permettant ainsi des déplacements radiaux de l'ensemble des parois et des cellules dus aux forces de précontrainte, sans devoir prendre des mesures spéciales pour la transmission des forces.
Par l'emploi des éléments préfabriqués d'appui, ainsi que par l'utilisation des feuilles de matière plastique placées sur les surfaces d'appui des câbles, on assure un frottement minimum, conduisant à une réduction importante des pertes de tension par frottement et, évidemment, à la réduction de la consommation d'acier et la simplification de la main-d'oeuvre de tension.
The subject of the present invention is a prestressed multicellular structure for a silo, bunker, tank, as well as a method for its execution.
Silos or single-cell cylindrical tanks are already known, made from prefabricated vertical elements of reinforced concrete, assembled and compressed by annular cables, distributed over the entire height of the building and spaced 8 to 25 cm apart. In order to reduce the friction between the cables and the outer wall, during tensioning, greased sheets or pendulum devices placed along the cables are used, keeping them away from the wall. Each cable is stretched individually using two pieces fixed at its ends on either side of a vertical frame.
Reinforced concrete silos are also known consisting of several small cells of square or circular section arranged either contiguous or at a distance of 30 cm from each other.
These types of construction have the disadvantage of requiring a large amount of steel. On the other hand, given the state of tension to which the walls are subjected, the reinforced concrete cracks, which decreases its resistance and its impermeability. This can cause degradation of stored materials, and increasing cracks over time, rendering the construction unusable.
Some of these drawbacks have been eliminated by multicellular structures with hexagonal cells, made entirely of prefabricated reinforced concrete elements, or manufactured by means of sliding forms, these cells being juxtaposed in such a way that their outer contour fits into a circle.
The assembly is prestressed in such a way that the prestressing forces applied to the outside, at the nodes of the contour, are broken down according to the directions of the walls. In view of the prestressing. the reinforcements can be grouped in the outer walls, with a lower absorption coefficient than that of the inner walls, these outer walls absorbing part of the prestressing force. the rest being transmitted to the interior walls. The reinforcement can also be rolled up outside the construction and tensioned using a press or a tensioning device placed at the joints provided over the entire height of the construction. After applying the desired tension, the joints are concreted and the reinforcements are protected with mortar.
Another known method of prestressing such constructions uses annular reinforcements placed on the outside, and the ends of which meet on the outer edges of the radial walls. the voltage being applied by means of nut devices.
This process allows the stress of the radial walls, without compressing the outer walls.
The implementation of the above method is complicated, because of the need to pour concrete walls at different dosages to ensure the different elasticity coefficients, and the obligation to provide in the vertical joints several parts actuated simultaneously. . Furthermore, the need to close these joints with monolithic concrete and to protect the reinforcements implies a high consumption of concrete and of labor.
The structure forming the subject of the invention in which the prestressing forces are applied to the nodes of the outer contour and transmitted by the walls to the inner nodes, is characterized in that it comprises a raft supporting the entire construction. landings having a concrete core and a lining, a floor supported by said pillars and delimiting a basement, a roof, outer walls and inner walls defining cells of juxtaposed convex polygonal section and whose outer edges are arranged on a circle, these walls comprising internal reinforcements meet two by two in the external nodes and three to three in the internal nodes, and annular prestressing cables arranged horizontally around the structure, each cable being
made up of two.
three or four sections of cable covering cha
cun an arc of 180, I 20 or 90 ", the ends of a section joining the ends of the complementary sections on anchoring ribs arranged at 1800, 1200 or 90".
A method for the execution of the structure defined above
in a first step the formation, using an installation of sliding forms of the external walls, the internal walls and the cores of the pillars, by inserting in the walls the reinforcements, and by putting in place, on the ribs, at the as the walls, anchor blocks and bearing plates are erected,
in a second step, the installation of the cables over the entire height of the walls, the tensioning of the latter and the injection into the anchoring blocks of the sealing mortar,
in a third step, the formation of the floor, the lining of the pillars, and the installation of the roof.
It is possible to produce structures comprising a variable number of cells, for example in the case of hexagonal cells, 7, 19, 37 cells grouped around a central cell.
An embodiment of the structure according to the invention is described below with reference to the appended drawing given by way of example and in which:
Fig. 1 is a schematic plan view of a silo comprising 7 cells.
Fig. 2 is a we in section along A-A, of FIG. 1.
Fig. 3 is a schematic plan view of the silo cut at basement level.
Fig. 4 is a partial plan view of a cell.
Fig. 5 is a perspective view of the silo.
Fig. 6 is a partial perspective view of the silo.
Fig. 7 is a perspective view of an anchor block.
Fig. 8 is a perspective view of an anchoring block according to another embodiment.
Fig. 9 is a sectional view along B-B, of FIG. 8.
Fig. 10 is a sectional view along C-C, of FIG. 8.
Fig. January 1 is a perspective view of a prefabricated support plate.
Fig. 12 is a longitudinal sectional view of a vertical rib.
Fig. 13 is a sectional view along D-D, of FIG. 12.
Fig. 14 is a sectional view along E-E, of FIG. 12.
Fig. 15 is a perspective view of a vertical rib.
Fig. 16 is a perspective view of part of a vertical rib.
Fig. 17 is a longitudinal section of a support rib.
Fig. 18 is a sectional view along F-F, of FIG. 17.
Fig. 19 is a longitudinal sectional view of a running anchor rib.
Fig. 20 is a sectional view along L-L, of FIG. 19.
Fig. 21 is a front view of an auxiliary metal frame.
Fig. 22 is a sectional view along M-M, of FIG. 21.
Fig. 23 is a schematic plan view of a silo having 19 cells.
Fig. 24 is a schematic plan view of a silo having 37 cells.
The silo shown in fig. I and 2 has seven hexagonal cells, including six peripheral cells and a central cell. It comprises a raft 1, outer flat walls 2 meeting two by two along twelve outer nodes, and inner flat walls 3 meeting three to three in inner nodes.
On the outer nodes are arranged four anchoring ribs A, spaced 90 times, and eight support ribs B placed two by two between the anchoring ribs (fig. 5, 6).
A floor 7 delimits a basement 8. This floor is supported by pillars 5 each comprising a core 4 of reinforced concrete, and a lining 6 (FIG. 3).
The prestressing forces are applied by annular cables 10 arranged horizontally, and distributed over the entire height of the building.
The whole is covered by a roof 9.
Each cable consists of two cable sections each covering an arc of 180 and whose ends are joined on the anchoring ribs A. The cables are also grouped in series, the sections of cables of the same series having their ends on the same anchoring ribs, two consecutive series being offset by 90, one relative to the other.
In this way, each anchoring rib A ensures both the anchoring of half of the cables and the support of the other half of the latter. To this end (fig. 5), these ribs have, alternately mounted over their entire height, anchoring blocks 11 in which are anchored the ends of the cable sections and the support plates 12 on which the sections rest. cables, in their central part. The ends of each cable section are thus joined to the ends of the complementary cable section in two diametrically opposed anchoring blocks.
The prefabricated reinforced concrete anchor blocks 11 (fig. 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16) have holes (a) through which the cables pass, fixing being done at the exit of these holes, against the shoulders (b), using anchoring devices. After tensioning the cables and locking them, the holes (a) are filled with injection mortar.
In a variant (fig. 10), all the cables anchored to the same anchoring block pass through two rectangular openings (d) passing through the block. The injection of mortar into these openings is done through a central orifice (e) communicating with these openings.
The precast reinforced concrete support plates 12 (fig. 11 and 13) have a cylindrical outer surface tangent to the directions of arrival and departure of the cables on the ribs A.
The ribs B (fig. 18) are made in one piece with the outer walls and have a cylindrical surface on which the cables rest.
Each time it passes over a bearing surface (bearing plate 12 or bearing rib B), the cable is deflected by 30 ". The reduction of friction and consequently of the losses of tension which it causes is achieved by the 'Use of sheets of plastic material (for example two sheets of polyethylene, not shown in the drawing) placed on each of the support plates 12 and on the ribs B, between the cables and the support surface.
In the first step in the construction of the structure, the walls are made, using sliding formwork, in which the horizontal and vertical reinforcements 13 are mounted (fig. 4), formed of straight bars or welded mesh, all having the same diameter and equidistant over the entire height of the cell walls, corresponding to the use of the minimum specific reinforcement for a section of reinforced concrete, compared to the qualities of the concrete and the reinforcement.
The anchoring ribs A (fig. 15, 16) are made simultaneously with the execution of the outer walls, by mounting the anchor blocks 1 1 and the support plates 12 prefabricated using a metal frame 14 (fig. 19 to 22) fixed with wooden wedges 15 under each anchor block 11 in the free space between the support plate 12 and the outer surface of the sliding formwork, even before the formwork arrives at level these, thus preventing the anchor block from overturning and retaining the support plate on which it is mounted at the desired distance and with the desired orientation with respect to the outer wall of the sliding formwork in this zone , during the concreting of the walls.
This metal frame 14 is recovered by lateral extraction as the sliding formwork is raised, and it can be reused immediately above, for the assembly of the following prefabricated elements to be introduced into the formwork. The support ribs B are produced in the same step, by suitable modification of the sliding formwork, at the location of these ribs (fig. 18).
The tensile forces applied to the cables create, at the points of change of direction, transverse forces to the cables acting on the peripheral nodes of the structure, these transverse forces being broken down according to the directions of the outer walls 2, and transmitted with a constant value to the interior nodes by the interior walls 3. This gives a compressive prestress N1 in the interior walls 3, and a compressive prestress N2 <Nl in the exterior walls 2.
The application of the initial compressive forces on the outer contour of all the cells, using a simple tensioning process, leads to an increase in productivity by reducing labor, while ensuring a structure, in which the prestressing forces are transmitted in all directions.
Thanks to the process of carrying out the structure in stages, and by carrying out in a first step the prestressed outer walls and the central cores of the pillars, able to transmit their own weight to the raft foundation, a suitable distribution of the initial stress of compression in the lower zone of the cell walls, thus allowing radial displacements of all the walls and cells due to the prestressing forces, without having to take special measures for the transmission of the forces.
By the use of prefabricated support elements, as well as by the use of plastic sheets placed on the support surfaces of the cables, minimum friction is ensured, leading to a significant reduction in the losses of tension by friction and , obviously, to the reduction of steel consumption and the simplification of the tension labor.