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LA PRECONTRAINTE LES HAUBANS
Serge MONTENS SYSTRAPhilippe VION VCGP
ENPC / MASTER GCE
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SOMMAIRE
1. GENERALITES SUR LA PRECONTRAINTE2. LA PRECONTRAINTE PAR CABLES
INTERIEURS3. LA PRECONTRAINTE PAR CABLES
EXTERIEURS4. LES BARRES DE PRECONTRAINTE5. LES HAUBANS 6. LA PRECONTRAINTE EXTRADOSSEE7. BIBLIOGRAPHIE
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1. GENERALITES SUR LA PRECONTRAINTE
1.1. LES EFFETS GENERAUXStructure isostatique
Sous l’action des câbles la poutre se déforme
F1 F2
Méthode directe : Effets de la précontrainte représentés par les forces aux ancrages et aux points de déviation
Méthode interne
M = P×cosα× e e excentricité du câble
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Systèmes hyperstatiques
Réactions hyperstatiques de précontrainte
Effets de la précontrainte représentés par les forces aux ancrages et aux points de déviation
+ réactions hyperstatiques de précontrainte Rh
M = P×cosα× e + Rh×x
M = Miso+ Mh Mh moment hyperstatique de précontrainte
Liaisons viennent gêner les déformations
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CALCUL DES MOMENTS HYPERSTATIQUES DE PRECONTRAINTE
On applique la formule des 3 moments
bi Mi-1 +(ci + ai+1)Mi + bi+1 Mi+1 = ω’i+1 - ω”i
On a besoin de calculer les rotations dues à la précontrainte sur travées iso.On suppose la force de précontrainte constante le long du câble :
P×cosα = P
Calcul de ω’ et ω”.
� L’équation du câble s’écrit :e (x) = - 4f / l2 (x(l-x))
f
x
e
l
ω″
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Calcul de ω’ et ω”.
� Le moment à l ’abscisse x dans le système isostatique vaut :M (x) = P × e (x) = - 4f P/ l2 (x(l-x))
On trouve d’après les formules de Bresse :
ω’ = - ω” = - P×f×l / 3EI
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Exemple d’une poutre à 3 travées symétriques
� b1 M0 +(c1 + a2) M1 + b2 M2 = ω’2 - ω”1
M0 = 0 et M1 = M2
M1 et M2 moment hyperstatique de précontrainte sur appui.
� Travée 2e2 (x) = - 4f2 / l2
2 (x(l2-x)) + eM (x) = P × e2 (x) M (x) = - 4f2 P/ l2
2 (x(l2-x)) + P×eω’2 = P×l2 (f2/3 - e/2) / EI
f1
l1
e
l2 l1
f2 f1
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� Travée 1e1 (x) = - 4f1 / l1
2 (x(l1-x)) + ex / l1
M (x) = P × e1 (x) M (x) = - 4f1 P/ l1
2 (x(l1-x)) + P ex / l1
ω”1 = P×l1 (e - f1) / 3EI
� M1 = P [(l2 (2f2 - 3e) - 2 l1 (e - f1)) / (2 l1 + 3 l2 )]
� Moment hyperstatique positifcar f1 > e et f2 > e
M1 M2
+
f1
l1
e
l2 l1
f2 f1
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1.2. LE CABLE EN ZONE COURANTE
Acier:fpk = 1770 à 1960 MPafp0,1k = 1500 à 1770 MPa
Torons à 7 fils : Ø global 12,7 mm à 15,7 mmSection d’un toron: 99 à 150 mm²Acier à basse relaxation, pour limiter les
pertes par relaxation
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1.3. ANCRAGES
Ancrage actif: permet la mise en tension
Ancrage passif: ne permet pas la mise en tension
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Type: plaque et trompette
Plaque d’ancrage
Tête d’ancrage
Trompette
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Type: tromplaque
Tête
Tromplaque
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Ancrages compacts
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Ancrages plats et gaines plates: utilisés pour les dalles
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Attention au rayon minimum de courbure, qui est plu s grand pour les gaines plates dans le plan de la grande di mension
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• Ancrages monotorons gainés graissés, pour dalles câbles non injectés
Pas d’adhérence, mais mise en tension
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• Câble isolé électriquement pour applications ferroviaires
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Distances minimales entre ancrage et entre ancrage et parement:
Exemples de distances minimales données dans l’agrément du procédé de précontrainte
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Ferraillage associé aux zones d’ancrage
a. Aciers de surface
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b. Aciers d’éclatement
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Aciers d’éclatement pour un ensemble d’ancrages
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c. Aciers d’équilibre général
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Bossage d’ancrage de précontrainte
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1.4. MISE EN TENSION
Vérifier qu’il sera possible de placer le vérin pour tendre le câble: catalogue du fournisseur de précontrainte
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2. LA PRECONTRAINTE PAR CABLES INTERIEURS
2.1. LES GAINESMatériaux:
- Feuillard en acier (raccordements par manchons vissés, étanchéité par ruban adhésif)- Tube en acier rigide quand R < 100 Ø (raccordements par tulipage, étanchéité par ruban adhésif)
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- Polyéthylène à haute densité (PEHD)(plus récent, plus cher, mais pas de risque de
corrosion)
Diamètres: catalogue du fournisseur de précontrainte
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Tracé:- Minimiser les courbes pour diminuer les pertes de précontrainte par frottement
- Garder une certaine longueur droite près des ancrages (50 cm à défaut de précision dans l’agrément)
- Dans les ponts en voussoirs, conserver les mêmes positions des gaines par rapport à la section transversale, pour utiliser le même « masque » pour tous les voussoirs
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- Eviter les ancrages en extrados (risque d’infiltration d’eau)
- Respecter les règles sur les paquets de gaines (pour Φgaine > 5 cm, pas plus de 1 gaine horizontalement, et 2 verticalement, par paquet)
- Respecter l’enrobage (en général au moins Φgaine, limité à 80 mm)
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Cas des voussoirs préfabriqués
Veiller à l’étanchéité des gaines à la jonction entre deux voussoirs préfabriqués contigus (procédés des fournisseurs)
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2.2. LES COUPLEURSConstitution:
1er câble
Câble couplé Manchon
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Disposition:
Placer les coupleurs (et donc les reprises de bétonnage) au voisinage des zones de moment nul
Ne pas coupler plus de la moitié des câbles dans une même section
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2.3. INJECTION
Coulis de ciment
Events aux pointshauts du câble
Injection auxancragesCapot d’injection, retiré, puis cachetage de l’ancrage
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3. LA PRECONTRAINTE PAR CABLES EXTERIEURS
3.1. CONFIGURATION GENERALE
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Tracé polygonal
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3.2. LES GAINES
- PEHD (polyéthylène à haute densité)Raccords par soudure ou manchon thermo-rétractable
- Acier (plus rare)
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3.3. SYSTEMES2 systèmes
1. Torons nus dans gaine générale injectée (le plus courant) : idem précontrainte intérieure
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2. Torons gainés graissés, dans gaine générale injectée au coulis de ciment avant mise en tension
Indépendance des torons, donc meilleure résistance en fatigue
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3.4. DEVIATEURS
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Rayon minimum:
Unité Rayon mini
7T15 2
12T15 2,5
19T15 3
27T15 3,5
37T15 4
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3.5. DEMONTABILITE
Double tubage dans les traversées du béton (ancrages et déviateurs) pour permettre la démontabilité
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• Accès pourdémontage
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Accès dans culée
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3.6. INJECTION
- Coulis de ciment (interdit en France pour les câbles extérieurs depuis 2001)
- Cire pétrolière
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3.7. HYPOTHESES DE CALCUL
Généralement, on néglige les surtensions des câbles extérieurs pour le calcul à l’ELU
Certains règlements permettent un calcul forfaitaire des surtensions (AASHTO)
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4. LES BARRES DE PRECONTRAINTE
4.1. UTILISATIONS
Précontrainte définitive:force faible (< 900 kN) et tracé rectiligne
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Précontrainte provisoire:
assemblage provisoire de voussoirs préfabriqués, pour la phase de collage des voussoirs entre eux
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4.2. ACIER
A835/1030: fy = 835 MPafrg = 1030 MPa
A1080/1230: fy = 1080 MPafrg = 1230 MPa
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4.3. TYPES DE BARRES
- Lisses, filetées aux extrémités (glissement dans les ancrages plus faibles)
- Nervurées, les nervures formant filetage
- Courbure possible par cintrage à froid
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4.4. GAINE
Type:Feuillard en acier
Diamètre:Donné dans l’agrément (plus faible pour des barres de faible longueur)
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4.5. ANCRAGE
Entraxes minimaux et distances minimales au bord, indiquées dans l’agrément
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4.6. MANCHONNAGE
Mauvaise résistance en fatigue
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4.7. VERINS POUR BARRES
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4.8. INJECTION
Coulis de ciment
Capot d’injection, retiré, puis cachetage de l’ancrage
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4.9. REEMPLOI DE BARRES USAGEES
Tension limitée à 0,60 Frg au lieu de 0,70 Frg pour le 1er emploi, et à 0,50 Frg pour les réemplois
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5. LES HAUBANS5.1. CATEGORIES DES HAUBANS
– MTP : Multi-torons parallèles
torons de précontrainte gainés individuellement
– MFP : Multi-fils parallèles
fils ronds boutonnés gainés collectivement
– TMC : Toron multicouches
monotoron constitué de fils ronds ou profilés
– Barres parallèles (plus utilisées)
barres de précontrainte (15 à 20 m) manchonnées
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• Protection anti-corrosion
– Première barrière (barrière interne)
galvanisation (zinc) ou galfanisation (zinc+alu)
– Seconde barrière (barrière externe)
enceinte externe étanche = gaine individuelle
ou/et gaine collective
milieu intermédiaire = remplissage cire, graisse,
résine ou installation de déshumidification
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Fils galvanisés
Gaine PEHD 6 mm
Remplissage cire pétrolière
1. Toron multicouches
Fils galvanisés toronés par passes successives alternativement dans un sens puis l’autre
Remplissage à la cire pétrolièreGaine PEHD extrudée
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Ancrage des monotorons par culots remplis à la cire plutôt que zinc fondu ou cire
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2. Multi-fils parallèles
généralement 7 mm de diamètre, galvanisés
gaine PEHD
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Ancrage des fils parallèles
BBR HiAm
BBR Dina
Fils boutonnés
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3. Multi-torons parallèles (idem précontrainte)
Torons galvanisés à gaine PEHD individuelle, dans gaine générale non injectée
Torons nus galvanisés, dans gaine générale injectée
Gaine générale: PEHD ou acier (éventuellement inox)
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Ancrage des torons parallèles
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• Module élastique
- Torons multicouches: 130000 à 170000 MPa- Fils parallèles: 200000 MPa- Torons parallèles: 190000 MPa
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5.2. DISPOSITIONS DES ANCRAGES
Sur tablier métallique:
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Sur tablier béton:
![Page 73: LA PRECONTRAINTE LES HAUBANS - educnet.enpc.fr · Action du vent turbulent sur le hauban lui-même 2. Excitation paramétrique (mouvements des ancrages, dus au vent, aux charges d’exploitation,…)](https://reader031.vdocuments.fr/reader031/viewer/2022020413/5b96871209d3f2e10f8b862e/html5/thumbnails/73.jpg)
Sur pylône:
![Page 74: LA PRECONTRAINTE LES HAUBANS - educnet.enpc.fr · Action du vent turbulent sur le hauban lui-même 2. Excitation paramétrique (mouvements des ancrages, dus au vent, aux charges d’exploitation,…)](https://reader031.vdocuments.fr/reader031/viewer/2022020413/5b96871209d3f2e10f8b862e/html5/thumbnails/74.jpg)
5.3. SELLES
Impératifs contradictoires:- reprise des tensions différentielles de
part et d’autre du pylône- démontabilité
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Solutions:
VSL
FREYSSINET
BFUP
Caisson métallique
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5.4. REGLES DE CALCULModule apparent:
30
220
121
σγ EL
EE
+=
E module apparent
E0 module brut
γ masse volumique
L longueur horizontale
σ contrainte moyenne
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Contraintes admissibles:
Si on prend des dispositions pour limiter les flexions aux ancrages:
prga f45,0=σ
prga f50,0=σ
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5.5. FATIGUEPhénomènes:- variation de la tension→ variation de contrainte
- variation de l’angle du hauban → flexion→ variation de contrainte
σασ Ef 2=
σf contrainte de flexion
σ contrainte axiale
E module du hauban
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Essai de fatigue:
Courbes de Woehler
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Caractéristiques de l’essai de fatigue
![Page 81: LA PRECONTRAINTE LES HAUBANS - educnet.enpc.fr · Action du vent turbulent sur le hauban lui-même 2. Excitation paramétrique (mouvements des ancrages, dus au vent, aux charges d’exploitation,…)](https://reader031.vdocuments.fr/reader031/viewer/2022020413/5b96871209d3f2e10f8b862e/html5/thumbnails/81.jpg)
Vérification en fatigue
Mf
testf γ
σσ ∆=∆
52,0
fσ∆
testσ∆
Mfγ
Variation de contrainte due aux charges de fatigue
Variation de contrainte dans le test
Coefficient de sécurité = 1,5
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5.6. VIBRATIONS
Période de vibration:
F
mLT 2=
L longueur
m masse linéïque
F tension
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Causes des vibrations:
1. Action du vent turbulent sur le hauban lui-même
2. Excitation paramétrique (mouvements des ancrages, dus au vent, aux charges d’exploitation,…)
3. Action combinée vent-pluie4. Echappement tourbillonnaire sur le hauban
lui-même (pas déterminant)
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Remèdes:- Gaine avec bourrelet pour éviter l’action
combinée vent-pluie- Amortisseurs
(conseillés pour leshaubans de plus de80 m de longueur) pour avoir un décrément logarithmique de 3 %
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5.7. MISE EN OEUVRE
Préfabrication:- hauban préfabriqué en usine et enroulé
sur une grosse bobine- obligatoire pour les torons multicouches
ou les fils parallèles- possible pour les torons parallèles
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Assemblage en place:
Mise en tension toron par toron, méthode isotension
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Mise en tension:
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Vérin monotoron
Vérin multitorons
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6. LA PRECONTRAINTE EXTRADOSSEE
6.1. UTILISATION
Intermédiaire entre les câbles de précontrainte et les haubans
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• SUSPENSION LATERALE
• SUSPENSION AXIALE
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Règle du pendule pour les ponts haubanés:
T = P / sin α
N = P / tg α
P charge totale supportée par le hauban
P T
N
α
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Comportement des ponts extradossés:
T < P / sin α
T tension du câble extradosséFlexion importante du tablier
P T
N
α
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6.2. CONSTITUTION
Analogue aux haubans, mais prescriptions moins sévères sur la fatigue
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6.3. SELLES
Presque systématiques
Moins de fatigue que pour des haubans, car les charges sont reprises en grande partie par flexion du tablier et non en surtension des câbles
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6.4. REGLES DE CALCUL
Contrainte admissible intermédiaire entre les câbles de précontrainte et les haubans:en général 0,60 frg
Pour tenir compte de la fatigue:
rgfré
ELS FF
F
25,0
14046,0
−
∆≤
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6.5. RESISTANCE INCENDIE
Câbles souvent rapprochés entre eux, donc risque d’incendie de plusieurs câbles simultanément
Protection incendie des câbles extradossés par isolants thermiques
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7. BIBLIOGRAPHIE7.1. NORMES
NF A05-302 Armatures de précontrainte – essai de corrosion sous contrainte à l’eau distillée NF A35-035 Produits en acier – Fils lisses et torons à 7 fils revêtus par immersion à chaud de zinc ou
d’alliage zinc-aluminiumNF EN445 Coulis pour câbles de précontrainte – Méthode d’essaiNF EN446 Coulis pour câble de précontrainte - Procédures d'injection de coulis NF EN447 Coulis pour câble de précontrainte – Prescriptions pour les coulis courants NF EN523 Gaines en feuillard d’acier pour câbles de précontrainte – Terminologie, prescriptions,
contrôle de qualitéNF EN524-1 Gaines en feuillard d’acier pour câbles de précontrainte – Méthodes d’essai- Partie 1:
Détermination de la forme et des dimensions NF EN524-2 Gaines en feuillard d’acier pour câbles de précontrainte – Méthodes d’essai- Partie 2:
Détermination du comportement à la flexionNF EN524-3 Gaines en feuillard d’acier pour câbles de précontrainte – Méthodes d’essai- Partie 3:
Essai de flexion dans les deux sensNF EN524-4 Gaines en feuillard d’acier pour câbles de précontrainte – Méthodes d’essai- Partie 4:
Détermination de la résistance aux charges latéralesNF EN524-5 Gaines en feuillard d’acier pour câbles de précontrainte – Méthodes d’essai- Partie 5:
Détermination de la résistance à la tractionNF EN524-6 Gaines en feuillard d’acier pour câbles de précontrainte – Méthodes d’essai-Partie 6 :
détermination de l'étanchéité (détermination des pertes en eau). NF EN934-4 Adjuvants pour béton, mortier et coulis - Partie 4 : adjuvants pour coulis pour câbles de
précontrainte - Définitions, exigences, conformité, marquage et étiquetage
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• NF EN ISO 15630-1 Aciers pour l’armature et la précontrainte du béton – Méthodes d’essai – Partie 1: Barres, fils machine et fils pour béton armé
• NF EN ISO 15630-3 Aciers pour l’armature et la précontrainte du béton – Méthodes d’essai – Partie 3 : armatures de précontrainte
• NF P 95-104 Ouvrages d’art – Réparation et renforcement des ouvrages en béton et en maçonnerie – Spécifications relatives à la technique de précontrainte additionnelle
• P 18-357 Adjuvants pour bétons, mortiers et coulis - Coulis courants d'injection pour précontrainte - Fabrication
• P 18-358 Adjuvants pour bétons, mortiers et coulis - Coulis courants d'injection pour précontrainte – Mesure de la fluidité et de la réduction d’eau
• P 18-359 Adjuvants pour bétons, mortiers et coulis - Coulis courants d'injection pour précontrainte – Mesure de l'exsudation (stabilité)
• P 18-360 Adjuvants pour bétons, mortiers et coulis - Coulis courants d'injection pour précontrainte – Essais mécaniques flexion-compression
• P 18-361 Adjuvants pour bétons, mortiers et coulis - Coulis courants d'injection pour précontrainte – Mesure du retrait
• P 18-362 Adjuvants pour bétons, mortiers et coulis - Coulis courants d'injection pour précontrainte – Détermination des temps de début et de fin de prise
• P 18-364 Adjuvants pour bétons, mortiers et coulis - Coulis courants d'injection pour précontrainte – Essai d'absorption capillaire
• XP A35-045-1 Produits en acier – Armatures de précontrainte – Partie 1: Prescriptions générales
• XP A35-045-2 Produits en acier – Armatures de précontrainte – Partie 2 : fils • XP A35-045-3 Produits en acier – Armatures de précontrainte – Partie 3 : torons • P 18-363 Adjuvants pour bétons, mortiers et coulis – Coulis courants pour précontrainte –
Détermination de la fausse prise (essai de Tusschenbroeck)• NF EN 13391 Essais mécaniques concernant les procédés de précontrainte par post-
tension
![Page 99: LA PRECONTRAINTE LES HAUBANS - educnet.enpc.fr · Action du vent turbulent sur le hauban lui-même 2. Excitation paramétrique (mouvements des ancrages, dus au vent, aux charges d’exploitation,…)](https://reader031.vdocuments.fr/reader031/viewer/2022020413/5b96871209d3f2e10f8b862e/html5/thumbnails/99.jpg)
• 7.2. GUIDES•• 7.2.1. Précontrainte• Précontrainte extérieure – SETRA – 1990• Diffusion des efforts concentrés – Efforts de précontrainte et des appareils
d’appui – Guide méthodologique et exemples d’application – SETRA – 2006• Coulis pour injection de conduits de précontrainte – SETRA / LCPC – 1996• Méthodes d’essai applicables aux armatures de précontrainte – LCPC - 1999• Durability of post-tensioning tendons – FIB – 2005• Grouting of tendons in prestressed concrete – FIB – 2002• Factory applied corrosion protection of prestressing steel – FIB – 2001• Corrugated plastic ducts for internal bonded post-tensioning – FIB – 2000• Qualification and approval of prestressing contractors and system suppliers –
FIP - 1998
• 7.2.2. Haubans• Haubans – Recommandations de la commission interministérielle de la
précontrainte – SETRA – 2001• Recommendations for stay cable design, testing and installation, PTI – 2001• Acceptance of stay cable systems using prestressing steels – FIB - 2005