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Béton précontraint Techniques de mise en œuvre par Pierre JARTOUX Responsable recherche et développement des techniques de précontrainte, Freyssinet International

Bernard FARGEOT Ingénieur-Conseil et

Christian TOURNEUR Directeur technique de Freyssinet France Nord

1. 1.1 1 .2 1.3

Matériaux ..................................... ......................................................... ....................................... ....................................... ....................... ... Remarq Remarques ues prélim prélimina inaire iress ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... Béton ......... .............. .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ....... .. Acier Acier pour pour précon précontra traint intee ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..

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2. Mise Mise en en œuvr œuvre e du béto béton n préc précon ontr trai aint nt .... ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 2.1 Mise en en œuvre œuvre du béton précontra précontraint int par par préten prétension sion .... ...... ....... ...... ....... ...... ....... ...... ...... 2.2 Béton Béton préco précontr ntrain aintt par post post tensi tension on ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .....

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8 8 10

3. 3.1 3.2 3.2 3 .3

Techn echniq ique uess déri dérivé vées es......... .............. .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... ........ ... Précon Précontra traint intee addit addition ionnel nelle le..... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... ..... Leva Levage ge et et manu manute tent ntio ion n ......... .............. .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... ....... Haubanage .......... ............... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......

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27 27 27 27

4.

.............. .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ....... ... Donn Donné ées éco écono nom mique iquess .........

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29

5. 5 .1 5.2 5.3 5.3 5.4

Vues d’ d’avenir.......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... ..... Matériaux ......... .............. .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... ......... .... Méthod Méthodes es de mise mise en en œuvr œuvree .......... ............... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ...... .. Prot Proteectio ction n ......... .............. .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... ......... .... Surveillan Surveillance ce des structures structures précontra précontraintes intes ...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ..

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30 30 30 31 31

6. 6.1 6.2 6.3 6.4

Annexe Annexe A : origin origines es du béto béton n préc précont ontrai raint nt.... ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. E. Freyssine Freyssinett maître maître de la construc construction tion en béton béton (1905(1905-1928 1928)) ................. Période Période sabbatiq sabbatique ue et invention invention de la précont précontrain rainte te (1928-193 (1928-1932) 2) ........... Nouvel Nouvel Art de construir construire e en béton grâce grâce à la précontra précontrainte inte (1934-19 (1934-1962) 62) Héritage Héritage ; développ développemen ementt de la précontrain précontrainte te dans tous tous les domaines domaines

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31 32 32 33 33

Références bibliographiques .......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... ......... ....

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34

a précontrainte est est une technique de construction actuellement universellement appliquée. Dans les Techniques de l’Ingénieur, ce sujet comprend deux parties : — la première, intitulée intitulée Béton précontraint, précontraint, rédigée par par R. Chaussin [1] [1],, traite essentiellement du dimensionnement des ouvrages ; — la seconde, s’intéresse s’intéresse plus particulièrement particulièrement aux différentes différentes techniques et technologies de mise en œuvre et est l’objet du présent article. Bien que l’idée de précontrainte soit assez générale et applicable à divers types de structures, c’est essentiellement dans le béton précontraint qu’elle a trouvé l’application industrielle la plus importante. Les pages qui suivent ne traiteront donc que de son développement dans le béton précontraint et se limiteront à évoquer seulement les autres applications dans le paragraphe 3.

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BÉTON PRÉCONTRAINT PRÉCONTRAINT _________________________________________________________________________________________________________________

Eugène Freyssinet (1878-1962) a breveté le 2 octobre 1928 un « Procédé de fabrication de pièces en béton armé » et inventé le mot « précontraint » en 1932. Il dit avoir eu les prémices de l’idée dès 1903, alors qu’il visitait en tant qu’élève de l’École nationale des ponts et chaussées les consoles de la rue de Rome, construites par l’un de ses maîtres, Rabut, au-dessus des voies de la gare Saint-Lazare à Paris. Vingt-cinq années séparent donc ces deux événements, pendant lesquelles E. Freyssinet a énormément utilisé le matériau béton, encore nouveau au début du siècle, tout en découvrant à peu près tout de ses propriétés physiques et mécaniques. Cette expérience lui a permis de tester trois propriétés du béton qui, associées à l’idée de précontrainte, ont contribué à faire du béton précontraint ce nouveau matériau qui allait « révolutionner l’Art de construire » : — le très faible coût des composants, composants, comparé au métal ou à la pierre taillée taillée ; — la moulabilité qui facilite facilite beaucoup l’adaptation l’adaptation de la forme au passage des efforts ; — la très bonne résistance résistance à la compression compression tout en s’affranchissant s’affranchissant de la très mauvaise résistance à la traction. On trouvera, en Annexe A (à la fin de cet article, § 6) , les origines du béton précontraint.

1. Ma Maté téri riau aux x 1.1 Remarques Remarques prélimi préliminaires naires Le terme de précontrainte, depuis sa création par E. Freyssinet en 1932, a connu un certain succès dans le monde industriel, dans le sens de : sollicitation préalable d’une structure ayant pour objet d’y créer un état de contraintes de signe contraire à celui auquel elle sera soumise dans son état de service normal. Nous nous bornerons ici à ne développer que ce qui concerne la mise en précontrainte du béton par pré ou post tension, telle qu’elle fut inventée et développée par E. Freyssinet.

1.1.1 Le terme « précontrainte précontrainte » dans dans l’industrie En mécanique, on parle souvent de grenaillage de précontrainte dont le but est de créer, à la surface des pièces métalliques soumises à des sollicitations de fatigue, un champ de contraintes de compression, par déformation plastique locale, qui retarde l’ouverture des fissures. Dans le domaine des appareils à pression, on pratique aussi une « précontrainte » par enroulement de fils tendus (de plus en plus souvent des fibres composites) pour assurer un frettage préalable qui permet, théoriquement, de doubler les pressions de service de ces appareils, à épaisseur d’acier constante. Dans le domaine de la construction des ponts métalliques à dalle de compression en béton, on a parfois pratiqué une une « précontrainte » dite par dénivellation d’appuis , qui consiste à créer au droit des appuis de la structure des déformations dont la suppression, après durcissement du béton et remise à niveau, assure un état de compression de la dalle, dans une zone normalement soumise à un état de traction en service. L’efficacité de la méthode est liée à la bonne connaissance du fluage du béton. Par mauvaise appréciation du phénomène, elle n’a pas toujours eu l’efficacité escomptée. Dans le domaine de la construction, il arrive aussi que l’on adjoigne des câbles de précontraintes à une structure métallique ancienne que l’on souhaite renforcer. Le même traitement s’applique aussi à des structures en bois (lamellé collé en particulier).

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Dans le domaine de la construction des tuyaux en béton, on applique également une précontrainte radiale par enroulement de fils d’acier tendus, exactement comme pour les appareils à pression cités ci-dessus. D’autres applications, conformes à la définition donnée au début du paragraphe 1.1 1.1,, existent peut-être ou peuvent être inventées.

1.1.2 Précontr Précontrainte ainte du béton Elle est couramment réalisée sous deux formes : — la préten prétensio sion n; — la post post tensio tension. n.

1.1.2.1 1.1.2.1 Précontra Précontrainte inte par prétension prétension C’est le mode de précontrainte qui fait l’objet du brevet de 1928 Procédés de fabrication des pièces en béton armé . armé . Il consiste à tendre préalablement préalablement les armatures en acier à très haute limite d’élasticité entre deux points fixes (culées), à bétonner les formes requises en béton autour de ces armatures tendues, puis à relâcher la tension au droit des culées après durcissement du béton. La mobilisation de l’adhérence de l’armature sur le béton empêche celle-ci de se détendre et provoque la mise en compression de la pièce en béton. Ce principe, quoique limité à des produits à précontrainte rectiligne ou faiblement déviée, de longueur limitée (30 m) et de masse transportable (30 t) est très largement exploité. Il met en jeu une très grande partie de la consommation totale d’acier de précontrainte (probablement 80 % de la consommation mondiale annuelle, soit 800 000 t). 1.1.2.2 1.1.2.2 Précontra Précontrainte inte par post tension tension Contrairement au mode de réalisation précédent, cette précontrainte s’applique sur des structures dont le béton a déjà durci. Les forces de précontrainte sont alors généralement créées par des câbles circulant librement dans la structure, mis en tension à partir de leur extrémité par des vérins prenant appui sur la structure elle-même. Une variante de cette méthode consiste à appliquer la force de précontrainte au moyen de vérins prenant appui sur des butées fixes (culées) ; cette méthode n’utilise pas d’acier de précontrainte et demeure assez exceptionnelle. Nous ne la développerons développerons pas dans le cadre de cet article [2] [2]..


_________________________________________________________________________________________________________________ BÉTON PRÉCONTRAINT

La précontrainte par post tension est le domaine d’élection de l’ingénieur constructeur, car la souplesse des câbles permet de s’adapter aux formes de structures les plus variées. Elle permet en particulier de donner une réalité physique stable et sûre aux structures les plus audacieuses et parfois immatérielles, qui peuvent naître sous le crayon de l’architecte.

1.2 1.2 Béto Béton n Parler de l’œuvre de Freyssinet et de la précontrainte en particul ier, sans parler du béton, serait une erreur car il est au centre de la carrière du grand constructeur. Mais, le béton n’étant pas traité dans cet article, nous renvoyons le lecteur à la rubrique Béton hydraulique du présent traité Construction [3] [3].. Il y trouvera une information détaillée sur ce matériau, aux propriétés complexes et dont l’emploi est devenu courant et quasi incontournable, pour réaliser les infrastructures qui sont les nécessités majeures du développement d’un pays. Cette importance économique, Freyssinet en a eu tout de suite l’intuition et la révélation. Par contre ce matériau a beaucoup de défauts et paradoxalement, ce sont leur lente découverte, leur mise en évidence et leur mesure, qui ont conduit Freyssinet sur la voie du remède qui permettait, non pas de les faire disparaître, mais d’en corriger les effets. Dix ans après son début de carrière il avait déjà une approche suffisamment fine de la rhéologie de ce matériau pour : savoir que sa résistance en compression dépend beaucoup de la qualité des matériaux constituants (granulats et finesse de mouture du ciment ; il a utilisé des broyeurs spéciaux pour affiner la mouture) ; 

savoir que sa résistance et son module dépendent beaucoup de la qualité de la mise en œuvre ; il a inventé la vibration pour avoir une bonne compacité et l’étuvage pour atteindre rapidement des résistances élevées ; 

avoir une bonne idée des valeurs du retrait et du fluage à prendre en compte, pour que leur manifestation sur la structure ne la mette pas en péril ; c’est pour les mettre en évidence qu’il construisit dès 1907 l’arche d’essai du pont de Veurdre et qu’il fit des mesures de 1908 à 1914 (dont les les résultats disparurent disparurent pendant la guerre) guerre) ; 

avoir compris que l’armature d’acier passif, dans les parties tendues et donc fissurées du béton (qui ne supporte pas les tractions), n’était qu’un pis-aller à l’origine du mauvais vieillissement des structures en béton armé. Dans un premier temps Freyssinet a résolu les questions de retrait, fluage et faible résistance en traction en construisant des arcs et des voûtes dans lesquels le béton est entièrement comprimé. Il a intégré alors dans ses calculs ou dans ses arcs (possibilité d’installer des vérins) les moyens d’empêcher les déformations différées, de les rendre instables. Ces solutions ont fait merveille jusqu’en 1928 (pont Albert-Louppe à Brest inauguré en 1930). On peut aujourd’hui encore constater sur les ouvrages de cette époque qui restent en service (beaucoup ont été détruits par les guerres ou par démolitions liées aux transformations du paysage urbain ou industriel), leur parfait état de conservation. La faible quantité d’acier dans le béton, toujours inférieure à 20 kg/m 3, ne les a pas affaiblis. Puis, il inventa la précontrainte, ce qui dans sa philosophie de la construction signifiait que ce n’était plus le système des forces appliquées à la structure qui définissait le champ des contraintes. C’était l’ingénieur lui-même qui, en composant les forces de précontrainte avec les forces naturelles (poids et surcharges), choisissait ce champ de contraintes en fonction des caractéristiques du matériau. C’est là la révolution dans l’Art de construire . Cette démarche peut se traduire par l’équation simplificatrice suivante : 

béton de toutes qualités et performances + précontrainte = matériau nouveau pour structure de haute qualité

L’acier de précontrainte, tout comme le béton est très bon marché. Rien d’étonnant donc que leur association ait contribué au formidable développement développement du béton précontraint dans tous les pays du monde depuis un demi-siècle. Ajoutons cependant que le béton précontraint ne supporte pas la médiocrité, car les forces de précontrainte exercent des contraintes dès la construction qui peuvent être très importantes. Si le béton est mal mis en place ou si les forces de précontraintes ne sont pas appliquées par des professionnels qualifiés, dans le strict respect d’une note de calculs, la structure peut être dégradée, voire détruite lors de l’application de la précontrainte. A contrario , cette épreuve de la mise en précontrainte est une excellente garantie de bonne construction.

1.3 Acier pour pour précontrai précontrainte nte 1.3.1 Produit à haute haute performance et bon marché Alors que l’idée de précontrainte était latente au début du siècle, et que plusieurs tentatives de tension des armatures de béton armé s’étaient soldées par un échec, le génie de Freyssinet l’a conduit à utiliser de l’acier à très haute limite d’élasticité, tendu à sa limite d’élasticité. Ainsi, toutes pertes liées au raccourcissement instantané et différé du béton étant déduites, il reste encore assez de tension à l’acier pour exercer sur le béton les compressions nécessaires à la stabilité de la structure. Exem Exempl plee : quelques ordres de grandeur précisent le phénomène : — l’acier perd perd 100 MPa de tension tension pour 5 × 10–4 de raccourcissement relatif ; — les pertes par déformatio déformation n des bétons peuvent être être estimées de 150 à 200 MPa correspondant à une déformation relative de 7,5 à 10 × 10–4 .

Il faut opposer à ces valeurs, les taux de tension envisageables pour des aciers doux de l’époque ; leur limite d’élasticité étant de l’ordre de 300 MPa, compte tenu d’un coefficient de sécurité couramment admis de 2, on ne pouvait espérer tendre à plus de 150 MPa, valeurs inférieures à la somme des deux pertes précédentes. Toute Toute mise en tension d’acier doux devenait inefficace pour maintenir comprimé le béton. Ce sont ces considérations qui ont conduit Freyssinet, pour mettre en précontrainte le tirant de l’arche d’essai du pont du Veurdre, à tréfiler son acier doux pour faire passer la résistance à rupture de 400 à 600 MPa. Il l’a tendu probablement entre 300 et 400 MPa et 85 ans après, nous avons trouvé que cet acier est encore tendu à 150 MPa. En 1930, dans son atelier de Bezons, il remonte la limite d’élasticité des aciers par étirage, la faisant passer de 400 à 900 MPa. De nos jours la plupart des aciers de précontrainte ont une limite d’élasticité de 1 500 à 1 600 MPa. Un autre trait du génie de Freyssinet, c’est de s’être dégagé complètement des errements de l’époque en matière de coefficient de sécurité, quelles qu’aient pu être les exigences réglementaires. Cette prise de position mérite encore aujourd’hui quelques explications, car beaucoup d’ingénieurs, non formés à l’école génie civil, non seulement ne comprennent pas que l’on puisse tendre de l’acier avec un coefficient de sécurité égal à 1 par rapport à la limite d’élasticité, mais aussi qualifient le béton précontraint de technique dangereuse ! Quels ont été les éléments du raisonnement du pragmatique Freyssinet, loin des poncifs des écoles : — l’acier de précontrainte fonctionne fonctionne avec une une sollicitation simple, la traction pure sans flexion, ni torsion ni cisaillement ; — l’effort de tension tension initial ne fait que décroître décroître dans le temps temps à cause des déformations différées du béton et de l’acier (voir ci-après) ; — les surcharges de de service n’affectent n’affectent pratiquement pas la tension des câbles (1 à 2 % de l’effort initial dans les cas les plus défavorables, ce qui a fait dire à Freyssinet que « les câbles de précontrainte ne voient pas les surcharges ! »).


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Donc contrairement à ce qui se passe dans la plupart des constructions, le coefficient de sécurité des câbles de précontrainte croît dans le temps. L’acier de précontrainte est un produit bon marché, pour deux raisons au moins [4] : — la sollicitation simple de traction, sans variation de contrainte, sans chocs n’exige pas un processus complexe d’élaboration industrielle ; — le haut niveau des contraintes en service fait de l’acier de précontrainte celui qui est le plus économique pour transporter un effort donné, comme le montre le tableau 1. (0)

Tableau 1 – Performances économiques comparées de quelques aciers courants utilisés dans le BTP Nature de l’acier

Acier de précontrainte Acier de construction au carbone : E 420 Acier de construction allié et traité : 42 CD 4

Contrainte en service

Prix

(MPa)

(F/kg)

MPa par franc d’acier

1 300

5

260

280

5

56

640

10

64

Le béton précontraint, tel que l’a voulut Freyssinet, est donc bien l’association de deux produits de base bon marché : le béton et l’acier de précontrainte. À ces considérations économiques, il faut ajouter un avantage certain pour le béton précontraint : être comprimé en tout point, alors que le béton armé est obligatoirement fissuré. La pérennité d’une structure en béton précontraint a donc tout lieu d’être supérieure. Cependant le béton précontraint, que l’on aurait pu qualifier aujourd’hui de produit « high tech » de la construction, a son talon d’Achille : c’est la protection de l’acier de précontrainte contre la corrosion [5].

1.3.2 Impératif : protection de qualité Trop sûr de la qualité des ouvrages dont il supervisait personnellement la construction, Freyssinet a sans doute sous-estimé l’importance de la protection de l’acier de précontrainte contre la corrosion, en particulier pour les applications de post tension. Pour lui, la compression résiduelle du béton précontraint, dans tous les cas de charge, garantissait une excellente protection de l’acier de précontrainte. L’enrobage de béton comprimé étanche et donc supposé perpétuellement basique, peut néanmoins être parfois moins efficace que prévu pour la protection des câbles de post tension. Avant d’aborder ce problème important de la corrosion, il est nécessaire cependant d’évacuer immédiatement toutes les hypothèses alarmistes bâties en laboratoire, vis-à-vis de la sensibilité des aciers de précontrainte à la corrosion sous tension, à la présence d’hydrogène naissant provenant soit des coulis d’injection, soit des produits métalliques de protection des gaines et des câbles (zinc). Ces constructions de l’esprit très pessimistes n’ont pas de raison d’être ; la preuve en est qu’elles disparaissent lorsque l’on franchit les frontières d’application de certains règlements ! Les phénomènes existent, on ne peut le nier. Mais lorsqu’ils se sont manifestés en cinquante années d’application, ils étaient la conséquence de la conjonction d’événements tout à fait exceptionnels.

Ces considérations n’enlèvent rien au fait que les aciers de précontrainte doivent être parfaitement protégés en respectant les techniques de protection maintenant bien définies § 2.2.2.5. Deux règles fondamentales de bonne construction doivent être présentes à l’esprit : — assurer le mieux possible le remplissage du conduit de précontrainte qui contient le câble ; — lorsque la structure est dans une ambiance très agressive (chimie, bord de mer, sels de déverglaçage) veiller à l’étanchéité du béton (compression résiduelle, addition de fumée de silice au béton, peinture, chape d’étanchéité). Ceci étant, lorsqu’une corrosion accidentelle se produit dans moins de 1 % des ouvrages réalisés, dans 99,9 % de ces cas il s’agit d’une oxydation par l’oxygène de l’air.

1.3.3 Origines de l’acier de précontrainte Déjà évoquées ci-dessus, elles peuvent être rappelées avec une approche métallurgique mettant en évidence la simplicité et l’efficacité des solutions retenues.

1.3.3.1 Premier acier de précontrainte : 1908 Pour la mise en précontrainte du tirant de l’arche d’essai du pont du Veurdre en 1908, Freyssinet a tendu 1 200 fils de diamètre 10 mm, ancrés deux par deux par des ancrages métalliques à clavette plate. Il a ainsi exercé une précontrainte initiale de 25 000 à 30 000 kN sur un prisme de béton de 1,5 m 2, soit une compression centrée sur le tirant de l’ordre de 20 MPa, la force de précontrainte reprenant les poussées de l’arc d’essai très plat (50 m d’ouverture, 2 m de flèche). L’acier utilisé est un acier doux au carbone, effervescent, laminé à un diamètre de 11 à 12 mm, puis tréfilé à un diamètre de 10 mm. L’effervescence provoque à la périphérie du lingot une couche d’acier décarburé (fer presque pur) assez résistant à l’oxydation (figure 1). Il faut noter que cet acier n’a eu comme protection qu’un enrobage de sable complété par la fermeture des rainures contenant les fils avec une couche de mortier de 3 cm d’épaisseur. Enterré sous 1,5 m de terre, mais soumis à l’immersion périodique dans la nappe phréatique, l’acier est encore remarquablement bien conservé 85 ans après sa mise en place (figure 2) ; voilà de quoi rassurer bien des esprits chagrins ! Une analyse chimique récente de l’acier a permis de déterminer qu’il a été fabriqué à partir de minerai Lorrain (la minette phosphoreuse). Le ciment provient de la cimenterie voisine de Beffes (présence de MgO). 1.3.3.2 Premier acier de précontrainte industriel : 1930 Cet acier utilisé pour la fabrication des poteaux est un acier mi-dur, de limite d’élasticité 400 MPa sur lequel par des étirages successifs à 90 % de la rupture et 6 % d’allongement, Freyssinet faisait remonter la limite d’élasticité jusqu’à 900 MPa.

Figure 1 – Coupe de fil de diamètre 10 mm du tirant de l’arche d’essai du pont du Veurdre

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Le lingot est ensuite réchauffé au four Pits, laminé sous forme de demi-produits (blooms et billettes) et enfin relaminé pour devenir du fil machine , stade préalable à l’élaboration du fil définitif de précontrainte.

1.3.3.3.2 Parachèvement du fil machine Le fil machine est parachevé par deux méthodes différentes [6] : — laminage avec calibrage ; — tréfilage ; avec des variantes dans le cycle qui concernent surtout le traitement thermique. Ces variantes avaient pour but de rechercher parmi les voies industrielles existantes, celle qui conduirait au meilleur compromis technico-économique, et ainsi de faire les choix d’investissement capables de faire face au boom de développement de la période de reconstruction de l’après-guerre. Fil laminé Il est obtenu à partir d’un fil machine de diamètre légèrement supérieur à la dimension finale, sur lequel on exécute un décapage (en général mécanique) puis un calibrage, soit par laminage à froid (passage entre les rouleaux d’un laminoir), soit par tréfilage (traction au travers d’une filière). Un traitement thermique complémentaire confère au produit ses caractéristiques mécaniques définitives ; ce peut être : — soit une trempe (refroidissement rapide de 800-900 oC à température ambiante) suivie d’un revenu (réchauffage à 400-500 oC avec refroidissement lent) qui supprime les tensions internes résultant de la trempe et adoucit la structure métallurgique fragile (martensite). Cette méthode est surtout pratiquée en Allemagne ; — soit une trempe dans un bain de plomb qui donne au fil une structure mixte troostite-bainite supérieure, suivi d’un étirage au-dessus de la limite d’élasticité. Ce fil est fabriqué en France par les Aciéries de Longwy ; — soit une trempe à l’huile étagée (martempering ) pratiquée par les fournisseurs belges. Cette gamme de fabrication conduit à un fil de précontrainte ductile, résistant à la fatigue mais très sensible à l’effet d’entaille et à la corrosion ; dès cette époque des voix s’élevaient pour abandonner ce produit. C’est maintenant chose faite en Europe de l’Ouest où il est interdit d’utilisation ; il est cependant encore fabriqué et utilisé dans quelques pays dont les États-Unis et l’Allemagne. 

Figure 2 – Fil de diamètre 10 mm utilisé pour l’arche du pont du Veurdre

Nous ne disposons pas d’éléments précis sur la période 1933-1955 qui est cependant marquée par des applications importantes (sauvetage de la gare maritime du Havre, travaux importants en Algérie, premiers ponts sur la Marne). Les sources les plus sûres sont les comptes-rendus des réunions de la Fédération internationale de la précontrainte (FIP) et en particulier celui de la réunion d’Amsterdam en 1955.

1.3.3.3 Situation des aciers de précontrainte vers les années 1955 À cette époque, si l’on excepte quelques applications de précontrainte extérieure par câbles, du type gros monotorons pour ponts suspendus, avec tension par déviation (pont de Pont-à-Binson sur la Marne et pont de Vaux-sur-Seine, construit vers 1955 par l’entreprise Coignet), la presque totalité de la précontrainte est réalisée avec du fil de diamètre 5 mm. Le fil de 7 mm a commencé à apparaître vers 1952-1953 en Belgique et aux Pays-Bas pour la préfabrication industrielle, et le fil de 8 mm vers 1960. Du point de vue de la structure métallurgique, deux types de fils sont alors utilisés avec des variantes concernant essentiellement le mode de traitement thermique. Les premiers torons de 1/2 in (12,7 mm) font leur apparition en Europe en 1958. 1.3.3.3.1 Métallurgie de l’acier de précontrainte dans les années 50 L’acier le plus courant utilisé, permettant de garantir la qualité la mieux suivie est élaboré au four à sole (four Martin). Cette méthode permet de maîtriser les inclusions et la teneur en azote, à condition d’utiliser une méthode de calmage convenable au moment de la coulée en lingotière. Parallèlement s’est développée l’élaboration au convertisseur dont les performances sont sans cesse améliorées. Les lingots sont ensuite décriqués en surface au chalumeau et chu- tés par coupe de la retassure en tête de lingot qui en principe élimine la majeure partie des inclusions. Si l’on en juge par le résultat des expertises, après incidents, exécutées à l’époque, la chute était un élément déterminant de la qualité, mais aussi du prix de revient, car elle influençait beaucoup la mise au mille (rapport entre les pertes de métal en cours d’élaboration et la masse du métal fini) (cf. article Élaboration de l’acier [M 784] dans le traité Matériaux métalliques).

Fil tréfilé Il est obtenu à partir d’un fil machine de diamètre très supérieur à celui du fil fini (10 mm par exemple pour du fil terminé de 5 mm). Le fil machine subit d’abord le traitement de patentage au plomb (trempe étagée dans un bain de plomb à 500 oC) ; il acquiert alors une structure sorbitique, favorable au tréfilage (dont les caractéristiques varient avec les paramètres du traitement). Le fil subit ensuite un traitement de préparation au tréfilage (décapage, phosphatation), puis plusieurs passes successives de tréfilage, permettant d’obtenir le diamètre final avec des propriétés mécaniques accrues à l’époque de 40 à 50 % par rapport à celles du fil machine patenté. Le fil ainsi obtenu comporte de fortes contraintes résiduelles, liées au tréfilage et aux conditions d’enroulement sur les tambours des cabestans de traction des machines à tréfiler. Il doit subir une dernière opération permettant au minimum de le redresser pour qu’il soit utilisable facilement sur les chantiers (autodéroulable) et de libérer les tensions résiduelles. Entre 1950 et 1955 deux types de traitements ont été réalisés : — soit le fil était redressé et vieilli (traitement au four pendant 20 min à 200-250 oC) ; ce fil avait un allongement à la rupture inférieur à 3,5 % ; — soit le fil subissait un traitement de stress-relieving comportant un passage de quelques secondes au déroulé dans un bain de plomb à 380 oC ; ce fil avait un allongement de rupture supérieur à 4 %. Cette caractéristique a été reprise dans les principales normes, largement influencées par les normes américaines. Cette gamme de fabrication est à la base des gammes de produits de précontrainte modernes. 


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Remarque Les barres de précontrainte sont des produits dont le diamètre est supérieur à 12 mm. Elles sont élaborées par un processus particulier différent du précédent. Dès 1950, elles existent déjà sous deux formes : — barres de résistance relativement faible (1 100 MPa), à structure perlitique obtenue par laminage et étirées au-delà de leur limite d’élasticité ; — barres de résistance plus élevée (1 250 MPa), à structure martensitique obtenue par trempe et revenu. 

1.3.4 Métallurgie de l’acier de précontrainte moderne La crise pétrolière en 1973, puis la restructuration de la sidérurgie internationale, ont provoqué deux sauts technologiques importants qui ont permis de sauver à la fois la compétitivité du produit et son haut niveau de qualité, ce sont : — la disparition du patentage ; — la mise en œuvre de la voie électrique et de la filière courte , dans l’élaboration du fil machine. Pour la clarté de l’exposé, il est intéressant de rappeler les deux filières sidérurgiques existantes : — voie fonte (la plus ancienne) ; — voie électrique (la plus moderne) ; chacune de ces filières peut être exploitée selon deux processus : — la filière longue (la plus ancienne) ; — la filière courte (la plus moderne).

1.3.4.1 Élaboration de l’acier de précontrainte par voie fonte Le lecteur pourra se reporter à la référence [6] de la bibliographie. La fonte est préparée dans un haut fourneau à partir de coke et de minerai de fer aggloméré (préparation préalable du minerai pour homogénéiser la granulométrie et faciliter la réduction). La fonte est ensuite transformée en acier au convertisseur ; cette opération assure la combustion de l’excès de carbone de la fonte grâce à un soufflage d’air enrichi en oxygène, ou même d’oxygène pur, au travers de la fonte. Jusque vers les années 75, l’analyse de l’acier est obtenu au convertisseur (avec une certaine imprécision) puis l’acier est coulé en lingotières. Les lingots, après réchauffage au four Pits, sont transformés en demi-produits (bloom) de section variable 220 mm × 220 mm, 240 mm × 240 mm, 320 mm × 240 mm, etc. Après 1975 l’acier du convertisseur est transféré en poche dans laquelle s’effectuent les additions précises pour corrections d’analyse, grâce à des contrôles très rapides effectués par spectrographe relayé par informatique à tous les postes concernés de l’usine. Pendant cette opération, le métal liquide est maintenu à l’abri de l’oxydation par l’air, grâce à la fermeture de la poche et son maintien en atmosphère de gaz neutre. Cette disposition supprime la protection par flux ou laitier des processus anciens et limite ainsi beaucoup la quantité d’inclusions dans l’acier. C’est un facteur capital de qualité. L’acier est alors coulé en blooms ou billettes (ces deux produits ne diffèrent que par leur section), par coulée continue avec brassage électromagnétique pendant la solidification du métal, ce qui a pour effet d’éviter que les inclusions se concentrent dans l’axe de la billette et se retrouvent ensuite, par les effets successifs du laminage et du tréfilage, répartis le long de l’axe du fil obtenu à partir de la dite billette (quelques kilomètres). Il faut savoir qu’il y a 20 ans, pour 95 % des incidents sur fils de précontrainte, la réponse sidérurgique était toujours : inclusion due à un mauvais chutage du lingot . Ces seuls progrès sidérurgiques sont à l’origine d’un accroissement de performance de l’acier de l’ordre de 10 %.

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1.3.4.2 Élaboration de l’acier de précontrainte par voie électrique Le lecteur pourra se reporter à la référence [5] de la bibliographie. Dans cette filière on supprime l’étape fonte. L’acier est directement obtenu à partir de ferrailles sélectionnées (mitraille) en quantité variable de 50 à 100 %. Le complément est constitué par du minerai préréduit (éponge de fer ou pellets). L’acier est alors transféré en poche et traité comme précédemment puis coulé en billettes en coulée continue (§ 1.3.4.1). Cette filière réduit les investissements, les opérations et donc les coûts. 1.3.4.3 Fabrication du fil machine par filière longue Le lecteur pourra se reporter à la référence [7] de la bibliographie. Ce processus intervient indifféremment à la suite de l’une des deux voies citées précédemment. Il s’agit d’opérations de laminage à partir du bloom. Un réchauffage précède un laminage en billettes de section 155 mm × 155 mm introduites, directement ou après réchauffage préalable, dans le laminoir à fil (train à fil) qui produit un fil machine de diamètre variable entre 6,5 et 15 mm, selon le diamètre à obtenir sur le fil de précontrainte final. Les trains à fil les plus anciens ne comportaient pas d’installation de traitement thermique du fil. Ces installations ont pratiquement disparu dans les pays très développés. Le traitement se faisait en tréfilerie, par patentage au plomb, avant tréfilage. Les installations modernes comportent toujours le traitement thermique directement dans la chaude de laminage ; c’est le traitement de type Stelmor ou Hashlow ou une combinaison des deux. Il confère au fil machine une structure métallurgique la plus voisine possible de celle obtenue par le patentage au plomb. Il s’agit d’une trempe à l’air avec revenu, sans apport nouveau de chaleur après le laminage. Le réchauffement pour revenu est obtenu par l’effet exo thermique de la transformation structurelle de l’acier pendant la trempe. Ce traitement a pris le nom de stelmorisation ou patentage à l’air ; d’une façon générale il se fait par soufflage d’air sur le rouleau de fil étalé en nappe sur un tapis à chaîne où à rouleaux (le plus moderne). Les derniers progrès résultent du mode de soufflage (air pur ou air humide), de sa direction (de bas en haut, latéralement), de sa régulation le long du tapis, de son orientation sur les points sensibles (croisement des spires, rives des spires). Cette méthode, née il y a un peu plus de 20 ans et fortement développée à partir de la première crise pétrolière, offre actuellement un produit de qualité qui devient comparable à celle du patentage le mieux réalisé. 1.3.4.4 Fabrication du fil machine par filière courte Le lecteur pourra se reporter à la référence [8] de la bibliographie. Cette filière utilise une billette de section suffisamment faible pour être utilisable directement au train à fil et obtenue directement par l’installation de coulée continue. Derrière ce dernier progrès apparaît en filigrane l’évolution du processus sidérurgique des vingt dernières années ; il se traduit, au travers de la chasse aux dépenses de calories, par une concentration des installations sidérurgiques pour en arriver, dans le cas le plus favorable, à l’obtention d’un fil machine d’excellente qualité à partir du seul apport thermique de la fusion au four électrique. Il y a là une des raisons fondamentales qui font que le prix de l’acier de précontrainte est pratiquement le même, en francs courants, depuis 20 ans, malgré les coûts importants des restructurations, des investissements et du renchérissement de la main-d’œuvre. 1.3.4.5 Transformation du fil machine Le lecteur pourra se reporter à la référence [9] de la bibliographie. Le fil machine de précontrainte en acier à haute teneur en carbone (0,80 à 0,85 %) est défini par la norme européenne en cours d’élaboration (prEN 10 016). Lorsque ce produit entre en tréfilerie, il a une résistance de 1 100 à 1 200 MPa ; il en ressort avec une résistance comprise entre 1 800 et 2 000 MPa.



Deux produits pour précontrainte sortent de la tréfilerie : — les fils (diamètre 4 à 10 mm) ; — les torons, assemblage de 3 ou 7 fils (à l’exception de la tresse qui en comporte 2) au diamètre d’encombrement compris entre 5 et 18 mm. L’opération de tréfilage sur un fil machine de qualité, confère au produit final une qualité de surface exempte de micro-défauts qui, associée à la structure troostitique est une garantie de bonne résistance à la corrosion. Les produits pour précontrainte sont définis par la norme européenne prEN 10 138.

1.3.4.5.1 Fils de précontrainte Les étapes de la transformation du fil machine sont les suivantes : préparation de surface Elle comporte un décapage (dissolution de la calamine = FeO, Fe2O3 , Fe3O4) par attaque acide (en général acide chlorhydrique à 50 %), suivi d’un rinçage, d’une phosphatation au zinc et d’un séchage. La phosphatation au zinc permet d’accrocher le lubrifiant de tréfilage (savon) et d’assurer une protection temporaire contre l’oxydation avant tréfilage ; 

tréfilage C’est une opération d’étirage avec réduction de section au travers d’une filière. En général un banc de tréfilage comporte 8 à 9 filières successives dont la dernière permet d’assurer un calibrage très précis du diamètre du fil. À titre d’exemple, un fil de diamètre 5 mm de résistance 1 860 MPa s’obtient à partir d’un fil machine de diamètre 13 ou 14 mm. L’opération de tréfilage se fait à grande vitesse (12 à 15 m/s). Cela entraîne la mise en place d’un contrôle sévère de température avec équipements de refroidissement des filières et des tambours des bobines des cabestans de tréfilage. Sur les installations les plus performantes on utilise des couronnes de fil machine de 2,5 t, donnant un fil continu de 16 km ; 

détensionnement thermomécanique Le lecteur pourra se reporter à la référence [10] de la bibliographie. C’est l’opération qui permet de diminuer la relaxation sous tension de l’acier de précontrainte (perte de tension sous longueur constante). Elle consiste à diminuer les contraintes résiduelles de tréfilage par réchauffage à 400 oC, dans le cas de la qualité relaxation normale . Lorsque le réchauffage à 400 oC est conjugué avec une traction aux environs de la limite élastique, il bloque les dislocations cristallines et permet d’obtenir la qualité très basse relaxation . Les caractéristiques des diverses qualités de fils tréfilés sont définies dans le tableau 1 de la norme prEN 10 138 - 2. 

Remarque : dans les pays développés les fils de précontrainte sont utilisés à peu près exclusivement pour la préfabrication industrielle des produits en béton précontraint (§ 2). Il est important de noter l’évolution de la masse des couronnes de fil machine de 1950 à nos jours (tableau 2). (0)

Tableau 2 – Évolution de la masse des couronnes de fil machine Années

1950

1955

1960

1970

1975

À partir de 1985

Masse (kg)

75

150

600

1 000 à 1 200

1 500 à 1 800

1 800 à 2 400

Cet accroissement a généré d’importantes économies de manutention à tous les stades de la fabrication et de l’utilisation.

1.3.4.5.2 Torons de précontrainte Ce sont des assemblages de fils enroulés en hélice soit : — l’un autour de l’autre : tresse à 2 fils ; — par groupe de 3 fils : torons de 3 fils ; — par groupe de 6 fils autour d’un fil d’âme rectiligne : torons de 7 fils. Toutes les opérations, jusqu’au tréfilage inclus, sont identiques à celles décrites au paragraphe 1.3.4.5.1 pour les fils. Le toronnage est une opération réalisée à froid sur des machines spéciales appelées toronneuses qui réalisent en continu la génération de l’hélice résultante d’une translation et d’une rotation autour de l’axe du toron. Généralement l’installation de traitement de détensionnement thermomécanique est en ligne avec la toronneuse. Le produit fini est stocké sur une bobine dont la masse est comprise entre 7 et 17 t pour des torons de 7 fils. C’est à partir de ces bobines-mères que l’on réalise les couronnes trancanées que l’on rencontre sur les chantiers. Le conditionnement en bobine bois a disparu sauf pour des produits particuliers revêtus de matière plastique. Les caractéristiques des diverses qualités de torons sont définies dans le tableau 2 de la norme prEN 10 138-3. 1.3.4.6 Transformation des produits tréfilés Ces transformations ont toutes pour but d’améliorer les conditions d’utilisation. Leur nombre évolue en permanence, ainsi celles qui suivent ne constituent-elles pas une liste exhaustive [9]. Crantage C’est une déformation à froid de la surface dans le but d’améliorer l’adhérence au béton pour les applications de prétension en préfabrication industrielle des produits en béton précontraint. On réalise le crantage à la fin de la ligne de tréfilage pour le fil, par passage entre des molettes crantées. Le fil ainsi obtenu peut aussi être toronné pour donner du toron cranté. Un crantage efficace doit assurer l’amélioration de l’adhérence et maintenir les autres propriétés : résistance à la fatigue et à la corrosion sous tension, ductilité. 

Protection Elle consiste à recouvrir les fils ou les torons, d’un produit qui améliore la résistance de l’acier à la corrosion, pour une durée plus ou moins longue ; plusieurs types de protection sont envisageables :  protection provisoire des produits exclusivement destinés à la post tension . Il s’agit d’un huilage à l’huile soluble dans l’eau, utilisée pure dès la fabrication du produit. Cette opération est une exigence généralisée des règlements belges et français et ponctuelle dans les autres pays, en fonction des conditions particulières de certains ouvrages. Cette pratique, économique, constitue un progrès considérable pour la conservation des qualités des produits, jusqu’à l’application de la protection définitive après mise en tension (§ 2.2.2.5 et 2.2.3.5). De plus, ce revêtement huileux diminue les pertes par frottement du câble dans sa gaine au moment de la mise en tension ;  protection par galvanisation : il s’agit d’une protection de longue durée, appliquée à chaud par passage dans un bain de zinc fondu. L’application peut avoir lieu à différents stades de la fabrication des fils : — directement sur le fil machine, le zinc est alors tréfilé avec l’acier ; — avant les dernières passes de tréfilage ; — après tréfilage lorsque l’installation de galvanisation permet de garantir à la fois l’uniformité de la couche de zinc et la permanence des propriétés mécaniques du fil. 


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Cette protection est compatible avec le béton et les coulis d’injection sous réserve d’additionner au ciment, du bichromate de potassium à raison de 1 % de son poids. Actuellement elle est surtout utilisée pour une application particulière des torons de précontrainte : les haubans de ponts. Freyssinet International – en particulier – l’a préconisée pour de nombreux ouvrages ;  protection par résine époxy : venue des États-Unis dans le droit fil de la protection des armatures d’acier pour béton armé, cette méthode n’est citée qu’à titre indicatif. Il n’y a pratiquement pas eu d’application en Europe et après l’engouement du début, les utilisateurs font machine arrière. Il semble en effet qu’une application non uniformément adhérente, en particulier sur les torons, génère des phénomènes secondaires qui altèrent la pérennité du produit. Protections industrielles particulières Pour simplifier les opérations de précontrainte par post tension avec des unités de faible puissance pour lesquelles les opérations de protection par l’injection sont à la fois coûteuses et aléatoires, plusieurs solutions sont adoptées :  toron gainé protégé pour précontrainte par post tension : il s’agit d’un produit industriel revêtu d’une gaine en matière plastique (polyéthylène haute densité – PEhd, Polypropylène – PP) extrudée sur un toron préalablement mis au rond par un produit anticorrosion (graisse ou cire pétrolière). Ce produit a été mis au point il y a près de 30 ans. Mis en place dans le béton, il permet la mise en précontrainte après durcissement de ce dernier. La graisse ou la cire ne fait pas obstacle à l’allongement de l’acier, au contraire puisque le coefficient de frottement est de f = 0,05 alors qu’il est de 0,18 pour le frottement câble sur gaine en acier. L’effort de précontrainte tout le long du câble est plus élevé et plus régulier. Ce produit, par contre, n’assure pas l’adhérence du câble à la structure ; cela est un peu pénalisant pour le dimensionnement à la rupture mais ce n’est pas un inconvénient majeur. Le comportement au feu de ce produit est moins favorable que celui d’un toron nu, en particulier dans un bâtiment multitravées précontraint par un câble continu. En effet l’incendie dans une travée, peut provoquer un échauffement local de l’acier et lui faire perdre ponctuellement ses caractéristiques avec pour conséquence la perte de la précontrainte dans toutes les travées adjacentes. Le problème est soluble par augmentation de l’enrobage. Cependant, ce que le projeteur doit retenir, c’est que le toron gainé protégé est un outil très intéressant. Très souple (on peut lui donner des courbures inférieures au mètre) il permet d’exercer à peu près en n’importe quel point d’une structure, un effort de précontrainte de 200 kN avec un seul toron de 15,7 mm. Il est très adapté à la réparation des ouvrages et pour faciliter la diffusion des efforts de précontrainte des grosses unités ;  toron gainé protégé à adhérence différée : il a été mis au point pour supprimer l’inconvénient des manques d’adhérence en service. Recherché en Europe depuis plus de vingt ans, il vient semble-t-il d’être mis au point au Japon. Il ressemble beaucoup à celui que nous venons de décrire ; sa gaine extérieure lisse est remplacée par une gaine cannelée, la graisse ou la cire sont remplacées par un produit capable de polymériser en quelques semaines qui, assure ainsi la liaison entre le câble et la structure, tout le long de son tracé. Il est probable que ce produit apparaîtra en Europe dans les années à venir ;  toron individuellement protégé pour haubans : créé à l’instigation de Freyssinet International, ce toron ressemble beaucoup au toron gainé protégé, avec cependant une différence capitale : il ne permet pas le coulissement entre acier et gaine. Ainsi, lorsque les haubans sont soumis à des variations thermiques, les déformations de la gaine et de l’acier sont les mêmes, bien que leur coefficient de dilatation soit très différents. Il y a une certaine adhérence gaine-acier. Elle est obtenue par la diminution de la quantité de cire ce qui permet au PEhd d’épouser la forme hélicoïdale du toron, générant ainsi une adhérence de forme. La protection du produit est améliorée par la galvanisation du toron. 

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1.3.4.7 Barre de précontrainte C’est un produit complètement différent de ceux décrits précédemment. Il est très apprécié des ingénieurs, parce qu’il est simple et représente pour le génie civil l’extrapolation du boulon des mécaniciens. Cependant ils n’en connaissent pas toujours très bien les limites qui sont pour ainsi dire congénitales. En effet les barres sont fabriquées en acier au carbone ou faiblement allié, laminé étiré et parfois trempé et revenu. Cet acier ne bénéficie pas toujours des progrès de la métallurgie évoqués aux paragraphes 1.3.4.1 et 1.3.4.2, car il est réalisé sur des installations anciennes. La protection contre la corrosion doit être examinée avec une grande attention, particulièrement lorsqu’il s’agit d’une précontrainte définitive. Les barres se présentent sous deux formes : — les barres lisses aux extrémités desquelles on réalise un filetage par roulage à froid pour recevoir les écrous et permettre la mise sous tension ; — les barres crénelées possédant une forme extérieure brute de laminage qui permet le vissage d’un écrou en n’importe quel point de la barre qui peut être coupée à la longueur désirée. Les caractéristiques des barres sont définies dans le tableau 3 de la norme prEN 10 138-4.

2. Mise en œuvre du béton précontraint Dans l’esprit même d’E. Freyssinet, pour une structure en béton précontraint, conception et mise en œuvre ne peuvent être dissociées. Le béton précontraint n’est ni un mode de construction, ni un mode de calcul, ni des câbles de précontrainte, ni des systèmes d’ancrages ; c’est un mode de préchargement d’une structure donnée qui lui permet de supporter les sollicitations de service, pour la durée prévue, avec le minimum de servitudes d’entretien. La réalisation de ce préchargement, en particulier en post tension, est un véritable métier pratiqué par des entrepreneurs spécialistes qui doivent être reconnus et homologués. Cette homologation est garante d’un niveau de compétence dans le respect des règles (pour le moment elles n’existent qu’en France), et d’une large capacité d’intervention dans le cadre d’une organisation générale soucieuse d’assurer la qualité. Nous aborderons successivement les deux modes de réalisation du béton précontraint : — la prétension ; — la post tension.

2.1 Mise en œuvre du béton précontraint par prétension Ce mode de réalisation concerne des produits qui se répètent de façon identique dans une structure, ou qui sont difficilement réalisables par bétonnage en place, ou qui correspondent à un standard en catalogue ; dans ce dernier cas, il s’agit de préfabrication industrielle en usine bénéficiant de toutes les méthodes d’organisation des productions de grandes séries. Dans les premiers cas, il s’agit plutôt d’une fabrication sur le chantier même ou sur une installation foraine.



La fabrication de ces produits doit respecter un certain nombre de règles ; en France, le fascicule 65 A chap. VIII et l’additif au fascicule 65 A chap. 5 [11]. Lorsqu’il s’agit de produits standards ils doivent faire l’objet d’une procédure d’homologation tel qu’un Avis technique du Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) par exemple. Dans la majorité des cas, les produits préfabriqués sont précontraints par adhérence. Parfois, la précontrainte par prétension est complétée par une précontrainte par post tension après transport des pièces sur le site d’utilisation.

2.1.1 Installations pour préfabrication industrielle 2.1.1.1 Méthode dite du banc long D’une longueur de 60 à 120 m, d’une largeur de 1,5 à 3 m, ces installations dites bancs de préfabrication permettent de fabriquer, dans un même cycle, une série de produits de sections identiques et de longueur variables. La disposition des fils ou torons de précontrainte dans les produits est définie par les grilles supports d’ancrages aux deux extrémités du banc long. La longueur des produits fabriqués sur un même banc dans un même cycle peut varier dans le cadre bien entendu, des tolérances admises par les contraintes du béton. Pour éviter des surcompressions en extrémité d’élément, l’adhérence peut être localement supprimée. Un cycle de fabrication comporte normalement : — la mise en place des armatures passives lorsqu’elles existent ; — la mise en place des fils ou torons de précontrainte ; — la mise en tension (en général fil par fil, sauf pour de petits produits) ; — la mise en place des extrémités de coffrages et éventuellement des armatures de diffusion ; — le bétonnage à la benne, par fileuse ou pondeuse avec vibration ou pervibration selon les produits ; — la mise en place des tunnels d’étuvage ; — la détension ; — le démoulage et mise en stock des produits. Selon les installations et les produits, un banc de préfabrication peut permettre jusqu’à 3 cycles complets par 24 h. Sur les installations foraines, les investissements sont beaucoup moins importants et le cycle est souvent de la journée, voire de quelques jours (figure 3). 2.1.1.2 Autres méthodes Elles sont très variées et dépendent beaucoup du type de produits et des quantités à fabriquer. Les pièces concernées sont fabriquées dans un moule résistant, capable de supporter la force de précontrainte qui lui est appliquée avant le bétonnage et pendant le durcissement du béton. Dans certains cas les efforts de précontrainte sont repris en phase provisoire par une structure résistante qui enserre le moule, facilitant ainsi la réalisation de la seule fonction coffrage du moule.

2.1.2 Systèmes de mise en tension La connaissance précise de l’effort de précontrainte à appliquer est un élément capital de la qualité du produit fini. On a parfois utilisé des systèmes permettant de tendre plusieurs fils simultanément. Ils sont délicats de mise en œuvre. Ils impliquent une parfaite égalité de longueur sous tension nulle, ce qui n’est pas simple à réaliser dans la pratique ; pour les gros produits on utilise des systèmes de tension par vérin unitaire, monofil ou monotoron, avec des courses variables de 0,2 à 1 m, commandés par des centrales hydrauliques automatiques préréglés pour stopper la tension à un effort précis. Pour les petits produits, on utilise fréquemment un système mixte assurant une prétension globale par l’équipement de détension, utilisé en phase active de tension puis, une tension fil par fil (prédalle) ; cette disposition permet de réduire le temps de mise en tension et donc de rentrer plus facilement dans une durée de cycle courte.

2.1.3 Système de détension C’est un système qui permet de détendre progressivement les fils ou torons et d’assurer la mise en précontrainte des produits. C’est maintenant en France une disposition obligatoire (§ 53-3 de l’additif au fascicule 65-A) [11]. Toute autre méthode est à la fois dangereuse pour le personnel et préjudiciable à la qualité des produits (fissuration longitudinale lors de la mobilisation des forces d’adhérence). La plupart du temps, il s’agit d’un équipement hydraulique, correctement régulé en déplacement pour éviter, une mise en travers du chevêtre de détension.

2.1.4 Contrôle Les produits font l’objet d’un contrôle en fabrication et d’un contrôle sur produit fini vérifié périodiquement, par des organismes extérieurs. Le contrôle se fait dans le cadre d’une homologation ou d’une conformité à une norme.

2.1.4.1 Contrôle en fabrication Le contrôle en fabrication comporte un contrôle sur matériaux (béton et acier) en référence aux normes. Un contrôle visuel permet de s’assurer que l’acier n’est pas corrodé et qu’il n’est pas gras (suppression de l’adhérence et donc de la précontrainte !). Un contrôle complémentaire à la mise en œuvre permet de : — contrôler la force de précontrainte à la mise en tension ; — contrôler la pénétration de fil au moment du transfert d’effort de précontrainte au produit. Il s’agit d’une mesure statistique effectuée à l’aide d’un rétractomètre (comparateur au 1/10 mm fixé sur le fil, la tige de palpeur étant en appui sur le béton du produit).

Figure 3 – Étapes de la préfabrication foraine


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2.1.4.2 Contrôle externe Le cas le plus courant est celui concernant les produits sous Avis technique du CSTB, pour lesquels celui-ci assure périodiquement la vérification des registres d’autocontrôle. Dans les autres cas, ce contrôle est assuré dans le cadre du système d’assurance de la qualité du producteur.

2.2 Béton précontraint par post tension Bien qu’elle ne représente qu’une faible part de la consommation d’acier de précontrainte (en 1994 en France 5 500 t pour 55 000 t), la post tension est une méthode incontournable pour la réalisation des grandes structures industrielles (85 % des ponts, enceintes de confinement de centrales nucléaires, plates-formes offshore, grands barrages, stades, grands bâtiments, etc.). L’étude de ces structures complexes, implique des concepteurs de haut niveau capables d’animer l’indispensable équipe pluridisciplinaire composée des intervenants spécialisés dans la réalisation des différentes phases de la construction. Le respect des exigences du projet impose que la mise en œuvre de la précontrainte soit faite par des entreprises spécialisées dont l’organisation, les moyens, l’expérience et les compétences sont garantes d’une application sans faille qui assure le bon comportement et la pérennité des structures. Sous sa forme actuelle, la précontrainte par post tension se présente sous deux formes : — la précontrainte intérieure au béton ; — la précontrainte extérieure à la structure (en béton ou non). Dans le premier cas, la précontrainte peut être rendue adhérente à la structure en béton par une injection de coulis de ciment postérieure à la mise en tension ; l’injection assure également la protection de l’acier de précontrainte contre la corrosion. Au plan de la durabilité de l’ouvrage, c’est probablement la fonction la plus importante (voir § 2.2.2.5). Les méthodes de mise en œuvre sont très voisines pour les deux types de précontrainte ; nous ne les séparerons donc pas, nous contentant de signaler les dispositions particulières à chacune d’elles.

2.2.1 Contexte réglementaire Au plan de la mise en œuvre, les méthodes sont codifiées en France depuis 10 ans (Fascicule 65 du CCTG). C’est l’un des seuls pays au monde qui ait légiféré en ce domaine. Actuellement la situation est la suivante : en France : le Fascicule 65-A et additif du CCTG (Cahier des clauses techniques générales [11]) et la directive technique unifiée DTU 21 sont applicables ; 

en Europe : une norme est à l’étude par le CEN/TC 104/SC2. Elle ne sera probablement pas opérationnelle avant 4 ou 5 ans ; il s’agit du document Execution of concrete structures ; 

au plan international : les seuls documents qui existent sont les recommandations et états de l’Art de la FIP (Fédération internationale de la précontrainte) et, en particulier, ceux établis par des commissions 2 et 4 : — commission 2, commission on prestressing, materials and systems : • recommendations for acceptance of post-tensioning systems (6/93), • recommendations for the corrosion protection of unbonded tendons (86), • materials and systems for external prestressing (94) ; — commission 4, commission for good practice : • preparation of specifications for post-tensioning work (10/92), • tensioning of tendons : force-elongation relationships (86), 

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• prestressed concrete : safety precautions in post-tensioning (89), • grouting of tendons in prestressed concrete (90), • quality assurance and quality control for post-tensioned concrete structures (86), • inspection and maintenance of reinforced and prestressed concrete structures. Il est important de se référer à ces documents, forcément plus complets que le présent texte. Nous nous bornons à ne donner ci-après que les éléments fondamentaux qui régissent la mise en œuvre. L’organisation de ce métier particulier qu’est celui de la précontrainte est la suivante : — des sociétés spécialisées sont détentrices de procédés de précontrainte caractérisés par un certain nombre de systèmes d’ancrages de précontrainte bénéficiant parfois d’une protection industrielle ; — ces sociétés ont mis en place une organisation qui leur permet de mettre en œuvre les forces de précontrainte souhaitées avec la qualité et la garantie requises. Nous ne traitons ci-après que des systèmes actuels, conçus pour la mise en œuvre des câbles composés de torons de 7 fils, essentiellement les torons de diamètre 12,9 mm et 15,7 mm habituellement dénommés T 13 et T 16. Bien que les fils soient encore utilisés dans plusieurs pays, en particulier avec les cônes d’ancrage Freyssinet originaux, nous ne les citerons qu’à titre de référence historique car ils ont maintenant disparu des pays européens. Nous mentionnerons quelques spécificités des barres de précontrainte.

2.2.2 Systèmes d’ancrages de précontrainte Une fois posées les restrictions ci-dessus, il s’avère que toutes les sociétés détentrices de procédés de précontrainte dans le monde, ont développé des systèmes d’ancrages très voisins. Les exemples illustrant ce paragraphe, sont donc choisis indifféremment dans les systèmes développés par les trois sociétés de rayonnement international : Freyssinet International, VSL ( Vorspan system Losinger ) et DSI (Dywidag system international ). Préalablement à la description des systèmes d’ancrages, le vocabulaire spécifique à la technique, doit être défini pour préciser clairement les termes couramment utilisés et pour les regrouper si nécessaire.

2.2.2.1 Définitions  Ancrage de précontrainte Il s’agit d’un ensemble mécanique qui assure les trois fonctions suivantes : — maintenir en permanence l’état de tension du câble de pré- contrainte qui lui est imposé par le vérin de mise en tension. La tête d’ancrage assure cette fonction. Lorsque le câble est constitué de torons (95 % des cas) elle est constituée par un bloc cylindrique percé de trous cylindro-coniques au travers desquels passent les torons et dans lesquels se loge un système à coincement conique généralement appelé clavette. Il s’agit de l’élément capital de la fonction ancrage, dont dépendent la sécurité et la mise en œuvre et en service. Lorsque le câble est constitué de fils parallèles l’ancrage se fait soit par tête refoulée (système BBRV de la société BBR, Birkenmaier-Brandestini-Ros) soit par cône d’ancrage en béton, selon l’invention originale de E. Freyssinet, toujours utilisée plus de 50 ans après ; — transférer à la structure qui le reçoit (béton, acier, bois) l’effort de précontrainte , dans des conditions de diffusion compatibles avec ses capacités spécifiques. Le dispositif de diffusion peut être soit une simple plaque d’acier, soit une pièce plus élaborée dénommée « tromplaque » ou « guide » ;



— assurer le remplissage des vides par le produit de protection injecté après mise en tension du câble [coulis de ciment, produit souple (graisse, cire pétrolière), etc.]. Il s’agit d’un ensemble comportant un (ou des) ajutage(s), un (ou des) robinet(s) et un capot étanche. Câble de précontrainte Il s’agit d’un faisceau de torons (ou de fils), non câblés, constituant l’élément qui transmet l’effort de précontrainte à l’intérieur de la structure, tout le long de son trajet. Il est le plus souvent constitué de torons de 15 ou 13 mm, généralement enfilés individuellement par poussage, dans le conduit réservé à cet effet dans la structure. Dans la pratique les câbles sont composés de 1 à 55 torons ; les plus fréquemment utilisés comportent 7, 12 ou 19 torons. 

mise en tension. Le maintien en position de la tête d’ancrage sur le câble tendu se fait soit par un calage qui crée une excroissance qu’il faut inclure dans la structure, soit par un système plus complexe vis-écrou. L’inconvénient majeur de ce dernier système est, qu’étant de longueur prédéterminée, il doit intégrer à la fois les tolérances de réalisation de l’ouvrage et celles de l’allongement du câble.

Conduit C’est le terme générique qui regroupe tous les dispositifs qui permettent de réserver le passage du câble de précontrainte au travers de la structure à précontraindre et qui assurent le libre allongement du câble lors de la mise en tension. Ce terme recouvre donc ceux plus fréquemment utilisés, gaine flexible ou rigide cintrable à la main en feuillard enroulé et agrafé, tube acier rigide, gaine ou tube en matière plastique ou très rarement trou dans le béton. 

Vérin de tension Les forces de précontrainte par post tension sont d’une importance telle (150 kN au minimum), que dès les premières applications elles ont été exercées par des vérins hydrauliques. Le terme vérin de tension est donc devenu synonyme d’équipement de mise en tension dont nous détaillerons l’ensemble des fonctions (§ 2.2.2.3). 

Figure 4 – Ancrage Freyssinet : coupe et schéma des efforts

Protection Ce terme regroupe tous les modes de protection de l’acier de précontrainte, qu’elle soit appliquée en usine ou sur chantier, qu’elle soit provisoire ou définitive, qu’elle soit rigide ou souple, basique ou neutre. 

2.2.2.2 Ancrages de précontrainte 2.2.2.2.1 Ancrages de précontrainte pour fils Ancrage béton Freyssinet Plus connu sous le nom de cône d’ancrage , il a été inventé en 1939 et Freyssinet a dit de lui « je considère que cet ancrage est le plus grand progrès que j’ai réalisé en matière de précontrainte depuis que cette idée m’est venue à l’esprit pour la première fois, en 1903 ». La figure 4 en montre le principe et la texture. Pièce en mortier fortement armé, utilisant des mortiers de 80 à 100 MPa, cet ancrage fabriqué partout dans le monde à des millions d’exemplaires fut un extraordinaire outil de chantier, parfaitement bien adapté à une technique dont à l’époque, la mécanique était totalement exclue. Conçus pour des câbles de 12 fils de diamètre 5 mm, 7 mm ou 8 mm, ces ancrages ont été utilisés en France jusqu’en 1975, mais ils sont encore aujourd’hui fabriqués et utilisés au Japon, au Mexique et en Inde par dizaines de milliers par an (figure 5). 

Ancrage à boutons Il s’agit du seul ancrage pour fils qui subsiste encore aujourd’hui au plan international avec l’ancrage Freyssinet. Mis au point avant 1950 pour concurrencer l’ancrage Freyssinet, c’est un système très mécanique, dont la mise en œuvre sur les chantiers de l’époque, par une main-d’œuvre beaucoup plus proche du maçon que du mécanicien, a posé beaucoup de difficultés, alors que fonctionnellement l’ancrage est d’excellente qualité. Pour assurer l’ancrage de chacun des fils du câble, on forme une tête refoulée à froid (bouton) qui vient s’appuyer sur une plaque percée de trous. Le bouton fonctionne exactement comme une tête de vis (figure 6). La plaque qui rassemble ces boutons est circulaire et comporte un filetage qui permet la traction sur le câble pour la

Figure 5 – Ancrage Freyssinet en béton



Figure 6 – Bouton formé à froid sur fil


C 2 372 − 11


2.2.2.2.2 Ancrages de précontrainte pour torons L’arrivée sur le marché du toron de 7 fils, de diamètre 1/2 in (12,4 mm) à la fin des années 50, la généralisation de son utilisation à la fin des années 60 ont entraîné peu à peu – au moins en Europe – la disparition du fil. Dans le même temps et sous l’effet d’une réglementation naissante, les ancrages sont devenus des ensembles mécaniques performants utilisant des aciers de construction et des fontes de qualité. Les figures 7 et 8 donnent une bonne idée des différentes dispositions technologiques qui permettent d’appliquer les efforts de précontrainte à une structure, en fonction à la fois des exigences de l’étude et de celles des méthodes de construction. La réglementation française de l’Agrément des procédés de précontrainte a donné une classification et la symbolisation correspondante, des différentes dispositions utilisées.

Classification Elle est établie par référence à la fonction, au type et au dispositif d’appui sur le béton (tableau 3). En précontrainte extérieure sont exclus : — les coupleurs C’ dans tous les cas ; — les ancrages de type NE, NE’ et G incompatibles avec le démontage, le pesage ou l’ajustement. Dans certains cas particuliers il est possible d’utiliser les coupleurs CI’. 

Dénomination Un ancrage est défini par : — le nom du système de précontrainte ; — un repère : A, A’, NE, NE’, C’, Cl’, R, G, qui définit le modèle de l’ancrage selon la classification ci-dessus ; — la lettre D pour la précontrainte extérieure démontable ; — un groupe de chiffres et de lettres de la forme n J «phi » qui définit la composition du câble constitué de n torons de diamètre « phi », la lettre J rappelle le modèle d’ancrage. 

E xe mp le : ainsi Freyssinet A’ 19 C 15 représente l’ancrage Freyssinet actif du modèle C (« compact ») utilisé avec la tromplaque pour le câble constitué de 19 torons de diamètre nominal 15,2 qui peut rester dénommé câble 19 T 15 dans les programmes de calcul. A’ D 19 C 15 représente l’ancrage semblable utilisé en précontrainte extérieure démontable.

Figure 8 – Ancrage à tromplaque à trois étages type C Freyssinet

(0) Figure 7 – Ancrage à plaque VSL

Tableau 3 – Classification des ancrages de précontrainte Dispositif d’appui sur le béton Fonction et type

Plaque Tromplaque (1) et trompette

Ancrages actifs ou passifs non totalement inclus au bétonnage : — précontrainte normale — précontrainte extérieure démontable Ancrages fixes noyés dans le béton Coupleurs avec couronne crénelée intégrée à la tête primaire Coupleurs par raccordement individuel des torons Dispositifs de raboutage par raccordement individuel des torons

A AD C Cl

Plaques individuelles

Plaque cintrée

Par adhérence

NE

NE’

G

A’ A’D C’ Cl’ R

(1) Tromplaque : système de diffusion de l’effort de précontrainte dans le béton.

C 2 372 − 12



Description des ancrages pour torons Ancrage actif C’est l’ancrage le plus fréquemment utilisé parmi ceux qui figurent dans le tableau de la classification ci-dessus. La notion « d’activité » s’applique aux ancrages sur lesquels on peut appliquer le vérin de mise en tension du câble. Au plan mécanique, l’ancrage actif comprend essentiellement trois parties : — la tête d’ancrage est une pièce cylindrique pourvue de trous cylindro-coniques parallèles ou convergents qui assurent le passage des torons et réservent le logement des clavettes. C’est une pièce généralement en acier normalisé ou traité thermiquement de résistance comprise entre 500 et 1 000 MPa ; pour de petites unités, elle est parfois en fonte ductile. C’est l’une des deux pièces clés pour la sécurité de l’ancrage. Elle exige, outre la conformité aux essais de convenance, une fabrication selon des règles industrielles précises en accord avec les règles de l’assurance de la qualité, seule garantie d’un niveau de performances suivi ; — la clavette (ou mors d’ancrage) est une pièce tronconique en 2 ou 3 morceaux, qui fonctionne sur le principe du coin et bloque le toron à l’intérieur de la tête d’ancrage. Elle est en acier, très élaborée, avec des tolérances de fabrication très réduites et des gammes de traitements complexes. C’est la deuxième pièce capitale pour la sécurité de l’ancrage. Contrairement à la précédente, elle n’est fabriquée que par un petit nombre d’installations industrielles (5 ou 6 en Europe) ce qui est une garantie de qualité. Toutefois il y a de très nombreux modèles et il est très dangereux d’associer, sans discernement, une clavette et une tête d’ancrage. Le marché américain en a fait la triste expérience, ce qui a conduit la FIP (Fédération internationale de la précontrainte) à émettre une mise en garde en 1985 ; depuis les américains ont décidé de mettre en place une réglementation. La nouvelle Europe doit veiller à ne pas tomber dans le même travers ; — la pièce de transfert est destinée à faire diffuser l’effort de précontrainte de la tête d’ancrage à la structure. Les dispositions les plus fréquentes concernent les structures en béton ; la diffusion dans des structures en d’autres matériaux requiert toujours des dispositions particulières que nous n’évoquerons pas ici. Sur la structure en béton, la pièce de transfert assure deux fonctions : la diffusion de l’effort de précontrainte et la déviation du faisceau de torons, entre la partie courante du câble et la zone de passage au travers de la tête d’ancrage, dans laquelle il s’épanouit. Ces deux fonctions peuvent être assurées de deux façons. 1 ) La plus courante comporte les deux fonctions dans une même pièce (figure 8) ; elle est généralement en fonte ; son nom est variable selon les procédés (tromplaque, guide, guide déviateur et même casting rappelant son mode de fabrication). Cette pièce d’allure générale tronconique, a une forme plus ou moins élaborée, dans le but d’optimiser les conditions de diffusion. La forme conditionne l’espacement des ancrages à l’extrémité de la structure où aboutissent les câbles et donc la densité de précontrainte qu’il est possible d’appliquer. L’intensité de la force de précontrainte lors de la mise en tension est fonction de la résistance du béton à ce moment-là, indépendamment de sa résistance caractéristique à 28 jours. Le fonctionnement complexe de cette diffusion, dans un système élastoplastique, conduit à un dimensionnement confirmé par des essais poursuivis jusqu’à rupture ; d’une façon générale, seul le résultat de l’essai est pris en compte, sans justification analytique. 2 ) L’autre système est constitué par une plaque d’acier d’épaisseur constante qui assure la diffusion, associée à un organe de déviation (figure 7). Cette dernière est en acier ou en matière plastique et a la forme d’une trompette d’où son nom. Cette disposition, plus onéreuse, est en général réservée aux fabrications en petite série ou aux pays à faible coût de main-d’œuvre. Les deux systèmes de diffusion de l’effort de précontrainte sont complétés par un ferraillage capable d’équilibrer les forces de traction qui naissent de la déviation des isostatiques de compression dans le béton, sous la pièce de diffusion de la force de précontrainte. Ce ferraillage est déterminé par un essai de compression sur un 



prisme de section carrée ou rectangulaire contenant un seul ancrage. Le ferraillage qui résulte de ce processus d’essai figure dans tous les documents à usage des bureaux d’études. L’habitude, particulièrement hors de France, veut que ce ferraillage soit disposé sous chacun des ancrages à l’extrémité d’un ouvrage ; il s’ajoute au ferraillage qui résulte de l’équilibre général. Cela conduit le plus souvent à des ferraillages difficiles à mettre en place et à bétonner. Nous ne saurions trop recommander au projeteur d’aborder la question du ferraillage pour la diffusion de la précontrainte, de façon globale à partir des règles générales définies dans le BPEL 91 [12]. Il préconisera alors un ferraillage général logique, compte non tenu de ce qui se passe sous un ancrage individuel. Le système d’ancrage comporte toujours une canalisation permettant d’introduire le produit de protection (injection de coulis de ciment ou produit souple) dans le conduit contenant le câble ; le diamètre de cette canalisation est défini dans le Fascicule no 65-A [11] en fonction de la taille du câble. De plus en plus souvent, l’étanchéité à l’extérieur de l’ancrage est assurée par un capot qui peut être récupérable ou laissé à demeure (par exemple en cas de précontrainte extérieure) (figure 9).  Ancrage passif non totalement inclus lors du bétonnage Le plus souvent il s’agit du même ancrage que celui décrit précédemment. Comme on ne prévoit pas d’y installer le vérin de mise en tension, il peut être logé dans des zones où il n’y a qu’une faible distance de dégagement derrière la tête d’ancrage ; le dégagement minimal nécessaire doit permettre de contrôler le bon fonctionnement de l’ancrage, lors de la tension par l’autre extrémité.  Ancrage fixe, noyé dans le béton Il s’agit d’un ancrage d’un type particulier qui permet d’arrêter l’effet de la force de précontrainte en un point quelconque de la structure. Il est généralement non accessible de l’extérieur. L’ancrage lui-même est le plus souvent obtenu par formage à froid d’une tête d’acier sur le toron. Cette tête reporte l’effort de précontrainte sur un système de plaque à trou individuel ou multiples selon les cas. Un tube évent d’injection relie toujours cet ancrage à l’extérieur ; il permet d’évacuer l’air et d’assurer le bon remplissage du câble avec le produit de protection. Bien évidemment lorsque l’on utilise un tel ancrage, il est toujours installé dans la structure en même temps que le câble et avant bétonnage. Dans certains cas, lorsque l’on ne souhaite pas une application de l’effort de précontrainte en un point précis, on peut ancrer les torons dans le béton par simple adhérence ; la longueur d’ancrage est variable et dépend essentiellement du soin appliqué à la mise en œuvre. Ce type d’ancrage doit toujours être réalisé par un professionnel compétent. Une version un peu plus élaborée consiste à améliorer localement l’adhérence sur le toron par flambement de ses 7 fils au moyen d’un équipement spécial (ancrage du type G).

Figure 9 – Capot d’ancrage


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Coupleurs Il s’agit d’un dispositif qui mérite un développement important car, s’il est vrai qu’il permet de résoudre élégamment le dessin du câblage dans le cas de certaines structures (ponts en particulier), il est également vrai qu’il est très délicat de mise en œuvre. Le retour d’expérience de 25 années montre qu’il est générateur de beaucoup de pathologies. a ) Principe : c’est un système qui permet d’assurer la continuité du câble de précontrainte lorsque l’on a dû l’interrompre, soit à cause d’un programme de construction échelonné dans le temps pour des structures évolutives, soit pour satisfaire les exigences d’un mode de construction à l’avancement. b ) Mode de réalisation : le coupleur se présente de la façon suivante : — un ancrage actif sur le câble primaire ; — un ancrage passif sur le câble secondaire qui doit être raccordé au primaire ; — une pièce de jonction qui assure la continuité mécanique et donc la transmission de la force de précontrainte entre les deux parties du câble ; — un fourreau qui est le prolongement de la gaine dont la fonction est d’isoler le coupleur du béton de la structure. c ) Fonctionnement statique : théoriquement très simple et considéré comme tel par le bureau d’études, il s’avère très complexe lorsque l’on se livre à une analyse, phase par phase de mise en œuvre, prenant en compte les déformations des sections du béton dans la zone de couplage, sous l’effet de l’application des forces de précontrainte. Dans le mode de réalisation le plus fréquent, on moule un béton de deuxième phase sur un béton de première phase déformé par l’impact des ancrages des forces de précontrainte. Au moment du couplage, la décompression qui résulte de la disparition totale ou partielle de la force de précontrainte sur le système de diffusion de ces ancrages primaires crée un champ de contraintes dans lequel peuvent subsister des tractions importantes, génératrices de fissures. L’expérience montre qu’elles existent très souvent. Certes il existe des remèdes (ferraillage passif additionnel, réduction du nombre de coupleurs dans une section de reprise), mais la meilleure formule pour obtenir un bon comportement de la structure est d’éviter les coupleurs ! Il est important à ce sujet de se référer à la mise en garde figurant dans la circulaire 86-64 du 04/09/1986 émise par le ministère de l’Équipement et aux Fascicules 65-A et additif [11]. 

Remarque : deux écoles s’opposent sur le coupleur : l’école anglo-saxonne qui en a usé et abusé, l’école française qui l’a toujours déconseillé. La naissance du dispositif est due à BBR, dont les câbles à fils à têtes d’ancrages préfabriquées, se prêtent mal aux câbles longs et à l’enfilage après coulage du béton. Par contre la relative compacité de la tête d’ancrage à boutons, et la simplicité de l’accouplement de deux têtes par un manchon fileté ont permis à BBR de proposer un coupleur compact et rationnel. Malgré les réticences françaises et les incidents de mise en œuvre, les prescriptions anglo-saxonnes ont eu gain de cause et le coupleur est entré dans les mœurs et tous les procédés ont ce dispositif en catalogue pour le couplage des câbles à torons.

d ) Mise en œuvre : il s’agit d’une opération délicate ; c’est pourquoi la réglementation française impose qu’elle soit toujours réalisée par une main-d’œuvre qualifiée sous la responsabilité du CMP (chargé de mise en précontrainte). Il y a deux façons d’appliquer la précontrainte par câbles couplés : — mise en tension du câble secondaire après injection au coulis de ciment du câble primaire. La mise en œuvre est alors très semblable à celle d’un câble ordinaire. C’est la solution la plus sûre, bien que moins satisfaisante pour l’esprit car, de fait, elle impose un hiatus d’effort dans la section de couplage du câble. Ce n’est pas un grave inconvénient lorsqu’il y a peu de câbles couplés dans la section concernée. Le coupleur Freyssinet du type C’ à couronne crénelée convient bien à cette application [14] ; — couplage de tous les éléments du câble avant injection au coulis de ciment. Dans le cas le plus général, on peut théoriquement espérer que le couplage de tous les éléments du câble est parfait, c’est-à-dire qu’en aucun point du câble il n’y a de variation brutale de tension. La réalité est plus complexe ; en effet la perte de tension liée au coincement conique de l’ancrage primaire, celle qui résulte des pertes

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différées (relaxation fluage) conduisent à une diminution de l’effort à l’ancrage primaire. Le rétablissement de cet effort, à une valeur voisine de l’effort initial par le couplage du câble secondaire, entraîne un déplacement de l’ancrage primaire dans le capot de coupleur. Lorsque l’alignement des deux éléments de câble n’est pas parfait, ce déplacement peut provoquer des désordres à la mise en œuvre. Pour limiter ces inconvénients, la réglementation française impose de limiter l’effort que le câble secondaire transmet au primaire à 0,7 fois l’effort de rupture garantie du câble ; c’est la seule réglementation existante. Les dispositions technologiques du coupleur de type CI’ [14] , avec couplage des torons un par un, limitent considérablement les inconvénients. L’opération d’injection est très délicate, car les grands volumes des capots de coupleurs créent des décantations importantes imposant des réinjections ; lorsqu’il y a un risque de gel, ces capots doivent être drainés par un évent de point bas. Ajoutons enfin que ce capot, parfois raide peut dériver une partie de l’effort du câble de la section de la structure à coupler ; on doit donc toujours prévoir un élément souple à sa jonction avec la structure de première phase. e ) Dispositif de raboutage : ce dispositif résulte d’exigences réglementaires allemandes. Il figure dans la plupart des catalogues mais il n’est pratiquement pas utilisé. C’est un couplage sur câbles non tendus.

2.2.2.3 Systèmes de mise en tension : vérins Communément appelés vérins de mise en tension , ces équipements intègrent plusieurs fonctions. Ils sont le plus souvent construits spécialement pour assurer le mieux possible les fonctions autres que la seule traction sur le câble. Cas des barres et des ancrages à boutons : seuls les vérins de tension utilisés pour les ancrages à boutons des câbles à fils et pour les barres sont simples. Il s’agit alors de vérins annulaires standards : une tige de traction vissée sur la tête d’ancrage ou sur la barre est munie d’un écrou et passe dans le trou central du vérin. La traction sur cette tige-relais permet la tension du câble ou de la barre ; l’ancrage définitif du câble tendu est assuré par un écrou faisant partie de la tête d’ancrage (figure 10). 2.2.2.3.1 Vérin de mise en tension le plus courant Cas des torons et des ancrages à coincement : dans le cas des ancrages sur torons utilisant le coincement conique par clavettes ou dans le cas de l’ancrage Freyssinet original, le vérin de mise en tension assure au moins trois fonctions : — l’ancrage provisoire des torons du câble ; — la traction sur le câble par un vérin à double effet ; — le blocage des clavettes en fin de mise en tension par un vérin incorporé spécial. Le vérin Freyssinet original comportait déjà ces trois fonctions (figure 11).

Figure 10 – Vérin à barre



Figure 11 – Vérin Freyssinet 12 ∅ 5

Le vérin de mise en tension de câbles de précontrainte prend appui sur la structure à précontraindre, ou sur la tête d’ancrage, par l’intermédiaire d’une pièce de liaison avec le cylindre. Le piston, buté sur un ancrage provisoire sur le câble, allonge ce dernier par introduction d’huile dans le vérin (figure 12). Très tôt Freyssinet a utilisé un fluide hydraulique (l’eau d’abord, l’huile ensuite) à très haute pression : 30 à 40 MPa dans les années 40 avec des pompes à eau à main, puis 50 à 70 MPa dans les années 50 avec des centrales hydrauliques à l’huile, avec quelques tentatives à 100 MPa maintenant abandonnées, et désormais une stabilisation entre 60 et 70 MPa. C’est très élevé, quand on se réfère à l’hydraulique classique de commande. La rationalisation de la conception des vérins de même que l’optimisation en fonction des conditions réelles de service (faible vitesse, faible temps d’utilisation effective) ont donné à ces vérins des masses spécifiques de l’ordre de 0,10 à 0,15 kg par kN de force de tension, valeurs inférieures à celles du matériel de l’industrie et cependant suffisantes pour l’utilisation sur chantiers. Pour une bonne mise en œuvre, un vérin de mise en tension dont la masse est presque toujours supérieure à 30 kg (le plus souvent entre 300 et 500 kg pour les unités les plus courantes) doit toujours comporter un dispositif de suspension correctement conçu pour orienter le vérin dans l’axe du câble, quelle que soit l’orientation de ce dernier dans l’espace ; c’est une condition essentielle de sécurité et de qualité de la mise en tension.

ancrages définitifs avec quelques conditions supplémentaires qui sont : — la réversibilité permettant un démontage aisé après tension ; — la capacité d’assurer un grand nombre d’utilisations. Ces conditions conduisent parfois à une conception très particulière. Enfin, dans la plupart des cas, l’équipement de mise en tension comporte un système dit de blocage des clavettes de l’ancrage actif du câble de précontrainte. Le dispositif qui provoque une poussée axiale de la clavette de 5 à 20 kN provoque une mise en contact intime des trois éléments concernant l’ancrage : la clavette, la tête d’ancrage et le toron. Cette opération de blocage n’assure pas l’ancrage proprement dit du toron ; elle crée les conditions pour un bon fonctionnement de son autoancrage, provoqué par la conjonction de l’effort de tension et du coincement conique, lors de la vidange du vérin de tension. L’effort de précontrainte de l’ancrage provisoire du vérin est alors transféré à l’ancrage définitif de la structure. Le coincement conique se traduit toujours – pour les dispositifs courants – par un mouvement axial de l’ensemble toron-clavette qui provoque une faible détension du câble ; cette détension appelée retrait de clavette ou rentrée de clavette selon l’origine des procédés à une valeur comprise entre 4 et 10 mm selon les systèmes. Pour un même système, elle varie avec les conditions de mise en œuvre (tracé du câble au voisinage de l’ancrage en particulier). Cette valeur, caractéristique d’un système de précontrainte, est prise en compte dans les calculs définissant la force de précontrainte effectivement appliquée à la structure ; elle fait l’objet d’un contrôle systématique lors des tensions, car sa valeur est le critère essentiel des bonnes conditions d’ancrage du câble de précontrainte.

2.2.2.3.2 Évolutions récentes des équipements de mise en tension Elles concernent à la fois l’efficacité de la mise en tension du câble, la facilité et l’efficacité de mise en place du vérin sur le câble, la saisie des informations en cours de mise en tension (force et allongement) et enfin le pilotage complet de la mise en tension, assisté par ordinateur. L’homogénéité de la tension des torons dans les faisceaux en comportant un grand nombre (au-delà de 20), en particulier lorsque le tracé du câble est compliqué (nombreux changements de courbures sur câbles longs), est un souci constant des détenteurs de procédés. Freyssinet, par exemple, a développé pour le câble 55 T 16, utilisé pour la mise en précontrainte des futures enceintes de confinement des centrales nucléaires européennes, un système de rattrapage de mou différentiel des torons, individuel et sélectif. Un ensemble de 55 vérins parallèles agit alors simultanément sur tous les torons du câble. Ce système applique un effort égal au dixième de l’effort final pour mettre en place le faisceau de torons dans son conduit en réduisant les mous. Le vérin global prend ensuite le relais pour la mise en tension complète (figure 13). 

La facilité de mise en place des vérins est assurée par des manipulateurs hydrauliques ; ils réduisent le temps de mise en place et garantissent la bonne coaxialité vérin-câble (figure 14).  L’efficacité de mise en place est assurée par l’automatisation et la mécanisation de l’ancrage provisoire sur le câble. Dans le cas de très gros faisceaux de câbles, c’est une garantie de fiabilité de l’ancrage.  La saisie des informations – force et allongement – pendant la mise en tension du câble, se fait par voie électrique aux moyens de capteurs. C’est une garantie de fiabilité dans le relevé de ces informations qui fait partie du contrôle systématique des opérations de mise en tension des câbles. La présence de ces capteurs est le point de passage obligé pour gérer automatiquement une opération de mise en tension avec l’assistance de l’informatique. Cette étape a maintenant été franchie par Freyssinet ; en matière d’assurance de la qualité, c’est un élément capital de la traçabilité. Le traitement 

Figure 12 – Vérin Freyssinet original. Dessin de principe

L’ancrage provisoire des torons sur le câble, permet l’accrochage du vérin. Il est conçu en général sur le même principe que les


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informatisé des données, saisies en continu, permet aussi de détecter très facilement des anomalies de comportement et de les gérer en fonction de procédures précises qui définissent les tolérances admissibles. C’est probablement un progrès majeur dans la gestion de la qualité de la mise en œuvre, dont les retombées interviendront au début du prochain siècle.

2.2.2.4 Conduits Les conduits permettent la libre circulation du câble dans la structure, afin qu’il puisse s’allonger librement pendant la mise en tension. Depuis l’origine de la précontrainte, ils ont pris des formes très variées ; après le papier kraft bitumineux des premières applications faites par E. Freyssinet, maintenant abandonné, on utilise le tube en acier ou matière plastique, le moulage direct dans le béton, et plus couramment la gaine en feuillard enroulé et agrafé en hélice ; ce dernier produit représente au moins 90 % de l’utilisation, c’est donc lui que nous décrirons en détail. 2.2.2.4.1 Gaine en feuillard Ce produit, d’utilisation très courante pour la précontrainte par post tension fait l’objet de deux projets de normes européennes pr EN 523 et pr EN 524 parties 1 à 6. Ces normes définissent deux classes de gaines 1 et 2 qui reprennent à peu près ce qui est défini en France par le CCTG (Fascicule 65 A et additifs) [11]. L’épaisseur du feuillard est une caractéristique fondamentale de ce type de gaine, car c’est d’elle que dépendent la régularité du tracé du câble – sans cassure ni point anguleux dans les courbures – et la faible résistance au défilement du câble sous tension. Ces deux éléments sont ceux qui assurent essentiellement la bonne transmission de l’effort de précontrainte le long du câble. Le tableau 4 de la norme pr EN 523 et le tableau 5 du Fascicule 65-A définissent les caractéristiques de ces gaines. Ces gaines sont fabriquées sur des machines spéciales à partir de feuillard en bande de largeur variable entre 32 et 137 mm selon les machines ; l’épaisseur varie de 0,25 à 0,6 mm de façon courante et peut aller à 0,8 mm en cas de besoin. En France, le feuillard est toujours du type non revêtu (voir § 1.3.2) ; dans d’autres pays (États-Unis en particulier) le feuillard est généralement galvanisé à chaud, ce qui assure une meilleure protection contre la corrosion avant et après mise en œuvre dans la structure. Le coefficient de frottement entre câble et gaine, au moment de la mise en tension, varie de 0,16 à 0,22. Cette valeur est fonction de l’épaisseur du feuillard, de la taille des câbles et surtout de l’état de lubrification des torons. De nombreux essais de revêtement ont été faits, pour trouver de meilleures qualités frottantes de la gaine et donc la meilleure transmission de l’effort de précontrainte ; seul le procédé Freyssinet, consistant à appliquer sur le feuillard un savon de tréfilage adhérisé par une couche phosphatée, s’est développé. Il a été utilisé pour des structures à câbles très fortement ondulés avec de très grandes déviations angulaires (2 à 4 π rad sur des structures de l’offshore ou du nucléaire). Ce procédé permet d’obtenir des coefficients de frottement de l’ordre de 0,10 à 0,14. Les classes 1 et 2 de la norme pr EN 523 correspondent à deux types d’utilisation : la classe 1 dite gaine enroulable permet de préfabriquer le câble en atelier, revêtu de sa gaine. Il est enroulé pour être transporté sur site et déroulé pour la mise en place dans l’ouvrage ; l’épaisseur du feuillard est relativement faible (0,25 à 0,40 mm) et la gaine est alors assez fragile. Il y a risque de défauts d’étanchéité, de pénétration de laitance au moment du bétonnage et d’une mauvaise transmission de l’effort de précontrainte au moment de la mise en tension. Ce type de gainage est pratiquement abandonné en France ;

permet de découpler le gainage de la pose du câble, ce qui est un élément important de qualité dans la distribution des efforts de précontrainte le long du câble. En effet ces gaines sont posées vides dans le ferraillage et sont capables de résister à toutes les sollicitations de pose du ferraillage (chocs des barres lors des manutentions, circulation des opérateurs) et du bétonnage (aiguilles de pervibration). C’est également un avantage considérable pour la protection du câble contre l’oxydation, car le temps de séjour du câble sur site avant application de la protection définitive est réduit le plus possible (le plus souvent quelques jours).

Figure 13 – Nez de vérin équitension 55 C 15

Figure 14 – Manipulateur hydraulique utilisé au pont de Normandie



la classe 2 dite rigide, cintrable à la main utilise du feuillard de 0,40 à 0,60 mm ; elle tend à être la seule utilisée pour la précontrainte intérieure au béton (figure 15). Certes, elle est plus chère, mais elle 

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Figure 15 – Gaine rigide cintrable à la main

L’application de la norme pr EN 523, associée aux règles de l’assurance de la qualité permet de garantir aux chantiers, la fourniture d’un produit de qualité, toutefois à la condition que le stockage sur chantier, le déchargement et la manutention respectent quelques



règles élémentaires rappelées par les notices des fabricants et le Fascicule 65-A du CCTG [11].

2.2.2.4.2 Gaines en matière plastique Elles existent sous deux formes : — la première n’est autre que du tube PEhd (polyéthylène haute densité) utilisé depuis une vingtaine d’années pour installer de la précontrainte additionnelle dans des structures à renforcer (voir § 3.1), puis depuis une dizaine d’années pour installer la précontrainte extérieure ; — la seconde, également en PEhd, est une gaine au profil annelé obtenu soit par extrusion (VSL-PT-Plus ), soit à partir de bandes thermosoudées (Freyssinet-Plyduct ®). Elle a été développée récemment sous l’impulsion des Chemins de fer suisses pour la précontrainte intérieure, dans le but d’isoler électriquement le câble de la structure et éviter que les courants vagabonds des ouvrages ferroviaires provoquent des corrosions. Pour améliorer l’adhérence du câble à la structure, ces gaines ont un profil annelé assez voisin de celui des gaines en feuillard. Tubes PEhd Il s’agit de tubes conformes à la marque NF – PF, applicable aux tubes polyéthylène réf. AFNOR NF 114 de janvier 1990 [13], annexe 0, groupe 4, applications industrielles. La qualité utilisée normalement correspond à une pression nominale de 0,63 MPa (PN 6,3) ; dans certains cas on utilise aussi la qualité PN 4 (voir § 2.2.3.2.2). Le raccordement de ces tubes se fait par thermosoudure, soit par la méthode dite du miroir (réchauffement des deux lèvres à souder par un disque d’acier inoxydable – miroir – chauffé puis rapprochement des deux lèvres), soit par manchon thermosoudable (la fusion est obtenue par une résistance électrique incorporée au manchon). 

Gaines PEhd Il en existe deux modèles actuellement développés par VSL (figure 16) et Freyssinet. Il s’agit d’un système complet de gainage avec les raccords entre éléments, les raccords d’évents. Indépendamment des ouvrages ferroviaires suisses, cette gaine est bien adaptée pour des structures soumises à des ambiances très agressives, surtout si le dimensionnement est fait en précontrainte partielle. 

2.2.2.4.3 Tubes rigides en acier Ces tubes sont conformes à la norme NF A 49-150. Ils ne sont utilisés que sur des très grands ouvrages (enceintes de confinement de centrales nucléaires, plates-formes en mer), pour des gros câbles et pour des tracés particuliers (très fortes courbures, câbles verticaux). L’environnement des moyens lourds de construction de ces grandes structures justifie essentiellement la grande résistance des tubes. Le conduit conserve après bétonnage intense et parfois brutal les caractéristiques que l’on en attend (conservation du diamètre et du tracé). Le raccordement de ces tubes est fait par emboîtement (avec dilatation à froid d’une extrémité). L’étanchéité est renforcée par manchon thermorétractable. Ces tubes sont toujours cintrés sur machine s’ils sont utilisés dans les parties courbes du tracé d’un câble. En principe les rayons de courbure admis sont 100 ∅i < R  20 ∅i , ∅i étant le diamètre intérieur du tube. 2.2.2.5 Protection des unités de précontrainte Les différents paragraphes traitant de l’élaboration des aciers de précontrainte ont mis en évidence le souci permanent de produire des fils ou torons les moins sensibles possible à la corrosion. Une fois en place, les aciers doivent conserver leur intégrité : pour y parvenir, un soin tout particulier doit être pris tout au long des opérations de mise en œuvre. La protection des aciers contre la corrosion doit garantir la pérennité des sections d’acier résistantes et, par là même, celle des efforts de précontrainte. La méthode la plus ancienne, et encore la plus courante pour obtenir cette protection, consiste à remplir le vide entre torons (ou fils) et gaine par injection d’un matériau durcissable, stable dans le temps et franchement basique (pH 12). Le matériau de remplissage qui s’est naturellement imposé est un coulis à base de ciment dont la capacité protectrice vis-à-vis de la corrosion est incontestable. Un tel coulis présente aussi l’avantage d’assurer l’adhérence câbles-structure. Ce dernier point ne sera pas développé ici, car il concerne essentiellement des notions de dimensionnement des ouvrages, l’adhérence intervenant dans les calculs à la rupture. Des produits autres que le ciment sont parfois utilisés pour l’injection des conduits. Il s’agit de graisses ou de cires : — les graisses sont de même nature que celles qui servent de revêtement aux torons préprotégés en usine. Elles sont injectées à chaud. Leurs qualités protectrices sont intéressantes, mais la mise en place d’un tel matériau est délicate et elles restent visqueuses dans le temps ; — les cires sont d’origine pétrolières, comme les graisses, elles sont aussi injectées à chaud. Une fois refroidies, elles durcissent et restent stables. Non polluantes, elles sont préférables aux graisses ; — enfin des coulis de ciment , avec addition de résines (polyester), ont également fait l’objet d’applications expérimentales dans certains pays.

2.2.3 Mise en œuvre des systèmes de précontrainte

Figure 16 – Gaine PT - Plus (VSL)

Au travers de la description des produits qui entrent dans la précontrainte, nous avons montré que, depuis un peu plus d’un demi siècle, il y a eu des évolutions considérables. Nous avons vu aussi que E. Freyssinet et surtout la STUP (Société technique pour l’utilisation de la précontrainte, devenue maintenant Freyssinet International) ont œuvré à partir des années 50 pour que la technique se développe vers tous les types d’ouvrages et dans le monde entier. De très nombreuses entreprises soucieuses d’échapper au monopole découlant des brevets Freyssinet, ont créé leur propre système. Dans les années 60, un besoin de mise en ordre a commencé à se faire sentir ; l’ASP (Association scientifique de la précontrainte) a alors défini des recommandations pour le calcul de la précontrainte dans les structures. En 1964, l’ASP a constitué une Commission d’agrément des procédés de précontrainte qui regroupait en son sein


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des représentants des principales administrations, des organismes de contrôle, des bureaux d’études et des entreprises. Cette commission existe toujours sous le nom de Commission interministérielle de la précontrainte (CIP) et son secrétariat est assuré par le Laboratoire central des ponts et chaussée (LCPC). Sous l’effet conjugué de la réglementation de l’Agrément, de l’évolution vers les grosses unités de précontrainte à torons, de la concentration des entreprises de travaux publics et de leur mode de gestion des chantiers (utilisation généralisée de la sous-traitance, des sociétés de service – intérim –), la mise en œuvre de la précontrainte est devenue un métier de spécialistes, intervenant dans le cadre d’une entreprise distributrice spécialisée . Actuellement la physionomie de la profession de la précontrainte en France est donc la suivante : les sociétés françaises ou étrangères impliquées dans les techniques de la précontrainte depuis plus de trente ans continuent à développer les techniques et les systèmes d’ancrages [Freyssinet, VSL, DSI, CCL (Cable Covers Ltd), BBR, etc.]. Ces sociétés se sont organisées en entreprises spécialisées dans la mise en œuvre de la précontrainte ou ont concédé des licences à des entreprises distributrices spécialisées également organisées pour mettre en œuvre la précontrainte. La CIP ne délivre son agrément, selon le règlement défini par l’arrêté ministériel du 14 avril 1989, qu’à des entreprises distributrices spécialisées qui donc détiennent à la fois la connaissance d’un système de précontrainte mais aussi, l’organisation, la compétence et l’expérience pour la mise en œuvre selon les règles du CCTG Fascicule 65 A et additif [11]. Dans la suite du texte, nous nous placerons donc dans ce nouveau contexte français, voisin de celui qui se pratique en Allemagne et qui, sur la base de l’action conjuguée de ces deux pays, du Benelux et des pays nordiques, devrait constituer la base de la future organisation européenne.

2.2.3.1 Homologation, Assurance de la qualité et sécurité pour la mise en œuvre de la précontrainte Ces trois notions sont regroupées dans un même sous-chapitre car elles sont très interdépendantes et découlent souvent l’une de l’autre, quel que soit l’ordre dans lequel on les aborde ; la séparation apparente, est donc tout à fait artificielle et n’a pour but que de clarifier la présentation. 2.2.3.1.1 Homologation des entreprises distributrices spécialisées Le tableau synoptique (tableau 4) résume la procédure selon laquelle la CIP prononce à la fois l’Agrément d’une entreprise distributrice spécialisée pour un procédé de précontrainte et l’homologation d’une armature. (0) Il faut en retenir les trois éléments essentiels suivants, qui entrent dans les critères de jugement : — le dossier technique du système d’ancrage, conformément aux annexes 1 et 2 du règlement de l’Agrément, comportant notamment les résultats obtenus au cours des essais conventionnels ; — l’organisation et les moyens matériels de l’entreprise ; — les références, la capacité du personnel et la mise à jour de ses connaissances en particulier pour le personnel chargé de mise en précontrainte (CMP) . La décision de la CIP comporte une mise à l’épreuve, en général de 3 ans, et une remise en question permanente au travers des visites de contrôle effectuées par le LCPC, dans le cadre de la mission de contrôle qui lui est confiée aussi bien sur la fabrication des organes de précontrainte (câbles-ancrages) que sur la mise en œuvre sur chantier (mission VCU – vérification du contrôle en usine ).

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La profession de la précontrainte, dans le cadre du SNBATI (Syndicat national du béton armé, des techniques industrialisées et de l’entreprise générale), a maintenant formalisé le contenu de la formation d’un CMP, le diplôme correspondant ainsi que les modalités de recyclage. Cette procédure garantit la compétence du personnel de ses adhérents et l’homogénéité de ses compétences en respectant les spécificités propres à chaque système de précontrainte.

2.2.3.1.2 Assurance de la Qualité De plus en plus fréquemment les entreprises distributrices spécialisées vont se doter d’une organisation conforme aux normes ISO 9001 ou 9002, garantissant de fait, leur fonctionnement selon les principes de l’Assurance de la qualité. D’ores et déjà, toutes celles qui ont obtenu l’Agrément ont mis en place un Plan d’assurance de la qualité (PAQ) conforme aux prescriptions de l’annexe III au règlement de l’Agrément, pour la fabrication des ancrages et de celles du Fascicule 65-A (articles 21, 22, 23) [11] du CCTG, pour la mise en œuvre sur chantier. Ces dispositions constituent une garantie de qualité des opérations de précontrainte pour la maîtrise d’œuvre et le maître d’ouvrage. Pour certaines entreprises, cette organisation a été mise en place depuis 20 ans pour la construction des centrales nucléaires françaises, à la satisfaction d’EDF (Électricité de France) et des entreprises. 2.2.3.1.3 Sécurité C’est un domaine très important de la mise en œuvre de la précontrainte ; en effet la mise en précontrainte transfère aux structures une énergie élastique considérable (1,4 MJ pour un câble 19 T 15 de 100 m de longueur), qu’on imagine d’autant moins que les équipements hydrauliques sont plus puissants. C’est bien là que l’on mesure tout l’intérêt des dispositions évoquées ci-dessus concernant les tests préalables, l’exécution par du personnel compétent avec des procédures de qualité rigoureuses ; ces éléments sont le fondement même de la sécurité. Pour être plus concret, rappelons que le CMP doit, avant de procéder à une mise en tension, s’assurer : — du bon état de son matériel (vérins, flexibles hydrauliques, matériel d’injection...) ; — de l’étalonnage de ces équipements de mesure ; — de la qualité du toron qu’il va utiliser ; — de la résistance du béton dans les zones d’ancrage au moment de l’application de la précontrainte ; — de l’équipement de sécurité de son personnel (casque, lunettes, gants, chaussures au minimum). Enfin, il faut se rappeler que c’est au moment de la mise en tension que les efforts de précontrainte sont les plus grands. La sécurité immédiate pour les opérateurs et pour le reste du personnel du chantier, c’est de ne pas se trouver dans l’axe du câble ni dans le voisinage immédiat du vérin, pendant l’opération de mise en tension du câble. 2.2.3.2 Mise en place des conduits D’une façon générale, en France, les conduits sont posés vides et sont réalisés à partir de gaines rigides cintrables à la main, de tubes ou gaines en matière plastique, ou de tubes en acier. Lorsque le conduit est posé avec le câble préfabriqué, les prescriptions concernant la rigueur du tracé sont à peu près les mêmes. Nous devons distinguer deux cas : — la pose des conduits de précontrainte intérieure ; — la pose des conduits de précontrainte extérieure.



Tableau 4 – Procédure d’obtention de l’agrément d’une entreprise distributrice spécialisée

pour un procédé de précontrainte et de l’homologation d’une armature


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2.2.3.2.1 Pose des conduits de précontrainte intérieure La géométrie du tracé d’un câble est définie par le dessin d’exécution de la structure. Dans la pratique des supports de câbles, indépendants ou intégrés au ferraillage, sont disposés à des distances de 1 à 2 m (variable avec le type de gaine et la taille des câbles). Sur ces supports on fixe solidement le conduit en tenant compte à la fois des efforts verticaux dirigés de haut en bas (masse du câble quand il est enfilé dans le conduit avant bétonnage, circulation du personnel sur le ferraillage) et de bas en haut (poussée d’Archimède sur la gaine vide) lorsque le câble est enfilé après bétonnage et que l’on utilise des bétons fluidifiés. La disposition adéquate des supports permet de limiter le festonnage des conduits entre supports, générateur de pertes par frottement dans les déviations parasites ; ces pertes sont prises en compte forfaitairement dans les calculs (0,002 rad · m –1 pour des câbles ne traversant pas de joints ou surfaces de reprise, 0,003 rad · m –1 dans le cas contraire). La maîtrise de ce festonnage est particulièrement délicate avec les câbles gainés en usine et les gaines plastiques ; elle est beaucoup plus simple avec les gaines rigides cintrables à la main (d’où leur généralisation en France) et a fortiori avec des tubes rigides (figure 17 ). Le festonnage doit également être impérativement supprimé lorsque les câbles sont très près des parois, car il peut générer des poussées au vide, avec éclatement du béton au moment de la mise en tension. Les règles de pose des conduits sont définies dans le Fascicule 65 A, article 93-2 et dans l’additif, article 71.3.2 [11] lorsque le câble comporte des coupleurs. Les méthodes sont définies dans les procédures de pose de l’entreprise distributrice spécialisée. La plupart du temps, il est prudent de réceptionner l’état des conduits après bétonnage, par passage d’un gabarit circulaire de diamètre égal au minimum défini par les spécifications (ou la norme). 2.2.3.2.2 Pose des conduits de précontrainte extérieure Elle est définie en détail dans l’additif du Fascicule 65-A, chapitre 8, articles 81-82-83. Le point le plus important de la pose des conduits de précontrainte extérieure est la mise en place des déviateurs qui sont les seules zones de contact entre le câble et la structure ; le respect de la position du déviateur selon ses trois coordonnées et ses trois angles directeurs est un élément capital du tracé du câble. S’il n’en est pas ainsi, les cassures angulaires peuvent provoquer le percement du conduit PEhd utilisé dans la presque totalité des cas, voire l’éclatement du béton au droit du déviateur. C’est une question délicate, à la frontière des prestations de l’entreprise générale et de son sous-traitant pour la précontrainte ; elle doit toujours faire l’objet d’un contrat précis, d’une méthode élaborée et d’un mode de réception contradictoire, avant la pose du conduit. La ficelle tendue et tangente entre deux déviateurs successifs est une méthode simple et efficace de contrôle (final et à la pose). Pour l’utilisation courante de précontrainte extérieure avec câble en torons clairs, la gaine normalement utilisée est de classe PN 6,3 (§ 2.2.2.4.2). Toutefois lorsque le câble est constitué de torons gainés-protégés, injectés avant mise en tension, la qualité PN 4 est suffisante (figure 18).

Figure 17 – Pose de gaine en centrale nucléaire

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2.2.3.3 Enfilage du câble dans les conduits Il existe deux méthodes d’enfilage du câble dans le conduit : — la plus utilisée consiste à pousser le toron à très grande vitesse (1 à 6 m/s) directement dans le conduit ; — la moins fréquente consiste à enfiler, par traction au treuil, un câble préalablement fabriqué et enroulé en atelier. 2.2.3.3.1 Enfilage par poussage de toron Cette méthode est utilisée chaque fois que l’enfilage n’est pas sur le chemin critique et qu’elle est physiquement possible. Elle consiste à pousser un ou plusieurs torons (2, 3 ou 4) simultanément dans le même conduit ou dans plusieurs conduits voisins, de longueurs identiques, à très grande vitesse. Le bout des torons est revêtu d’un embout démontable particulier. La méthode est adaptée à tous les tracés de câble, sauf les câbles verticaux en U, dont la longueur est comprise entre 150 et 200 m. Pour les câbles de longueur supérieure, lorsqu’ils ne sont pas intérieurs à la structure ou lorsqu’on peut disposer d’une fenêtre suffisante sur le tracé du câble, on utilise une machine relais qui s’enclenche latéralement sur le toron. La machine à enfiler dévide le toron par le centre d’une couronne de toron introduite dans un dévidoir statique ; ce dévidoir peut être à une distance de la machine à enfiler de zéro à une cinquantaine de mètres et la machine à enfiler peut être à une distance de l’entrée du conduit de zéro à une dizaine de mètres. Dans ce cas, le toron est guidé jusqu’à son entrée dans le câble, dans un tube flexible spécial. Il faut savoir que ces facilités de positionnement des équipements d’enfilage par rapport à la structure affectent la longueur enfilable, mais elles résolvent bien des problèmes d’accès sur certains chantiers. Cette méthode fait l’objet de procédures particulières adaptées au matériel de l’entreprise. On a beaucoup reproché à cette méthode de ne pas garantir la formation d’un faisceau de brins parallèles, lorsque l’on a commencé à la mettre en œuvre il y a une vingtaine d’années ; depuis, on a un peu amélioré les procédures et surtout on lui a découvert de nombreux avantages qui ont fait oublier l’inconvénient. Le principal intérêt est le temps très court qui sépare la sortie du stock de la bobine de toron de la mise en tension du câble et de sa protection définitive. Un autre est l’absence totale de souillures aux cours des manutentions et transport. Le troisième enfin, est le faible coût. 2.2.3.3.2 Enfilage par traction du câble préfabriqué Cette méthode comporte d’abord la préfabrication du câble, puis le soudage d’un anneau de traction et l’enroulage en couronnes au gabarit routier. Cette préfabrication comporte en général un stockage de longue durée (quelques semaines à quelques mois) pendant lequel il faut renouveler les dispositions de protection provisoire (pulvérisation d’huile soluble pure). Dans certains cas, pour des câbles de taille moyenne (12 T 15) avec un tracé peu perturbé, on peut éviter la soudure et utiliser un tire-câble en tresse d’acier (chaussette japonaise ).

Figure 18 – Gainage en précontrainte extérieure



L’enfilage proprement dit, se fait par traction au treuil au travers du conduit ; l’enfilage du câble de treuil est réalisé soit par traction sur un fil pilote (fil de précontrainte de 7 à 8 mm de diamètre enfilé préalablement par poussage), soit par traction sur une câblette enfilée préalablement dans le conduit à l’aide d’air comprimé. La capacité du treuil doit toujours être largement dimensionnée (de 1 à 3 fois le poids du câble). Le dévidage du câble préfabriqué nécessite un dévidoir rotatif, avec freinage lorsqu’il s’agit d’enfiler des câbles dans des conduits en U vertical (figure 19). Cette méthode nécessite donc des matériels bien adaptés ainsi que des procédures spécifiques définies par l’entreprise.

2.2.3.4 Mise en tension des câbles de précontrainte Cette phase de la mise en œuvre de la précontrainte, ainsi que la suivante (§ 2.2.3.5) sont les deux plus importantes : la première crée la précontrainte de la structure et garantit sa stabilité en service, la seconde assure sa pérennité. Bien évidemment, ces deux opérations ne peuvent être pleinement efficaces, que si tout ce qui précède depuis les matériaux, la fabrication des ancrages et le début de la mise en œuvre, a été réalisé conformément aux spécifications (et aux règles de l’art). Rappelons ici, une fois de plus, que la mise en précontrainte est une épreuve souvent difficile pour la structure, mais que c’est là que se situe le plus qualificatif de cette technique, par rapport à la plupart des autres. Nous nous attacherons à développer ici, tout ce qui permet à l’entreprise distributrice spécialisée de garantir qu’elle a bien établi un système de forces de précontrainte conforme aux prévisions de l’étude. 2.2.3.4.1 Contexte réglementaire de la mise en tension Les règles d’exécution de la mise en tension sont définies, pour la France, aux articles 93-3 et 95 du Fascicule 65-A du CCTG et 54-2 de l’additif, à l’annexe 1 de ce dernier [11]. Certaines procédures de réalisation des contrôles sont codifiées par la profession (documents SNBATI – Groupe précontrainte – concernant le tarage des vérins, la mesure du coefficient de transmission de la force de précontrainte d’un câble d’une extrémité à l’autre de son conduit). Les procédures spécifiques d’un système sont définies par chacune des entreprises distributrices spécialisées. La responsabilité de la bonne exécution de la mise en précontrainte dépend très largement du chargé de mise en précontrainte (CMP) ; il doit en effet s’assurer : — de la qualité de ses moyens (matériels et personnel) ; — de la capacité de la structure à recevoir la précontrainte (résistance du béton, conformité du câblage) ; — de la qualité de la mise en tension (effort, allongement, coefficient de transmission, rentrée de la clavette). Il serait long et fastidieux de reprendre ici le détail des prescriptions citées ci-dessus. Nous ne reprendrons que les principes concernant les éléments fonctionnels de la mise en tension. Il est important de remarquer que, si les prescriptions réglementaires peuvent paraître lourdes : — elles tiennent compte d’une longue expérience dans la pratique de la mise en œuvre de la précontrainte, en associant les points de vue maîtrise d’œuvre et entreprise ; — elles encadrent l’ensemble des spécificités des systèmes de précontrainte agréés. En pratique, pour un système donné, les choses sont quand même plus simples d’autant que les progrès réalisés en permanence sur les matériels intègrent systématiquement certaines exigences et parfois vont plus loin.

Mise en place du vérin sur le câble Elle doit assurer la bonne coaxialité du vérin et du câble, le bon centrage du vérin sur la tête d’ancrage. Notons que l’utilisation de manipulateurs et de vérins à prise automatique du câble facilitent la bonne mise en place (figure 20). 

Mise en tension L’usage de la prise d’information (pression et allongement) par lecture d’un manomètre et d’une position d’index sur une règle graduée a consacré une mise en tension par paliers. Partant du principe que l’allongement est proportionnel à la force appliquée, la mesure des allongements se fait par mesure de la variation entre trois forces partielles connues et l’extrapolation, à effort nul, pour déterminer l’origine des allongements (figure 21). Un palier dit d’alerte est effectué à 0,95 de l’effort nominal de précontrainte F 0 , pour faire une vérification anticipée du couple effort-allongement qui sera obtenu en fin de mise en tension. La mise en tension est jugée satisfaisante si pour l’effort F 0 on obtient un allongement compris entre 0,95 a 0 et 1,10 a 0 , a 0 étant l’allongement calculé à partir des données théoriques ou à partir des résultats de mesure du coefficient de transmission. S’il n’en est pas ainsi, il y a anomalie déclarée et le CMP après avoir informé la maîtrise d’œuvre, met en place la procédure du traitement de l’anomalie. Celle-ci comporte : — l’analyse de la situation en relation avec le bureau d’études ; — le traitement de l’anomalie si elle n’est pas compatible avec le projet. Deux cas se présentent alors : — soit l’allongement est trop faible ; — soit il est trop fort. Dans les deux cas, la première hypothèse d’anomalie concerne la valeur du coefficient de frottement prise en compte, trop faible dans le premier cas, trop forte dans le second. De nouvelles mesures de coefficient de transmission (voir ci-dessous) doivent être faites sur des câbles analogues – s’il y en a – ou sur le câble concerné, après qu’il ait été détendu s’il s’avère que le phénomène est isolé. 

Figure 19 – Câbles en U

2.2.3.4.2 Exécution de la mise en tension Mise en place de la tête d’ancrage Lorsque l’enfilage des torons du câble ne se fait pas directement au travers de la tête d’ancrage, il faut veiller à ce que les torons ne soient pas croisés devant la tête lorsqu’on la pose sur le câble ; cela générerait des frottements parasites et éventuellement des ruptures. 

Figure 20 – Vérin C 1000 mise en place sur le câble


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Ce contrôle de la valeur du coefficient de transmission k =

F p ------F a

avec F p effort au vérin passif, F a effort au vérin actif a le grand mérite de porter un jugement global sur toutes les opérations de la mise en œuvre de la précontrainte qui précèdent, ainsi que sur la qualité des matériaux en place (câble, gaine). Il est réalisé par la méthode des vérins actifs et passifs, dite méthode de l’Ingénieur général Robinson , qui consiste à enregistrer l’effort F p transmis par un câble au travers de son conduit à un vérin de mise en tension passif fonctionnant en capsule, lorsque le vérin actif exerce à l’autre extrémité un effort F a . F Le rapport ----p-- interprété par la loi de Cooley : F a Figure 21 – Diagramme effort-allongement

L’excès de frottement peut provenir, d’une mauvaise pose des gaines ou de leur qualité, de leur oxydation ou de celle du toron – ce qui est inadmissible mais peut se produire surtout quand le huilage de protection est interdit – de fuites de laitance de béton au moment du bétonnage. L’expertise peut nécessiter l’utilisation d’une caméra passée au travers de la gaine – quand c’est possible – ou d’un système endoscopique. Le traitement de l’anomalie comporte en général le changement du câble, l’intensification de la lubrification pouvant aller jusqu’à la pulvérisation de poudre de graphite dans la gaine et éventuellement le nettoyage de la gaine s’il y a de la laitance. Le frottement trop faible ne suffit en général pas à justifier totalement un excès d’allongement. C’est en tout cas le résultat d’une mise en œuvre parfaite sur des ouvrages avec un cycle de réalisation très court. Notons que c’est une situation de plus en plus fréquente avec les progrès réalisés dans la qualité de la mise en œuvre. L’autre explication est à rechercher sur le câble. Elle peut provenir d’une section de toron minimale (– 2 %), ce qui peut se produire lorsque le toron est acheté au mètre, ou de la valeur du module d’Young du câble, d’un module réel du toron beaucoup plus bas que la valeur 190 GPa – il arrive que cela se produise mais c’est exceptionnel – de mous différentiels entre torons provenant d’un tracé du câble très tourmenté conduisant à des écarts importants de longueur entre eux. La mise en tension simultanée d’un tel faisceau de torons par un vérin unique peut alors conduire – pour un toron à caractéristiques minimales – à un dépassement de la limite d’élasticité de certains d’entre eux et un module moyen apparent du câble plus faible que la normale. Il n’y a guère de remède efficace dans ce cas, en dehors du rattrapage des mous par le système équitension (§ 2.2.2.3.2). Si cette méthode ne peut être adoptée, on a souvent intérêt à appliquer l’effort normal de tension et à accepter l’excès d’allongement en dérogation.

2.2.3.4.3 Contrôle de la mise en tension En dehors des conditions préalables à la mise en tension (§ 2.2.2.3.2) et des vérifications de résultats : conformité des efforts et allongement, rentrée de clavette qui est le critère de la bonne réalisation mécanique de la fonction ancrage, le contrôle le plus important pour la qualité de la précontrainte de la structure est celui du coefficient de transmission. Les règles le concernant figurent dans l’article 95-4-2 du fascicule 65 A et la procédure est définie à l’annexe 1 de l’additif.

C 2 372 − 22

F p F a

------ =

exp [ –( f α + ϕ d ) ]

permet d’accéder à la valeur du frottement câble/gaine f lorsque l’on connaît l’angle de déviation α , la longueur du câble d et les pertes en ligne forfaitaires ϕ . Notons que, contractuellement en France, les résultats de cette mesure peuvent conduire, selon le moment où elle est faite, à : — un nouveau calcul d’allongement ; — un nouveau calcul de la précontrainte avec éventuellement une addition. Cet élément du contrôle de la mise en œuvre de la précontrainte est certainement une supériorité de la technique française sur tout ce qui se pratique dans le monde. C’est la conséquence d’une politique concertée entre les maîtres d’ouvrages et la profession, à laquelle on doit probablement d’avoir moins de pathologies et d’accidents en France que dans beaucoup d’autres pays même très évolués techniquement. Signalons enfin que la mise en œuvre de la précontrainte assistée par ordinateur apporte à la mesure du coefficient de transmission de nouvelles possibilités. L’automatisme permet d’accroître la fréquence des mesures et facilite l’interprétation des résultats et leur formalisation.

2.2.3.5 Protection définitive par injection de coulis de ciment Le paragraphe 2.2.2.5 a rappelé l’importance de la protection des armatures contre la corrosion et le rôle joué par les coulis d’injection, en particulier les coulis à base de ciment. Les coulis de ciment pour injection ont beaucoup évolué depuis leur application sur les premiers ouvrages de précontrainte. Aussi, pour bien appréhender l’évolution des ouvrages existants, paraît-il indispensable de situer dans le temps les différentes phases qui ont marqué les progrès faits tant sur la composition et la fabrication que sur les moyens de mise en œuvre des coulis à base de liants hydrauliques. 2.2.3.5.1 Évolution des coulis Jusqu’au début des années 60, les coulis d’injection étaient composés de ciment (type CPA essentiellement), de sable fin et d’eau. La teneur massique en eau était élevée, E /C = 0,40 à 0,45. Même si le souci permanent était de la réduire le plus possible, certains, poussés par la facilité , ont pu, parfois, la maintenir forte pour fluidifier le matériau. Ils pensaient, à tort, favoriser l’écoulement du liquide dans le conduit.



Le sable, à raison du tiers à la moitié du poids de ciment, était introduit dans le mélange dans le but très louable de donner un sque- lette au coulis. On pensait, ainsi, le rendre moins sensible au retrait et améliorer ses qualités d’adhérence. Aucune considération économique n’entrait dans cette pratique, le prix du sable en petite quantité n’étant pas très éloigné de celui du ciment ! Le sable était du type dit de Fontainebleau ; de formation éolienne, il présentait une granulométrie serrée, sans limon, ni argile et sans élément supérieur au millimètre. À partir des années 55, l’ajout d’un adjuvant a été systématiquement préconisé. Deux objectifs étaient visés : — plastifier le coulis ; — le rendre expansif. L’expansion est censée compenser le retrait et les vides laissés en partie haute des conduits, une fois l’eau d’exsudation réabsorbée. La fonction expansion est obtenue par addition au plastifiant d’une poudre d’aluminium qui, au contact du ciment, génère des bulles gazeuses. Néanmoins, dès les années 75, cette fonction expansion a été abandonnée en France, pour deux raisons : la première parce que son efficacité a été jugée peu concluante, les effets du retrait et de la décantation étant postérieurs à l’expansion, la deuxième beaucoup plus contestable parce que certains y ont vu un risque de corrosion fissurante des aciers qui serait due à l’effet de l’hydrogène naissant contenu dans des bulles en début de réaction. En réalité, ce risque n’a jamais été mis en évidence dans les ouvrages existants. Dès les années 60, plusieurs voies de recherche ont été développées pour améliorer la qualité des injections. Les points faibles de l’injection étaient essentiellement, le risque de formation de bouchons, les défauts de remplissage avec présence de vides le long du tracé des câbles et la décantation du coulis dans les points hauts du tracé. Pour résoudre ces problèmes, les sociétés de précontrainte se sont orientées vers deux pôles : — l’amélioration du coulis ; — le développement des moyens de malaxage et d’injection.

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Amélioration du coulis Il est apparu assez rapidement que la présence de sable dans le coulis pouvait freiner sa progression dans les conduits. En effet, les fils et les torons ne sont pas parallèles entre eux tout le long de leur tracé ; les changements de courbure et les croisements font obstacle au bon écoulement du coulis. Le sable est retenu dans ces zones où il a tendance à s’accumuler en se séparant du ciment et de l’eau. La conséquence possible est la formation d’un bouchon avec présence de zones vides où l’acier se trouve moins bien protégé. Les coulis actuels ne comportent donc plus de sable. La recherche s’est portée sur la quantité minimale d’eau à introduire pour que le coulis sans sable soit de qualité (donc le moins riche en eau possible) tout en étant suffisamment fluide pour être injectable. Un test simple a été mis au point aujourd’hui universellement reconnu, c’est le cône de Marsh. Il caractérise ce que l’on pourrait appeler l’injectabilité . L’essai consiste à mesurer le temps d’écoulement d’un volume défini de coulis au travers d’une buse calibrée. Le temps de passage d’un litre de coulis dans une buse de 10 mm de diamètre est de l’ordre de 32 s. Une telle caractéristique permet l’injection de câbles de grande longueur. Les coulis à base de ciment, d’eau et d’adjuvant ont fait l’objet de nombreuses études comparatives d’une région à l’autre en fonction des ciments disponibles et l’on s’est orienté vers des coulis à base de ciment CPA uniquement, moulus assez fins, indice Blaine de l’ordre de 3 500. Les adjuvants sont en général, des fluidifiants, des plastifiants et des retardateurs. C’est sur ces bases, mais avec des variantes, que sont établies la plupart des coulis modernes, (§ 2.2.3.5.2). Bien entendu des contrôles du temps de malaxage ont été imposés et l’effet des températures extérieures sur la vitesse de prise a été étudié avec précision. Des tests de fausse prise sont conseillés pour éviter toute surprise en cours d’injection.

2.2.3.5.2 Les injections aujourd’hui Le rappel historique que nous venons de tracer vise deux objectifs : — rappeler qu’un certain nombre de tâtonnements ont jalonné l’évolution de la précontrainte au début de son développement ; — donner des précisions sur la façon dont ont été exécutés les ouvrages anciens pour mieux en assurer l’entretien et la conservation. Aujourd’hui tous les constructeurs ont bien compris que, de la bonne mise en œuvre de l’injection dépendait cette qualité essentielle des ouvrages, la pérennité.

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Perfectionnement du matériel d’injection C’est peut être dans ce domaine que les progrès ont été les plus remarquables. Ils ont porté sur deux points essentiels, les moyens de malaxage et les matériels d’injection.  Moyens de malaxage Pour qu’un coulis s’injecte correctement, il faut qu’il soit stable et parfaitement homogénéisé. Il faut aussi qu’il présente le moins de décantation possible. Seul un malaxage puissant et contrôlé permet d’y parvenir. Le malaxeur à main a dû être abandonné au profit de malaxeurs électriques à hélices plus puissants, tournant à 1 500 tr/min. (figure 22). Après un malaxage de trois minutes, un tel matériel permet d’obtenir un coulis stable et homogène. Toutefois, des essais préalables de convenance sont indispensables pour affiner la durée de malaxage. Cette dernière peut varier en fonction du ciment réellement utilisé sur le site. L’amélioration des conditions de malaxage a permis de préparer des coulis beaucoup moins riches en eau et de limiter la décantation. Mesurée dans des éprouvettes graduées transparentes, la valeur de la décantation doit être inférieure à 1 % de la hauteur. Pour arriver au même résultat, certains pays ont utilisé des malaxeurs à double tambour qui, moins courants et plus onéreux, ont été finalement abandonnés.  Matériel d’injection Le matériel d’injection à main a été proscrit et remplacé par des pompes électriques jusque-là utilisées pour le pompage des boues. Dans le cas de ces pompes, un rotor hélicoïdal tournant dans un stator en néoprène assurait la progression du coulis sous un débit de 1 m 3 /h ; la pression dans les conduits restait acceptable, mais l’ensemble stator-rotor résistait mal à l’abrasion du ciment. Des ensembles plus robustes ont alors vu le jour : ce sont des pompes à piston capables de débiter plus de 3 000 L/h, sous des pressions pouvant atteindre 0,5 MPa sans usure prématurée (figure 23). De tels ensembles, perfectionnés et plus puissants sont encore d’emploi courant comme nous le verrons dans les paragraphes suivants. Leur principe reste tout à fait adapté aux câbles actuels de forte puissance et de grande longueur.

Figure 22 – Malaxeur 2000 (Freyssinet)


C 2 372 − 23


Les types de structures évoluent, les armatures de précontrainte aussi : — la capacité des unités de précontrainte atteint 1 400 t, les conduits qui les concernent ont un diamètre de 160 mm, de gros volume de coulis deviennent nécessaires ; — les techniques actuelles de mise en œuvre des câbles permettent l’utilisation de câbles de grande longueur sans difficulté particulière ; — les grandes structures industrielles, les centrales nucléaires, les plates-formes offshore, les bâtiments de prestige exigent des câbles de grande hauteur. Différents types de coulis aujourd’hui Les coulis dits standards Il s’agit des coulis utilisés sur les ouvrages dont les câbles présentent un tracé peu ondulé et dont la longueur ne dépasse pas une soixantaine de mètres. Ces coulis ont fait, en général, l’objet d’une formulation précise en fonction des ciments régionaux disponibles. Ils sont composés de ciment, d’eau suivant un dosage précis et d’un adjuvant fluidifiant. Ils sont conformes aux exigences du Fascicule 65-A [11] et des projets de normes européennes CEN/TC 104/WG 6. Une vérification de convenance du matériel disponible sur place reste nécessaire.  Les coulis retardés ou à durée d’injectabilité maîtrisée De tels coulis ont été mis au point par certaines sociétés détentrices de procédés pour répondre au cas difficile d’injection de câbles traversant des joints de construction. Pour assurer un remplissage complet de tels câbles, il faut les injecter simultanément en utilisant des rampes d’injection et en suivant la progression du coulis. Les quantités à mettre en œuvre deviennent, alors, importantes ; le coulis ne doit pas s’épaissir trop rapidement et il est indispensable de retarder sa prise par emploi d’adjuvants spécifiques. Les méthodologies de fabrication du coulis sont elles-mêmes particulières ; plusieurs brevets les concernent. Certaines d’entre-elles permettent même d’être maître du temps de retard de façon à l’adapter aux conditions climatiques propres au chantier, aux caractéristiques des câbles, longueur, puissance des unités, etc. Les coulis retardés ont été un élément moteur pour la préparation des coulis en centrale, indispensable pour les chantiers importants. On peut dès maintenant envisager des points de préparation industrielle du coulis à l’image des centrales de béton prêt à l’emploi, avec transport sur longue distance. Bien conscientes de l’absolue nécessité d’injection de la meilleure qualité possible, les sociétés de précontrainte continuent leur recherche dans ce domaine et progressent.  Les coulis thixotropés Les coulis thixotropés, comme tout matériau thixotrope, se liquéfient lorsqu’ils sont mis en mouvement. Au repos, ils se comportent comme s’ils étaient figés. Ils présentent aussi un aspect colloïdal très intéressant qui fait que lorsqu’ils cheminent dans un conduit, ils progressent suivant un front perpendiculaire au tracé du câble. Ainsi, même pour des diamètres importants et sur un tracé très incliné, il n’y a pas emprisonnement de bulles d’air. Cette propriété a été mise à profit pour l’injection des câbles des unités les plus puissantes avec ondulations de grande hauteur. De plus les coulis thixotropés sont particulièrement stables et présentent un très faible ressuage. Ces coulis font l’objet de différents brevets. De préparation délicate, ils sont en général mis en œuvre par les entreprises distributrices spécialisées. 

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Technologies disponibles À l’heure actuelle, on utilise deux catégories de matériels selon la taille du chantier.  Matériels mobiles et légers pour les chantiers de faible et moyenne importances On peut classer dans cette catégorie les ponts de moins de 150 m de longueur, les chantiers de bâtiment, la plupart des réservoirs ruraux et d’une façon générale tous ceux qui n’exigent pas une quantité de ciment pour les injections supérieure à une cinquantaine de tonnes.

Les entreprises distributrices spécialisées disposent pour ce type de chantier, de petit matériel mobile permettant d’injecter 3 m 3 /h environ. Les malaxeurs sont des ensembles légers regroupant une pompe doseuse pour l’eau et les adjuvants, une cuve de malaxage équipée d’un malaxeur à turbine et un bac dit d’ entretien pour maintenir le coulis bien homogène avant son envoi dans les conduits. Les pompes à injection puisent le coulis dans le bac d’entretien. Du type pompe à piston , elles permettent de réguler le débit, de régler les pressions maximales d’injection. Il faut rappeler que le matériel d’injection doit être maintenu très propre car les résidus de coulis qui peuvent faire prise dans le matériel en fin d’injection sont à l’origine de certaines pannes, voire de difficultés d’injection par formation de bouchon. Les opérations d’injection sont toujours délicates et il ne saurait être question de les confier à un personnel non averti.  Matériels fixes pour les chantiers de grande importance Ces chantiers sont devenus assez fréquents puisqu’ils concernent tous ceux qui exigent la mise en œuvre rapide de gros volume de coulis dans un temps limité : par exemple, les ouvrages à voussoirs préfabriqués conjugués ou non, les structures pétrolières ou nucléaires ou, d’une façon plus générale, tous les ouvrages dont la masse de précontrainte mise en œuvre dépasse une centaine de tonnes. Le matériel de préparation du coulis devient alors plus complexe et plus mécanisé. Le ciment est approvisionné en silo. Le système de malaxage est une véritable petite centrale à coulis avec tous les automatismes modernes pour contrôler les dosages de différents composants du coulis (figure 24). Le malaxeur proprement dit est une puissante turbine avec circulation interne du coulis. Les bacs d’entretien deviennent en même temps des bacs de transport du coulis qui, contrairement au cas précédent, peut alors être fabriqué assez loin de son lieu d’utilisation (à 1 000 m et plus). Le matériel d’injection est très comparable à celui utilisé sur les petits chantiers. Pour répondre à la mise en place du coulis sous gros débit, on peut soit multiplier le nombre de pompes soit utiliser des équipements à fort débit unitaire (figure 25).

Figure 23 – Pompe 2001 (Freyssinet)

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C 2 372 − 24

Figure 24 – Centrale à coulis sur site nucléaire



Les grands chantiers sont souvent de longue durée. Les injections des câbles doivent être possibles sous des températures très variables. S’il est toujours fortement déconseillé d’injecter lorsque la température de la structure est inférieure à 0 oC, il faut, par contre, pouvoir injecter sous température élevée. Un matériel de refroidissement de l’eau devient absolument nécessaire pour éviter une température du coulis trop élevée en fin de malaxage. Dans ce cas, comme nous le verrons plus loin, les coulis eux-mêmes doivent être adaptés.  Équipements particuliers disponibles Un matériel bien adapté ne suffit pas pour réussir une opération d’injection. Plusieurs équipements de détail doivent être prévus. Ils sont déjà indiqués au paragraphe 2.2.2, nous en rappelons néanmoins l’essentiel : — les capots : ce sont des pièces qui viennent recouvrir l’ancrage après mise en tension et qui assurent de façon transitoire la liaison entre la pompe et le conduit. Étanches sous une pression de l’ordre de 1,5 MPa, ils sont en général différents d’un type d’ancrage à l’autre. En fin d’injection, une vanne permet de les désaccoupler de la pompe tout en maintenant la pression dans le conduit (figure 26) ; — les évents : ils sont placés en points hauts des conduits, ils permettent de libérer l’air qui aurait pu rester emprisonné dans les câbles à tracé ondulé. L’expérience montre qu’en réalité la poche d’air ne se concentre pas tout à fait au point haut, mais à environ 1 m plus loin. On place, donc, en général, un deuxième évent en ce point pour favoriser la chasse de la poche et faire, par cet évent, une injection complémentaire avant le début de prise de coulis. Dans le cas de risque de gel avant injection des conduits, on peut être amené à placer des évents en point bas du tracé ; cette disposition est source de complications, elle doit être limitée aux seuls cas où aucune autre solution n’est vraiment envisageable ; — les tubulures de raccordement des pompes aux têtes d’ancrage : leur qualité est un gage de réussite des opérations d’injection. Les tubulures doivent résister à une pression de 1,5 MPa et comporter le moins possible de points singuliers : raccords, vannes, coudes, etc. Généralement en tube souple, type conduite d’air comprimé, elles peuvent être métalliques sur les chantiers importants. Tous les ensembles utilisés, matériels, tubulures, pièces de raccordement, doivent être maintenus dans un état de propreté parfait pour éviter tous les risques de formation de bouchon qu’entraîne la présence de résidus de coulis ancien durci.

2.2.3.5.3 Cas particuliers d’injection Injection par le vide Les premières injections par la technique du vide datent de plus de 20 ans. Elles ont donné lieu à plusieurs brevets, la plupart maintenant dans le domaine public. Le principe général est le suivant : pendant que l’on injecte le coulis par une extrémité du câble, le vide est maintenu dans le conduit à partir de l’extrémité opposée. Ainsi, il n’y a guère possibilité de formation de poches d’air enfermées dans le coulis et le remplissage du conduit est très fortement amélioré. En fin d’injection, le coulis introduit est mis en pression par la pompe d’injection, opération qui réduit les quelques vides éventuels, toujours possibles, à des volumes très négligeables. Des variantes existent et permettent en particulier de réinjecter des zones mal remplies par le coulis. Elles consistent, à partir d’une même extrémité d’un câble, à mettre la poche à remplir en dépression et aussitôt après à envoyer un volume complémentaire de coulis pour combler les vides. On peut maintenant sans difficulté, obtenir des pressions résiduelles de l’ordre d’une dizaine de millibars (figure 27). Les années à venir devraient voir la généralisation de l’injection par le vide. 

Injection des câbles de grande hauteur Ce n’est pas un problème de pression qui se pose, mais un problème de décantation au niveau des points hauts dans la zone des ancrages supérieurs. On connaît depuis longtemps le phénomène chimney effect (effet de cheminée), à l’origine de remontées d’eau abondantes aux points hauts près des ancrages de tête. Ce phénomène est accentué dans le cas de câbles composés de torons, 

Figure 25 – Pompe PH 125 (Freyssinet) sur site nucléaire

Figure 26 – Capots d’injection avec système de réinjection gravitaire

Figure 27 – Injection par le vide

car l’eau en excès du coulis est filtrée au travers du toron et, du fait de sa densité plus faible que celle du coulis, est entraînée au point haut où elle s’accumule. Il ne saurait être acceptable de maintenir cette eau en place, il faut l’évacuer. Pour cela, plusieurs solutions ont été proposées. Certaines consistent à évacuer l’eau au fur et à mesure qu’elle se présente en maintenant un remplissage gravitaire à partir de l’ancrage. Deux techniques récentes, viennent d’être mises au point (figure 28) : — la première (figure 28a ) consiste à placer, en partie supérieure, un conduit de section plus importante que la gaine, pour créer un réservoir à eau exsudée. L’accès à ce réservoir est possible par un évent latéral qui permet l’enfilage d’un tuyau plastique, à la verticale, dans la zone de coulis pauvre. L’élimination de ce coulis pauvre s’effectue par le tuyau en mettant le coulis sous pression par l’évent du capot, 2 à 3 h après l’injection. On procède alors au remplacement de l’eau et du coulis pauvre par du coulis nouveau qu’on laisse reposer jusqu’au lendemain ; le lendemain, après élimination de l’eau exsudée, on réalise la dernière réinjection jusqu’au bloc d’ancrage ; — la seconde (figure 28b ), associe les techniques du vide et de l’effet de cheminée. La gaine est injectée sous vide et par gravité, par le haut ; le vide étant effectué par l’orifice d’injection de la tromplaque et au travers de l’extrémité supérieure des torons. Lorsque le coulis arrive en partie supérieure on combine la mise sous pression de la colonne de coulis avec l’aspiration forcée, sous vide, de l’eau exsudée au travers des fils de torons. Cette technique a permis de faire chuter le rapport E/C à 0,22 et améliorer ainsi les caractéristiques du coulis déjà injecté.


C 2 372 − 25


Injection des câbles de grande longueur Les câbles de grande longueur exigent un coulis du type thixotropé. La vitesse d’écoulement dans le conduit est une notion à ne pas négliger. On a constaté que sa valeur optimale se situait dans une plage de 10 à 18 m /min selon la taille des unités à injecter. Cette vitesse permet, à la fois un bon enrobage de tous les aciers et évite la formation de bulles. La ségrégation et l’exsudation étant faibles, les risques de présence d’eau libre sont très réduits. 

Traitement des parties de tracé à forte ondulation (figure 29) Lorsque la dénivellation h est supérieure à 1,20 m, l’injection est réalisée par un ajutage mis en place au point bas ( ➀ et ➁). Un évent supplémentaire, situé à 1 m environ du point le plus haut est mis en place afin d’évacuer la poche d’air et l’eau d’exsudation ( ➂ et ➃). L’opération s’effectue par réinjection des coulis à partir des points bas (ajutages de points bas ou d’extrémités d’ancrages) afin de chasser l’air et l’eau exsudée vers les points hauts. Il est souvent nécessaire de réinjecter du coulis à 2 ou 3 reprises, toutes les demi-heures ou toutes les heures suivant le type de mélange utilisé afin d’éliminer complètement l’eau exsudée. 

Injection de familles de câbles traversant des joints de construction C’est le cas des câbles longitudinaux d’ouvrages construits avec des joints, par voussoirs conjugués ou non. Le coulis, en cheminant au travers des joints, peut passer d’un câble à l’autre. Cela peut conduire à une injection en pointillé, très néfaste pour la pérennité de l’ouvrage. La solution consiste, alors, à injecter les câbles par famille entière, en faisant progresser le coulis dans tous les câbles simultanément et en contrôlant de façon précise cette progression. Un jeu de vannes placées sur une rampe d’injection à l’entrée de chaque câble permet à une équipe expérimentée d’assurer le remplissage complet des conduits. Le coulis doit obligatoirement être du type retardé de façon à rester maître des opérations en cas d’incidents, même si les quantités de coulis à injecter sont très importantes. 

Injection à la graisse ou la cire La graisse comme la cire doivent être injectées dans des conduits très étanches. Dans le cas des graisses en particulier, l’huile occluse peut, par défaut d’étanchéité, apparaître en surface dans le temps et tacher le parement. Le matériel d’injection est spécifique puisque le matériau est injecté sous forte température : 80 à 95 oC. Des réchauffeurs doivent permettre d’amener les produits à la bonne température. Les équipements, vannes, tubulures de raccordement, évents, etc., doivent être prévus dès la conception de l’ouvrage. 

Figure 29 – Schémas d’injection sous vide de câbles fortement déviés Figure 28 – Injection de câble de grande hauteur

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3. Techniques dérivées La plupart d’entre elles résultent de la maîtrise des gros efforts transmis par des câbles, ce qui est la pratique courante de la précontrainte ; il est significatif, en effet, de constater que les personnes rompues à la pratique de la précontrainte ne sont jamais démunies devant des problèmes qui mettent en jeu des efforts de plusieurs dizaines de milliers de tonnes. C’est unique dans le monde des techniques.

Figure 30 – Ancrage de cerce

3.1 Précontrainte additionnelle C’est l’application à une structure quelconque, d’efforts – en général importants – qui permettent de la renforcer, de lui conférer une meilleure stabilité sous des efforts normaux ou exceptionnels. Ces efforts sont appliqués par des câbles sous des formes les plus variées : tirants rectilignes, cerces de cerclage, câbles de tracé complexe quand la structure permet leur mise en place. Les applications sont très nombreuses et variées ; elles nécessitent le plus souvent des études complexes car la nature de la structure n’est pas toujours conforme aux hypothèses de la résistance des matériaux. Ces applications sont passionnantes pour le projecteur et intéressantes à mettre en œuvre. Elles font appel à de très nombreuses techniques (forages, scellements, selles de déviation...) pour introduire les efforts dans la structure. La difficulté majeure est d’assurer une bonne protection des câbles qui assurent la précontrainte, souvent à l’extérieur de la structure. Les techniques maintenant éprouvées de la précontrainte extérieure permettent en général de bien régler le problème, mais il existe toujours des points singuliers qui nécessitent à chaque fois une réflexion particulière. La précontrainte additionnelle utilise toute la panoplie des matériaux et matériels de la précontrainte traditionnelle. En matière d’ancrage cependant, il faut noter qu’il y en a deux types qui lui sont pratiquement réservés : l’ancrage de cerce qui est composé de deux ancrages opposés et qui permet de jouer le rôle d’un nœud sur un toron (figure 30) ; 

l’ ancrage croisé ou ancrage dit pour tension par le centre qui assure à peu près la même fonction que le précédent, mais qui est installé sur un câble droit dont les extrémités sont inaccessibles ou doivent rester masquées pour des raisons esthétiques (façades de l’Arc de triomphe de l’Étoile) : (figure 31). On trouve donc maintenant de la précontrainte additionnelle dans des structures renforcées où on ne l’attend pas, telle qu’une rosace d’église gothique (cerce monotoron graissé), dans des clochers, dans l’Arc de triomphe, dans des ponts en béton armé, dans des silos et des réservoirs d’eau circulaires, dans des ponts continus pour prendre en compte les effets du gradient thermique inconnus au moment de la construction, dans des ponts isostatiques rendus continus, etc. On doit retenir l’idée que la précontrainte additionnelle est un outil très puissant au service de l’ingénieur. 

3.2 Levage et manutention Depuis une vingtaine d’années, l’état d’esprit précontrainte a pénétré ces domaines d’activités ; les treuils linéaires sot dérivés directement des vérins de mise en tension des câbles de précontrainte [2].

Figure 31 – Renforcement de l’Arc de triomphe (Paris)

3.3 Haubanage Traditionnellement le haubanage des ponts et des toitures était l’apanage des fabricants de câbles depuis que les câbles en acier ont remplacé les cordes (haubanage des mâts de navire) ou les chaînes (haubanage ou suspension des ponts). Cette situation s’est radicalement transformée lorsque dans les années 70 les procédés de précontrainte, ont introduit dans cette technique l’expérience et l’état d’esprit de la précontrainte. BBR a commencé avec les câbles à fils de précontrainte HIAM ( high amplitude ), puis Freyssinet a introduit les câbles à torons pour les ouvrages de Rande (Espagne) et Brotonne (France).


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3.3.1 Spécificités du haubanage par rapport à la précontrainte Ces spécificités sont de plusieurs ordres : tout d’abord l’ environnement : le hauban est toujours à l’extérieur de la structure. Sa protection devient un élément capital de la technologie ; elle concerne la pluie, le vent, le gel, les radiations solaires, les oiseaux, etc. ; 

ensuite les sollicitations mécaniques qui majoritairement sont des sollicitations dynamiques, de grande amplitude avec un nombre de cycles de l’ordre de 10 6 pour des charges roulantes sur les ponts, de faible amplitude avec un nombre de cycles de l’ordre de 10 7 et 108 pour les effets du vent sur toutes les structures haubanées. Il résulte de ces spécificités une technologie très différente de celle de la précontrainte, bien qu’elle en découle directement. Ces différences concernent la haute performance en fatigue dans les zones d’ancrages et la qualité de la protection, aussi bien pour les zones d’ancrages que pour les parties courantes des câbles. 

3.3.2 Résistance aux sollicitations de fatigue Les sollicitations de fatigue sont près de 10 fois plus élevées que celles subies par les câbles de précontrainte extérieure des ouvrages d’art (150 MPa de variation de contrainte contre 20 MPa environ) d’où la désignation commerciale du système BBR, HIAM. De plus, ces variations introduisent, dans les zones d’ancrages, des sollicitations de traction et de flexion qui exigent des dispositions originales pour y résister. À ce sujet, il est intéressant de signaler les deux écoles en matière d’ancrages pour haubans :

3.3.3 Résistance à l’environnement Là encore, Freyssinet a innové en se libérant des méthodes de la précontrainte et en particulier, de la protection par le coulis de ciment, dont on a perçu les limites pour ce type d’ouvrage (fissuration et masse trop importante pour les câbles très longs). C’est donc à son initiative qu’a été développé le toron individuellement protégé (§ 1.3.4.6) (figure 33 et 34). Il est important de noter que le revêtement PEhd de ce toron a fait l’objet d’études spécifiques en vue d’améliorer sa tenue aux radiations (ultraviolets en particulier). Cela conduit à des additions particulières dans les résines de base, en quantité et qualité qui sont fonction de la durée de vie escomptée du matériau et de sa couleur ; ces éléments sont de type sacrificiel et donc consommés pour assurer la protection du monotoron de base. Enfin, dans le cas des grands ouvrages, la tenue au vent est une question très difficile qui au plan de la mise en œuvre conduit à des dispositions évitant l’amorce des phénomènes vibratoires (gaine aérodynamique ; figure 34) et empêchant leur propagation quand elles prennent naissance sur un câble de la structure. Il s’agit d’amortisseurs en pied de câble et d’un réseau de câbles amortisseurs transversal au réseau de haubans (aiguilles amortisseuses ). Ces câbles font l’objet d’études spécifiques tant en ce qui concerne leur coefficient d’amortissement propre, que de leur résistance en fatigue, de leurs ancrages et de leur mise en place (figure 35). Ainsi, cette courte évocation du haubanage montre qu’il s’agit de la technique dérivée de la précontrainte, la plus spectaculaire et la plus prestigieuse, qui mériterait un développement particulier.

l’ école ancienne , directement dérivée des ancrages de précontrainte, pour laquelle la résistance à la fatigue est assurée en filtrant les variations de contrainte au travers d’une injection rigide, souvent à base de résine ; 

l’école nouvelle , dont Freyssinet est à l’origine, qui a défini des dispositions d’ancrage qui résistent parfaitement à la fatigue sans l’aide de l’injection. La courbe de Wöhler établie à l’occasion de la construction du pont de Normandie, à raison d’un essai de fatigue par fraction de 50 t d’une fourniture de 2 500 t de toron Tréfileurope, sur une éprouvette monotoron comportant deux ancrages monotorons de texture identique à celle de ceux de l’ouvrage, fait apparaître une limite de fatigue du hauban supérieure à 200 MPa. Les conséquences de ces performances sont multiples : — les torons sont ancrés individuellement, sans liaison rigide en service qui pourrait gêner l’indépendance entre les torons ; — les torons peuvent ainsi être installés et démontés individuellement ce qui simplifie considérablement la mise en œuvre qui peut être réalisée avec des moyens très légers ; — les torons sont mis en tension individuellement, à la valeur finale, grâce au dispositif breveté de l’ isotension ; rappelons pour apprécier l’intérêt de cette méthode que la mise en tension d’un hauban sur une structure souple, conduit à des tensions initiales différentes pour chacun des torons du câble constituant le hauban (figure 32) ; — l’indépendance des torons et leur protection individuelle évitent l’effet de gangrène que l’on a pu constater sur les haubans de première génération, lorsque la protection est localement détériorée. L’idée fait son chemin actuellement et probablement se généralisera sous des formes voisines. 

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Figure 32 – Isotension. Schéma de principe



Figure 33 – Hauban : composé de torons individuellement protégés

Figure 35 – Aiguille du pont de Normandie

plus les charges variables d’une structure sont importantes, mieux le béton précontraint se place. C’est ainsi que même pour des petites portées, mais avec des descentes de charges importantes, le béton précontraint est plus économique ; 

malgré les énormes améliorations de la productivité dans la construction métallique et la sidérurgie, ces dernières années, le béton précontraint reste très compétitif dès que les travées dépassent une centaine de mètres. Entre 60 et 100 m, la compétition est aujourd’hui plus vive, et les deux types de solution ont leur place ; 

pour des ouvrages contenant des liquides, le béton permet de réaliser économiquement des structures entièrement comprimées même en charge, ce qui assure à l’ouvrage un comportement bien meilleur vis-à-vis de l’étanchéité ; 

Figure 34 – Gaine du pont de Normandie

4. Données économiques Il est toujours très difficile de donner des règles précises pour évaluer le coût des ouvrages et comparer entre elles des solutions de types différents. On a tendance à opposer d’une façon générale, le coût d’une solution en béton armé à celui d’une solution en béton précontraint ou d’une solution en béton précontraint à celui d’une solution métallique. Toute généralisation doit être faite avec prudence, car tout ouvrage est, en fait, un cas particulier. De plus, dans le temps, les prix des différents composants varient, parfois dans des sens opposés ce qui peut rendre caduques les conclusions d’un jour. Il ne faut pas négliger aussi, dans toute comparaison, le fait que la précontrainte apporte très souvent un plus technique qui n’est pas toujours quantifiable. On peut néanmoins préciser un certain nombre de données : tout ouvrage conçu en béton armé peut donner lieu à une solution en béton précontraint, alors que l’inverse n’est pas vrai. C’est ainsi que le béton armé ne peut économiquement franchir des travées isostatiques de plus de 30 m alors que le béton précontraint a dépassé les soixante mètres. En ouvrage continu, les différences sont encore accentuées ; 

pour ce qui est des coûts de la précontrainte elle-même, il est intéressant de faire apparaître deux éléments : — une partie fixe, les ancrages (il y a deux ancrages par câble) ; — une partie variable, l’acier proprement dit ; (cette partie est fonction de la longueur du câble). Les ancrages sont rémunérés à la tonne · mètre utile ancrée. Un mètre de câble transportant x tonnes sur un mètre et pesant y kilogrammes représente x tonnes · mètres. Avec cette définition, on peut très facilement connaître le nombre de tonnes · mètres exigées par une structure bien définie. En connaissant le poids d’un mètre de câble on peut aussi définir le poids total d’acier utilisé sur l’ouvrage. 

Exemple : pour donner un ordre de grandeur des prix, on peut dire que, pour un ouvrage courant en 1995, la tonne ancrée coûte aux environs de 10 F et la tonne · mètre aux environs de 2 F. Bien que la comparaison doive être faite ave c précaution, on peut dire que la tonne · mètre d’acier de béton armé, définie de façon comparable vaut aux environ s de 5 F.

L’acier ne saurait être le seul élément de comparaison ; d’autres éléments interviennent. Ainsi, dans un ouvrage précontraint, le béton est lui aussi mieux utilisé que dans un ouvrage en béton armé : c’est un avantage supplémentaire. L’apport original de la précontrainte entre en jeu aussi, dans les méthodes d’assemblage et, plus généralement, de construction. Cet apport a permis des développements nouveaux et très intéressants comme la construction par encorbellement.


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5. Vues d’avenir La prospective est un art difficile et les espoirs que font naître les performances sont très souvent déçus par le niveau de prix. Le débouché dans le domaine de la construction est parfois gêné par la modestie des quantités consommées. Il ne survient généralement que lorsqu’il y a conjonction entre les besoins dans plusieurs domaines d’activités, entraînant la baisse des prix de production ou conjonctions d’avantages multiples transformant les données du coût d’usage.

5.1 Matériaux Nous n’évoquerons ici que le béton, l’acier de précontrainte et les matériaux composites.

5.1.1 Béton Il s’agit des BHP (béton à hautes performances) . Il faut insister sur le mot performances : il ne s’agit pas seulement de la résistance à la compression. Certes, cette caractéristique est importante et l’ingénieur est sensible à l’intérêt structurel des bétons dont la résistance à la compression atteint 100, 200 MPa, voire près de 1 000 MPa pour BPR (béton à poudre réactive). Certes ce béton, dont la structure est plus voisine d’une fonte moulée à froid que d’un béton hydraulique, ne constituera pas les structures traditionnelles de notre environnement du début des années 2000, mais il faut connaître la tendance. Il est plus important dans l’immédiat d’améliorer le matériau béton dans le domaine où il est le moins performant à court et long termes : la résistance en traction, le retrait, le fluage, la perméabilité. C’est ainsi que des travaux pour EDF (Électricité de France) ont permis de mettre au point du béton à faible chaleur d’hydratation, donc à faible retrait, par réduction du dosage en ciment (300 kg/m 3) tout en obtenant une résistance caractéristique de 60 MPa, non recherchée au départ. Ce béton permet de limiter la fissuration de retrait des enceintes de confinement des centrales nucléaires ; il a été mis au point pour l’enceinte n o 2 du site de Civaux (Haute-Vienne) et sera probablement retenu pour le réacteur européen EPR. On peut aussi citer pour mémoire les progrès attendus par l’utilisation des fumées de silice qui complètent la granulométrie des ciments vers le bas (quelques dizaines de nanomètres) et possèdent des propriétés pouzzolaniques, des fibres (plastiques et aciers), des résines, etc. [3].

5.1.2 Acier de précontrainte Il ne faut pas attendre de miracle dans les vingt années à venir, avec des progressions analogues à celles que l’on peut attendre des bétons. Par contre, dans le droit fil des méthodes que nous avons développées au paragraphe 1.3.4, on peut penser que les méthodes de plus en plus fines de maîtrise des processus sidérurgiques conduiront à des progrès sur les fils de précontrainte. Des expérimentations sont actuellement menées soit au stade du laboratoire, soit en usine sur la base des méthodes appliquées aux produits de très faibles diamètres (quelques dixièmes de millimètre) pour l’armature des pneus (steel-cord ). Cela peut laisser espérer des résistances à la traction de 2 500 à 3 000 MPa à l’échéance 2010.

5.1.3 Matériaux composites On se reportera à la rubrique Composites du traité Plastiques et Composites.

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Nous n’évoquerons ici que des produits à structure unidirectionnelle, formés d’un assemblage de fibres parallèles, de diamètre 5 à 20 µm, agglomérés avec une résine de synthèse, thermoplastique ou thermodurcissable. Ils se présentent sous forme de fils (joncs) de diamètre 5 à 10 mm obtenus par la technique de la pultrusion. Les fibres sont du verre, du carbone ou de l’aramide plus connue sous les noms commerciaux de Kevlar ou Twaron ; les résines sont des époxy, des polyesters ou des polyamides ( Nylon ). Les propriétés mécaniques intéressantes de ces produits sont essentiellement, la résistance en traction de l’ordre de 2 000 MPa sur fibre, soit de l’ordre de 1 000 MPa sur le matériau composite ; leur masse volumique est 4 à 5 fois plus faible que celle de l’acier. Par contre, ce matériau a un comportement fragile (pas de déformation plastique avant rupture), il n’a aucune résistance aux contraintes orientées perpendiculairement à la fibre et, à l’exception de certaines qualités de carbone, il a un module d’Young compris entre 80 et 120 GPa (contre 200 GPa pour l’acier). Quand on ajoute à cela, le fait que le verre est corrodable par le béton et que les fibres aramides, absorbent l’humidité ambiante et se dégradent, on en déduit que seul le carbone peut se révéler intéressant, bien que le plus cher actuellement des trois types de produits composites. Au plan physico-chimique, le carbone est assez inerte, au moins dans l’environnement habituel ; il est également amagnétique. Si donc, ce produit est susceptible de développement, c’est dans des domaines où l’on pourra exploiter ses propriétés spécifiques, l’acier étant alors hors compétition. On peut imaginer des structures haubanées de très grandes portées, totalement composites (couvertures, grands ponts) ou des structures pour installations médicales ou industrielles totalement amagnétiques et cependant précontraintes pour assurer leur stabilité, ou enfin des structures ancrées en mer sur des fonds supérieurs à 1 000 m ; dans ce dernier cas la masse volumique de l’acier devient trop importante et le seul poids propre fait atteindre ses contraintes limites. Les progrès de ces matériaux sont donc à suivre ; leur pénétration significative dans le monde de la construction prendra beaucoup de temps.

5.2 Méthodes de mise en œuvre Leur évolution dépend de deux phénomènes : — les progrès et les nouveaux développements qui interviendront sur les matériaux ; — les progrès de l’environnement technologique (mécanisation, robotisation, informatisation).

5.2.1 Progrès et nouveaux développements sur des matériaux Parmi les thèmes de progrès et développement évoqués au paragraphe 5.1, il n’y a rien qui modifiera de façon fondamentale les méthodes de mise en œuvre. Tout au plus nous verrons apparaître des adaptations liées aux spécificités des matériaux nouveaux comme par exemple les composites ; par ailleurs les fabricants de ces produits devront faire tout ce qui est possible pour rendre leur utilisation la plus voisine des habitudes et méthodes actuelles pour faciliter la pénétration de leur produit. Il faut insister sur la situation particulière du toron gainé protégé à adhérence différée évoqué au paragraphe 1.3.4.6. En effet, ce produit, s’il s’avère être efficace et compétitif, peut faire disparaître la notion de conduit, propre aux applications de précontrainte par post tension, au profit d’une mise en place très voisine de celle des armatures passives. Une telle situation supprimerait toutes les concentrations d’efforts dans la structure, génératrices d’effets secondaires, et conduirait à une précontrainte naturellement mieux diffusée dans la structure. Pour ce qui concerne la mise en tension, le fait d’utiliser des unités monotoron de capacité modeste (150 à 300 kN), permet d’envisager des vérins de mise en tension légers, manipulés par un robot. Bien sûr, une telle évolution ne peut concerner que les pays à fort coût de main-d’œuvre.



5.2.2 Progrès de l’environnement technologique Contrairement aux progrès que nous venons d’évoquer, il est probable que les améliorations de la technologie seront plus rapides ; le processus est d’ailleurs déjà amorcé. La tendance générale est à l’augmentation de la taille des unités ; la taille et la masse des vérins croissent encore plus vite et imposent impérativement des systèmes de manutention. Le processus est probablement irréversible, à moyen terme. De plus, la généralisation des règles de l’assurance de la qualité, et en particulier la notion de traçabilité, imposera de plus en plus la saisie automatique des résultats de mise en tension. Aujourd’hui, exiger du personnel exécutant la tenue des fiches et l’exploitation de certaines valeurs relevées en cours d’opération, présente beaucoup de difficultés et est source d’imprécisions voire d’erreurs. L’assistance par informatique est probablement la solution et là encore, la voie est ouverte (§ 2.2.2.3.2) ; la perte de qualification du personnel, oblige à mettre en place ces méthodes de saisies automatiques des informations de contrôle. La présence du CMP est une garantie importante, mais pour qu’il soit efficace il faut qu’il soit déchargé de son activité de chambre d’enregistrement ; l’exécution continue du cycle de mise en tension accroîtra la productivité.

5.3 Protection Nous avons déjà beaucoup insisté sur la nécessité d’une protection de qualité pour garantir la pérennité de la précontrainte. La connaissance des phénomènes a progressé considérablement depuis l’origine. Toutefois, en ce qui concerne la protection par coulis de ciment, l’évolution des normes de ciments et celle de l’organisation des cimentiers, rendent de plus en plus difficiles les approvisionnements de ciments conformes aux spécifications de l’injection, en quantités souvent faibles pour une cimenterie (quelques tonnes à quelques dizaines de tonnes). Cette question préoccupe actuellement les professionnels qui réfléchissent à l’élaboration de liants spéciaux pour injection , qui mettraient cette opération à l’abri des aléas. Ce liant comportera des additifs variés qui, comme pour les bétons, seront probablement des résines de synthèse avec ou sans fumée de silice. Concernant la mise en œuvre, il est probable que l’on s’orientera progressivement vers la généralisation de l’injection sous vide, tant cette méthode est une assurance pour la garantie du remplissage des conduits. Parallèlement, il est probable que continueront à se développer les protections par injection de produits souples (cire pétrolière, graisses, etc.) ; à cela il y a au moins deux raisons : la première est celle qui résulte de la réaction, parfois brutale, de certains pays qui ont connu des désordres sur des structures précontraintes à la suite d’injections au coulis de ciment, réalisées sans exigences de qualité ni de contrôles ; 

la deuxième est celle qui résulte des exigences de surveillance de la précontrainte des enceintes de confinement des centrales nucléaires américaines. Ces exigences imposent le suivi de l’effort de précontrainte dans les câbles, en fonction du temps et de façon aléatoire. Il a fallu abandonner l’adhérence des câbles pour pouvoir les peser par retension périodique. L’idée fait donc son chemin parmi un certain nombre d’ingénieurs conseils, probablement un peu trop puristes, et les applications deviendront de plus en plus nombreuses avec l’accroissement des règles de sécurité, en particulier sur les structures industrielles réputées sensibles. Le toron gainé-protégé s’avèrera probablement la solution la meilleure pour satisfaire à ces nouvelles exigences. 

5.4 Surveillance des structures précontraintes Dans l’euphorie de sa géniale invention, il est possible que E. Freyssinet ait quelque peu rêvé d’éternité à propos de la durée de vie de ses structures précontraintes... Pour des raisons différentes, mais avec une conclusion identique, beaucoup de maîtres d’ouvrage, marqués par ce que l’on pourrait appeler le syndrome du peintre de la tour Eiffel (c’est-à-dire que le peintre commence au pied et arrivé au sommet il recommence, et cela depuis plus de cent ans !), ont pensé que le béton ne nécessitant pas de peinture, n’avait pas besoin d’entretien. C’est purement utopique. L’évolution de la pollution de l’air et des eaux de pluies dans les zones urbaines, l’accroissement du trafic, le salage des chaussées par temps froid ont montré, que même avec de la précontrainte il n’en était rien, en tout cas avec des bétons ordinaires. Depuis les années 70, on a enfin compris que les structures en béton vieillissent et qu’elles nécessitent un entretien. À partir du moment où l’on pense entretien, on pense surveillance pour en limiter le coût et le prévoir. Il est probable que dans l’avenir, la rationalisation des dépenses de l’État aidant, ainsi que la décentralisation, la notion de coût instantané d’un ouvrage (coût de construction) fera progressivement place à la notion de coût global objectif . Issue des méthodes d’analyse de la valeur cette notion est déjà appliquée aux équipements industriels et même à certains produits de consommation onéreux (voitures par exemple). Elle intègre les coûts d’entretien pendant la durée de vie escomptée pour l’ouvrage. Sa prise en compte impose la surveillance de l’ouvrage en général et celle de la précontrainte en particulier. C’est un nouveau marché qui s’ouvre dans le cadre de l’évolution de nos sociétés vers l’utilisation de plus en plus fréquente des sociétés de service. Cela entraînera donc des conceptions de structures un peu différentes. On programmera des remplacements d’organes dès qu’un certain nombre de critères d’usage ne seront plus conformes aux spécifications. C’est à cette nouvelle conception que répond ce que le professeur Mario P. Petrangeli appelle le pont machine : le pont machine est composé d’éléments de haut contenu technologique qui, chacun, accomplissant une fonction spécifique : hauban, tablier, précontrainte, appareils d’appui, amortisseurs contre l’effet du vent, dispositifs antisismiques, etc., doivent pouvoir être vérifiés et rem- placés comme chaque partie d’une machine. Le suivi de l’évolution des pièces critiques est le but de la surveillance. Pour la précontrainte, on s’efforcera de connaître l’évolution de la force, la qualité de la conservation des têtes d’ancrages, l’apparition éventuelle de corrosion, etc. Cela se traduira par l’adjonction de capteurs divers qui rendront la structure intelligente , l’ordinateur de contrôle détectant les anomalies. C’est une situation moins futuriste qu’il n’y paraît ; le maître d’ouvrage du pont de Normandie a engagé cette démarche. Ce n’est pas un exemple unique. D’autres suivront ; les entreprises distributrices spécialisées, éventuellement rajeunies, sont prêtes. Les principes d’économie intrinsèque associée à l’idée de précontrainte telle que nous l’a légué E. Freyssinet n’en seront pas oubliés pour cela.

6. Annexe A : origines du béton précontraint Les grandes étapes du développement de la précontrainte sont en fait celles de la carrière de Eugène Freyssinet.


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6.1 E. Freyssinet maître de la construction en béton (1905-1928) Le 1 er juillet 1905, il est nommé à Moulins, ingénieur des Ponts et Chaussées, chargé du service vicinal et du service ordinaire de l’arrondissement Est, Vichy et Lapalisse. C’est une période très active de sa vie, qui n’a rien à voir avec l’idée que l’on peut se faire aujourd’hui de l’activité d’un ingénieur d’arrondissement. Chargé alors de la construction des ouvrages communaux dont la subvention de financement ne venait jamais, il comprit très vite que leur réalisation était impossible sans forte réduction de leur prix de revient. Il trouva la solution en les réalisant en béton, plus compétitif que les autres matériaux (aciers ou maçonnerie). Ce fut là le premier défi du futur grand constructeur : réaliser des ouvrages pour un coût de 20 % des projets de l’administration, finançable directement par la commune. Ainsi, il en réalisa de très nombreux. Il reste une trace remarquable de ces ouvrages « maquettes », c’est le pont en arc de Préréal-sur-Besbre (26 m de portée) décintré en 1906 par l’action de vérins hydrauliques – une première en la matière –. Freyssinet rencontre alors François Mercier, entrepreneur à Vichy qui l’engage et le pousse vers le second défi de sa carrière, technique celui-là : la construction de 3 ponts sur l’Allier : le Veurdre, Boutiron et Châtel-du-Neuvre. Mercier, quant à lui, propose au conseil général de l’Allier un défi économique – dans la lignée de ceux des ouvrages vicinaux précités – consistant à construire en béton, sur les plans Freyssinet, les trois ponts sur l’Allier pour 630 000 F or, montant de l’estimation de l’administration pour la solution en maçonnerie du seul pont du Veurdre ! Il garantit la reconstruction selon les plans originaux, en cas d’échec de la solution béton. Le pari est pris et gagné ; il en reste un témoin, le pont de Boutiron (3 km en aval de Vichy (figure 36)), les deux autres ayant été démolis à la Libération. C’est ainsi que débute cette fabuleuse carrière de constructeur, qui se poursuit pendant la guerre de 1914-1918, pour le compte du ministère de la Guerre, par la construction d’un très grand nombre de couvertures par voûtes en béton, « hectares et hectares de hangars de chargement, dépôts, usines, grands hangars pour tous usages ». La période de la guerre voit la rupture du partenariat MercierFreyssinet au profit d’un nouveau, avec son camarade de promotion Claude Limousin. C’est une période brillante, ponctuée d’ouvrages phares dont il reste de nombreux exemples qui méritent le détour lorsqu’ils existent encore : pont de Villeneuve-sur-Lot (figure 37), pont de Tonneins sur la Garonne, marché couvert de Reims, hangars pour ballons dirigeables à Orly, et le pont Albert Louppe plus connu sous le nom de pont de Plougastel (sud de Brest) (figure 38). Freyssinet a compris très tôt que la vocation constructive et économique du béton était d’être comprimé. La solution naturelle pour le comprimer c’est la voûte. Freyssinet en a épuisé toutes les ressources alors que, dans ce même temps, il est en permanence taraudé par l’idée de précontrainte, celle née dès 1903, lors de la visite des consoles en béton de la rue de Rome. C’est finalement en 1928, en pleine gloire, qu’il décide « de risquer tout ce que j’avais de fortune, de réputation et de forces, pour faire de l’idée de la précontrainte une réalité industrielle ». Il abandonne Limousin, qui ne croyait pas à cette idée qui, à l’époque, n’avait même pas de nom.

sous la forme de produits industriels, maintenant devenu une réalité internationale qui utilise chaque année dans le monde, de l’ordre de un million de tonnes d’acier de précontrainte, sous une contrainte de service de 1 000 à 1 200 MPa. C’est probablement l’utilisation industrielle de l’acier la plus performante et la plus économique parmi toutes les utilisations actuelles ! C’est ce mode de réalisation de produits en béton qui a fait l’objet du brevet déposé le 2 octobre 1928 Procédé de fabrication de pièces en béton armé et des additions qui suivirent en 1928-1929 et 1930. Les premiers produits précontraints fabriqués industriellement sont des poteaux électriques construits en association avec Forclum. Alors que l’on n’était qu’en 1932 on réalisait quotidiennement dans l’usine de Montargis des bétons remarquables de résistance 80 à 100 MPa, atteignant 50 MPa entre 16 et 48 h, 30 MPa au démoulage « quelques dizaines de minutes » après coulage grâce à l’action simultanée de la compression, la vibration et le traitement thermique inventés par Freyssinet (figure 39).

Figure 36 – Pont de Boutiron (état actuel)

Figure 37 – Pont de Villeneuve-sur-Lot (état actuel)

6.2 Période sabbatique et invention de la précontrainte (1928-1932) Dans la citation ci-dessus, Freyssinet parle de « réalité industrielle » ; deux mots toujours très significatifs du double objectif de toute sa carrière, l’association des performances techniques et économiques. Il pressent alors pour le matériau béton ce devenir

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Figure 38 – Pont de Plougastel et pont de l’Iroise (pont à haubans)



Malheureusement la crise économique mondiale qui sévit à l’époque en décide autrement, et cette aventure industrielle tourne en désastre économique. Freyssinet est ruiné et c’est alors qu’il saisit, une nouvelle fois, au vol la chance qui passe avec le sauvetage de la toute neuve gare maritime du Havre (la première), celle qui devait accueillir le fringant paquebot Normandie.

6.3 Nouvel Art de construire en béton grâce à la précontrainte (1934-1962) Construite en 1933, la gare maritime du Havre (bâtiment de 600 × 45 m) s’enfonçait inexorablement à la vitesse de 25 mm par mois. L’ensemble des spécialistes s’étant déclaré impuissant devant un phénomène qui risquait de tourner en catastrophe, financière et politique. Freyssinet proposa une solution qui, si audacieuse et à contre-courant fut-elle, étant la seule, fut adoptée. Freyssinet y déploya toutes les connaissances que ses expériences heureuses et malheureuses des trente années précédentes lui avaient permis d’accumuler (précontrainte, vibration, traitement thermique à la vapeur), pour foncer des pieux sous le bâtiment au moyen de vérins prenant appui sur la structure. La précontrainte fut appliquée sous deux formes : précontrainte horizontale assemblant les anciens massifs de fondations avec de nouvelles longrines bétonnées entre eux, pour former des éléments horizontaux monolithiques rigides englobants les têtes des nouveaux pieux foncés par éléments tubulaires. La force de précontrainte pouvait atteindre 1 000 t (10 MN) ! 

précontrainte verticale des pieux tubulaires après bétonnage du vide intérieur, afin de les rendre monolithiques. Dix mois après qu’on lui ait confié le problème, les tassements cessaient – le bâtiment était descendu de 46 cm depuis le début de l’observation – et la gare était sauvée. De nouveau la gloire était au rendez-vous, le retentissement fut énorme et la précontrainte fut reconnue car Freyssinet avait « brisé le cercle infernal où se trouvent enfermés les novateurs, surtout en matière de grands travaux où toute novation met en jeu de lourdes responsabilités, chaque maître d’œuvre demandant des références et l’exemple d’un ouvrage antérieur ». Cette gloire aurait pu être fugace, si un troisième homme n’avait rencontré Freyssinet sur le chantier du Havre – Édmé Campenon – et lui avait offert l’environnement technique et financier lui permettant de poursuivre le développement de ses idées sur la construction en béton. La collaboration fut fructueuse, à peine interrompue par la Seconde Guerre mondiale. Le développement de la précontrainte a alors été fulgurant en France, en particulier dans les ouvrages d’art, car il a accompagné le grand boum de la reconstruction ; il commença dans les années 1945-1950 avec les ponts sur la Marne dans lesquels Freyssinet a mis toutes les méthodes constructives qui ont par la suite été copiées (parfois mal) et développées pendant les 50 années qui ont suivi. Tous ces ponts parfaitement conservés méritent aussi le détour. 

Figure 39 – Poteaux en béton précontraint

6.4 Héritage ; développement de la précontrainte dans tous les domaines La précontrainte a été très vite appliquée à tous les types de structures (ponts, réservoirs, silos, bâtiments industriels) et surtout, au travers de la jeune STUP (Société technique pour l’utilisation de la précontrainte) créée en 1943 par Campenon-Bernard, elle a conquis le monde. Dès 1955 la STUP était déjà à la tête d’un réseau d’une cinquantaine d’agents dans presque tous les pays du monde, pendant que son bureau de la rue Baugeon puis de la rue Spontini, était sans doute une des plus belles pépinières d’ingénieurs de génie civil, de toutes origines, qui ait jamais existé. Ainsi, soixante années après le sauvetage de la gare maritime du Havre, le béton précontraint a conquis le monde de la construction, quel que soit le type de structure de notre environnement moderne, du pavillon de banlieue (plancher), aux grands bâtiments (arche de la Défense) en passant par les stades, les halls d’usines ou de supermarchés, les réservoirs, les enceintes de confinement de centrales nucléaires (figure 40), les plates-formes pétrolières (figure 41) et bien sûr les ponts (figure 42). A-t-on pour autant complètement retenu le message de Freyssinet ? Ce n’est pas toujours sûr ! En effet ce que Freyssinet a toujours préconisé, et mis en pratique, c’est de définir l’objet à construire en fonction des méthodes et des moyens les plus adéquats pour le réaliser et non de décider a priori d’une forme de structure, d’en dimensionner ensuite les sections résistantes et de définir en dernier lieu le mode de construction. Cette dernière façon de procéder a cependant tendance à se généraliser étant donné le double carcan qui régit maintenant le métier d’ingénieur avec : — la surabondance de la réglementation, qui tient plus du contrat d’assurance que d’une ligne de conduite permettant de ne pas s’écarter des règles de l’art et qui finit par se substituer aux lois de la physique ; — la toute puissance des logiciels de calcul, qui a tendance à supprimer la réflexion de l’ingénieur et lui fait perdre la notion des ordres de grandeur. Au contraire, cet assistant fidèle devrait dégager l’ingénieur des calculs fastidieux, pour qu’il mobilise son jugement et son imagination qui restent les fondements de l’art de construire.

Figure 40 – Enceinte nucléaire, câblage du dôme (Daya Bay, Chine)


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Béton précontraint - Techniques de mise en oeuvre.pdf

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