Den forstærkede cementkommission blev dannet af administrationerne i den franske stat, der ønskede at sætte betingelserne for optagelse af nye byggeprocesser i værker af almen interesse, mens flere konstruktionssystemer og beregningsmetoder var blevet eksponeret. Sammenbruddet, den29. april 1900fra gangbroen, der fører til tiltrækningen af den store himmelske klode , under den universelle udstilling i 1900 , der forårsager ni døde og flere alvorlige kvæstelser, fører regeringen til at interessere sig for dette nye materiale og forsøge at definere reglerne for brug. .
Den Fremstilling bro , dag Camille-de-Hogues, i Châtellerault , bygget mellem 1899 og 1900 med et spænd på 50 meter, viser den interesse, som det nye materiale til konstruktion af broer.
Brugen af blandede konstruktioner, der forbinder jern med et andet materiale, blev ikke født med armeret cement. De gotiske katedraler bruger allerede jern for at sikre genoptagelsen af hvælvingen. Det bedst studerede tilfælde er konstruktionen af Pantheon, hvor genoptagelsen af kræfterne sikres ved hjælp af jernstænger, der fremstiller visse dele af armeret sten . Tilbageslagene for dette arbejde fra dets konstruktion gav anledning til en vigtig litteratur, især af Jean-Baptiste Rondelet .
Hvis Louis Vicat , ingeniør for broer og veje, gjorde det muligt at forstå, hvordan man fremstiller en kunstig cement, var ingeniørernes interesse for tilsætning af jern til cementen for at forbedre dens modstand. Det er uden for den lærte verden, at interessen for denne tilføjelse vil blive vist. Iværksættere bruger skrotjern til at forstærke hydrauliske cementfundamenter allerede i 1820, som Marc Seguin gjorde for Tournon-broen.
Det er overraskende, at ingeniører fra broer og veje ikke er interesseret i armeret cement. André Guillerme i sin bog “ Bâtir la ville ”, s. 197, giver nogle forklaringer på denne manglende interesse ved at give citater fra datidens tekster:
Det var først i 1848 med Joseph-Louis Lambots båd, at den armerede cement kom ud af anonymitet i Frankrig. Det er16. juli 1867at Joseph Monier indgav det første patent på et system af mobile jern- og cementkasser, der er anvendelige til havebrug.
Kommissionen blev dannet den 19. december 1900 ved ministerdekret, der bad om at undersøge spørgsmål vedrørende brugen af armeret cement for at udføre den nødvendige forskning for så vidt muligt at bestemme de regler, der sandsynligvis ville blive accepteret for brugen af denne byggemetode i offentlige arbejder.
Denne skabelse skyldes sandsynligvis sammenbruddet af gangbroen til tiltrækning af den store himmelske klode ved åbningen af den universelle udstilling i 1900 og forårsagede 9 dødsfald og flere alvorlige kvæstelser. Denne konstruktion blev lavet med Matrai-systemet , som ikke overlevede ulykken. Dette havde vist, at det var presserende at definere designregler for dette nye materiale.
Det ledes af Théodore Lorieux , inspektørgeneral for broer og veje, og består af fjorten medlemmer: MM. Ernest Georges Bechmann, Armand Overvej , Louis Auguste Harel de La Noë , Augustin Mesnager , Charles Rabut , Jean Résal , ingeniører for Ponts et Chaussées, befalingen for Engineering Boitel og Hartmann, MM. Charles Albert Gautier (regeringsarkitekt) og Jacques Hermant , arkitekter, MM. Édouard Candlot , direktør for det parisiske firma af kunstige Portland-cement, der under hans tests havde afsløret ettringite (eller salt af Candlot) fra 1890, Edmond Coignet og François Hennebique , civilingeniører
Kommissionen begyndte sit arbejde i Februar 1901. På det første møde henviste Théodore Lorieux til 1891- reglerne om metalkonstruktioner. Tilfældet med armeret beton er meget forskelligt, fordi det udgør problemet med to materialer med meget forskellig opførsel og den måde, de er forbundet på. Kommissionen vil ikke behandle de forskellige eksisterende systemer - Hennebique, Cottancin, Matrai, Bonna, ... - men med armeret betonmateriale.
Udvalget er opdelt i tre underudvalg:
Efter pensioneringen af Théodore Lorieux erstatter Jean Résal ham som præsident. Armand Overvej er ordfører. Arbejdet i denne kommission blev afsluttet i 1905, og Armand Considerere blev udnævnt til hovedrapportør.
Konklusionerne af kommissionens arbejde forelægges for en ny kommission, der er udpeget af Generalrådet for Ponts et Chaussées den 15. marts 1906, Sammensat af Maurice Levy , chef inspektør på en st klasse af veje og broer, ordfører, Albert Préaudeau , generalinspektør af 2 e klasse, Henry Vétillard, generalinspektør af 2 E -klasse. Rapporten fra sidstnævnte kommission forelægges for Generalrådet i Ponts et Chaussées den20. juli 1906at tjene som grundlag for de instruktioner, der er godkendt af Louis Barthou , ministeren for offentlige arbejder i cirkulæret i20. oktober 1906vedrørende brugsanvisningen til armeret beton .
Dette nye materiale er en komponent af to materialer, beton og stål, som hver har forskellige funktionsmåder, men hvis sammensætning udgør dette nye materiale, som Kommissionen skal forsøge at definere de konstituerende love for.
I det XIX th århundrede ingeniør har til rådighed for studiet af strukturer i teorien om elasticitet og styrke af materialer . I berettigelsen af en struktur antager designeren, at den har elastisk opførsel. Kommissionen forsøgte derfor at kontrollere gyldigheden af denne hypotese til berettigelse af en armeret betonkonstruktion.
Kommissionen udfører undersøgelser af betonens elasticitetsmodul i kompression. Kommissionen afprøver flere typer betonsammensætning og komprimeringsmetode. Det opnår variable moduler på mellem 16.000 MPa og 40.000 MPa. Testene viser, at elasticitetsmodulet varierer med den påførte trykbelastning, og at den reduceres, når den har gennemgået trækdeformationer. Kommissionen valgte ikke at foreslå et elasticitetsmodul for beton i kompression større end 15.000 MPa.
Andre resultater opnået på samme tid af professor Bach i Stuttgart og professor Luigi i Torino gav moduler, der ikke overstiger 20.000 MPa eller 25.000 MPa. Test af Coignet og Tedesco har også vist, at elasticitetsmodulet stiger med betonens alder. Desuden har eksperimenter vist, at beton først gennemgår meget små deformationer op til en vis grænse, hvorefter nedsænkning bliver følsom og øges med belastninger.
Kommissionen sammenlignede elasticitetsmodulet af stål og beton. Hvis vi bemærker:
elasticitetsmodul af stål betonens elasticitetsmodulVi opnår forholdet m:
Efter at have diskuteret i lang tid overlod kommissionen til ingeniørerne muligheden for at vælge denne koefficient m mellem 8 og 15. I Tyskland og Schweiz er koefficienten m taget i betragtning lig med 15. MM. Rabut og Mesnager gik ind for at fastsætte denne koefficient til 10.
Kommissionen gennemførte eksperimenter med prismer på 0,10 m pr. Side og 2 m lange bevæbnet med ledninger med en diameter på 6 mm.
Test har vist, at:
Test blev udført for at finde ud af, om dele udsat for betydelig trækkraft kunne modstå kompression. De bekræftede, at trykstyrken var lidt påvirket af betonens tidligere trækstyrke.
Kommissionen udførte test på prismer af armeret beton, der viste, at krympningen inducerede kompression i armeringerne. Denne kompression afbalancerede spændingen i betonen. Dette fænomen er følsomt over for miljøforhold og procentdelen af metal, men det er ikke nødvendigt at medtage det i beregningerne.
Styrken af armerede betondele antager, at betonen forbliver fastgjort til armeringen. I sin præsentation af 1889 tvivlede Paul Cottancin på denne vedhæftning og betragtede det som ugyldigt at retfærdiggøre sit forstærkningssystem. Det var derfor vigtigt at sikre, at denne vedhæftning eksisterede, og at bestemme dens mindste værdi under de forskellige handlingsmåder, der virker på en del. I bøjningsfænomenet er denne vedhæftning vigtig for modstandsdygtighed over for forskydningskræfter.
Test blev foretaget af Edmond Coignet og Napoleon de Tédesco, de Jolly og i München af Brauschinger. Kommissionstest blev udført af Mesnager.
To testtilstande blev brugt:
Ved direkte trækkraft, viste prøverne en vedhæftning shear i intervallet 40 til 47 kg / cm 2 .
Testene udført af Armand Betænkning gav betydeligt lavere tal, 12 kg / cm 2 for glatte stænger , 18 kg / cm 2 for rullede stænger. Disse værdier blev bestemt ved at bøje et prisme.
De af Kommissionen opnåede værdier er mellem 13,5 og 16,5 kg / cm 2 . Hun bemærker, at disse værdier stiger med betonens alder.
Kommissionen bemærker derfor, at værdien på 50 kg / cm 2, der er vedtaget af visse systemer, er meget overvurderet. Denne reduktion kan skyldes en forskydning af betonlaget i kontakt med armeringen, men Kommissionen bemærker, at alt lyset fra dette fænomen ikke er kommet.
Kommissionen gennemførte test for at finde ud af, om konkret revnedannelse havde indflydelse på:
Test har vist, at når en beton, der er blevet revnet, sættes i kompression igen, var dets deformationsmodul i det væsentlige identisk med den for ikke-revnet beton.
Eksperimenterne viste, at konstruktionernes værdier for adhæsion mellem betonen og forstærkningerne var overdrevne, og at indstillingen i armeringsspændingen blev ledsaget af en revnedannelse, der skulle reducere vedhæftningen.
Eksperimenterne med overvejelse viste, at revnedannelse, i nærheden af revnen, fordelingen af spændingerne i stålet og betonen ændrede positionen for den neutrale fiber og øgede krumningen af den forstærkede del, men at ændringerne på et punkt blev opvejet af stigninger på andre. Imidlertid er Overvej bekymret over virkningerne af revner i tilfælde af gentagen belastning.
Bevaring af plane sektioner og neutral akseDette er det spørgsmål, der har været genstand for de mest heftige debatter i Kommissionen. Eksperimenter og deformationsmålinger har vist, at Naviers hypotese om konservering af flade sektioner stadig var gældende for armeret cement undtagen i områder, hvor der påføres høje belastninger.
Denne antagelse om bevarelse af de plane sektioner ser ud til at kunne tages uden begrænsning, selv når betonen giver revner.
Beton deformationKommissionen ønskede at kontrollere, om den spændte beton i bøjningsfænomenet opførte sig som den, der udsættes for en direkte trækkraft. Hun var i stand til klart at fastslå ligheden. Dette var allerede blevet påpeget af de tests, der blev foretaget af Overvej.
ForskydningsstyrkeMesnagers tests for bjælker udsat for bøjning og klipning viste, at revner i bjælker oftest forekommer i en retning på 45 ° med forskydningsspænding.
I de første betonbjælker stolede bygherrerne kun på betonens styrke for at optage forskydningskraften, men snarere hurtigt som et resultat af dårligt håndværk i implementeringen af beton eller ved anvendelse af materialer af dårligere kvalitet. Kvalitet, de forestillede sig specielle forbindelsesarmeringer, der forbinder den nederste trækarmering af en bjælke med den komprimerede del af betonen i den øverste del. Disse forbindelser sikrer solidaritet mellem de forskellige dele af en armeret betonbjælke og giver den mulighed for at modstå forskydningskraften. Det første tykkelsystem blev patenteret af Hennebique i 1889.
Mesnagers tests viste, at det var nødvendigt at hæve forstærkningerne tæt på understøtningerne, at skrå stigbøjler er mere effektive end lodrette stigbøjler.
Krydsforbindelser er især nødvendige i ribben for at forbinde forstærkningerne med pladerne og forhindre glidning mellem de på hinanden følgende lag af beton.
Deltagelse af pladen i ribbenens modstandKommissionen gennemførte test på ribbet gulve. De viste, at pladens bidrag til bjælkernes modstand var delvis. Når afstanden mellem bjælker er større end 0,40 af spændet, har den del af pladerne, der er placeret ud over den, ikke længere nogen indflydelse på modstanden og deformationen.
Forstærket cement blev først opfundet af do- it- yourselfers, Joseph-Louis Lambot- opfinderen i 1849 af en rådnesikker båd, og som indgav patentet i 1855 , og Joseph Monier , en stengartner, der indgav patentet på et kasse-system - mobil jern- og cementbassiner anvendt til havebrug i 1867 .
Forstærket cement er mødestedet for to industrier, der udvikler sig, stålindustrien, der går fra støbejern til jern og derefter til stål og cementindustrien.
I 1835 havde arkitekten François-Martin Lebrun bygget en første kulvert, derefter en uarmeret betonbro i Grisolles , i 1840. I 1853 var det François Coignet, der fik sit hus bygget i agglomereret beton nær sin fabrik i St. Denis. François Coignet indgav sit første økonomiske konkrete patent i 1854 . Industrielt vil han indgive en række patenter mellem 1855 og 1859 på økonomisk beton , hydraulisk beton , plastbeton , kunstig sten ... Arkitekten Louis-Auguste Boileau bruger Coignet-metoder til at konstruere Saint Margaret's Church Vésinet i 1862 . François Coignet har indgivet sine patenter i England, og hans processer diskuteres i den engelsktalende tekniske presse Thaddeus Hyatt og William E. Ward er opmærksomme på hans arbejde. Thaddeus Hyatt eksperimenterer med forstærkede cementbjælker udsat for høje temperaturer og viser ligheden mellem ekspansionskoefficienter for jern og cement.
At forstå, hvordan dette nye materiale fungerer, begynder ikke at komme ud af standardkonstruktionsreglerne før meget gradvist, når ingeniører interesserer sig for det. Lokalerne kan ses i patentet på armerede cementsveller i 1877 med hans tillæg fra 1878, hvor Joseph Monier designede forstærkningerne, der forstærkede den armerede cement til genoptagelse af trækkræfter. Men teksten udtrykker ikke tydeligt denne rolle som forstærkningerne.
Joseph Monier havde solgt udnyttelsen af sine patenter i Tyskland til Gustav Adolf Wayss og Conrad Freytag (de) . Det firma, de skal skabe for at udnytte det, vil udvikle forskning for at definere reglerne for brug af dette materiale, Monierbau, som de har overdraget til Johann Bauschinger, der leder laboratorierne for München-instituttet. I en 1887- brochure med titlen Das System Monier forklarer Eisengerippe mit Cementumhüllung, Monierbroschüre , Wayss og Koene armeret betons opførsel.
Tanken om, at sammenslutningen af cement og jern udgør en monolit, fremgår af Bordenaves patent i 1886, hvor han forklarer, at det karakteristiske punkt i min proces er at danne en metalramme, omkring hvilken et materiale hældes, som ved at størkne danner en monolit. Jernens form forhindrer enhver adskillelse mellem jernene og mørtel eller cement . I sin præsentation til Society of Civil Engineers i 1889 , Paul Cottancin forklarer, at vedhæftningen mellem cement og jern er nul, og hans forstærkning system er designet til at tillade forankring af forstærkninger ved sin formgivning. I USA havde Thaddeus Hyatt og Ernest L. Ransome indgivet patenter på rammerne.
Hvis Edmond Coignet udvikler armeret cement som iværksætter, har François Hennebique valgt en original vej til at udvikle brugen af sine patenter både i Frankrig og i udlandet. Det har faktisk oprettet et designkontor, Bétons Armés Hennebique og et system af koncessionshavere forbundet med licensaftaler. Han præsenterer sine værker i sin anmeldelse Le Béton armé, orgel af agenterne og koncessionshaverne i Hennebique-systemet, der blev grundlagt i 1898 . I Tyskland og Østrig oprettede ingeniøren Friedrich Ignaz von Emperger , der udnytter Melan-licensen i USA, i 1902 anmeldelsen Beton und Eisen .
Efter præsentationer af de forskellige armerede cementkonstruktionssystemer udviklede de første teorier om beregning både i Frankrig med Coignet, Betænk, Rabut, Mesnager, Planat og i Belgien med Paul Christophe og i Tyskland med Koene, veje, der førte til præsentation af Emil Mörsch i sin bog Der Betoneisenbau, seine Anwendung und Theorie udgivet i Stuttgart i 1902 og oversat til fransk i 1909 under titlen Forstærket konkret, teoretisk og praktisk undersøgelse . I Schweiz udviklede Wilhelm Ritter , professor ved det schweiziske føderale institut for teknologi i Zürich, hvor han underviser i grafisk statik efter Karl Culmanns død , der uddannede blandt andre Robert Maillart , en metode til beregning af armeret beton, der blev offentliggjort i en artikel i 1899 . Dette arbejde vil give beregningsmetoden en armeret beton stråle analogt af drift som et Howe-typen gitterbærer med komprimerede beton stænger og spændte metalarmeringer eller Ritter-Morsch gitter.
Konfronteret med ingeniører, der forsøger at knytte dette nye materiales opførsel til materialernes modstand og til teorien om elasticitet , kritiserer en praktiserende læge som François Hennebique denne holdning: ”Ah! Mine herrer, skal jeg indrømme det for jer? Jeg har en hellig rædsel over al denne videnskabsmyg. De faktorer, der er involveret i vores formler, er belastningerne, spændene, der danner løftearmene for disse belastninger, modstanden af de anvendte materialer, højden af drejningsmomenterne dannet af de faste stoffer og løftearmen af materialernes modstand; dette udgør et meget simpelt køkken, hvor alle elementer er forståelige og er tilstrækkelige til, at vi kan sammensætte beton, cement og jernkombinationer af solide og økonomiske rammer og gulve ” .
Jean Résal, som er specialist inden for metalkonstruktion, vil sammenligne armeret betonbjælke med en prismatisk heterogen bjælke, hvis elementer har forskellige elastiske egenskaber.
I 1897 indviede Charles Rabut det første kursus i armeret beton på Ponts et Chaussées-skolen.
Kommissionens beregningsmetodeI sin betænkning bemærker udvalget, at hvis armeret beton bliver mere og mere værdsat i dets virkninger, er det stadig meget ufuldstændigt kendt i dets årsager. Jo mere vi tænker over det, jo mere føler vi, at der er en række fænomener, der forbliver uklare. Under disse betingelser er det ikke let at opnå den ønskede præcision i de instruktioner, der skal gives til ingeniører, uden at hindre dem i fremskridt, der forbliver åben .
Ingeniører Rabut og Mesnager anmodede om, at recepten blev afkortet og reduceret til nogle få generelle indikationer for at undgå alt, hvad der i denne sag kunne have tendens til at begrænse ingeniørers videnskabelige frihed, bortset fra at rapportere i cirkulæret forklaringerne eller ethvert råd som vi måske anser for nyttige at give dem .
Udvalget overlader til ingeniører den mest absolutte frihed i de beregningsmetoder, som de mener, de skal anvende, med det eneste forbehold ikke at erstatte specialisters empiriske metoder med mere pålidelige metoder trukket fra materialets modstand eller fra teorien om elasticitet.
Principperne for komitéens beregninger er som følger:
For belastningerne skal man tage højde for de største ydre kræfter , styringen af29. august 1891, herunder handlinger fra vind og sne, som strukturerne kan modstå, men også de termiske virkninger og de af betonkrympning, når strukturer ikke frit kan udvides.
Eugène Freyssinet byggede i 1911 og 1912 de tre broer i Allier , hvoraf kun Boutiron-broen er tilbage i dag . De var meget lave buede broer med tre samlinger i bunden og nøglen. De var beregnet ved at anvende cirkulæret vedrørende brugen af armeret beton fra20. oktober 1906, forudsat at betonets deformationsmodul er konstant.
Efter bøjningen af Veurdre-broen bemærkede han hurtigt en stigning i pilen ved nedstigning på 13 centimeter af buens nøgler. Bekymret for konsekvenserne af et sådant fænomen, som kunne føre arbejdet til dets ødelæggelse, genoptog han operationen med at knekke nøglerne for at bringe dem tilbage til det rigtige niveau med hjælp fra fire mænd, og han blokerede dem. Efter kontrol af betonprøverne måtte Freyssinet indrømme, at den eneste forklaring var, at betonen havde deformationer forsinket over tid under en kompressionskraft. For at redde broen installerede han stikkene igen med nøglen og satte dem i pres for at kompensere for deformationerne.
For at forstå, hvorfor disse udsatte deformationer ikke var blevet observeret under de tests, der blev udført af Kommissionen, gik han til spørgsmålstegn ved teknikerne fra Bridges and Roads Laboratory. De fortalte ham, at de demonterede alle forskydningssensorer hver aften for ikke at beskadige dem, hvilket gjorde observationen af dette fænomen med udsat deformation af betonen under en konstant belastning umulig.
Det samme fænomen var blevet demonstreret under test udført i USA af den amerikanske industriist Thaddeus Hyatt i 1877 på en belastet bjælke. Han havde bemærket en stigning i afbøjningen efter to måneders lastning. Definitionen af en beregningsmodel for konkret krybning i franske regler stammer kun fra cirkulære nr. 44 i12. august 1965 : foreløbig instruktion vedrørende anvendelse af forspændt beton .