Un tuyau en PE rempli de béton ferait-il un bon pilier?

Une idée qui ne cesse de surgir dans ma tête, que je ne connais pas assez de génie civil / structurel pour savoir si c'est bon d'un point de vue technique.

Prenez un morceau de tuyauterie en polyéthylène (PE), remplissez-le de béton, laissez le béton se lier. D'après ce que je comprends, sous compression, un pilier en béton (ou autre) «voudra» se cisailler dans un plan à 45 ° dans le sens de la compression (en supposant que nous ne plions pas notre pilier). Il s'agit d'un mouvement vers l'extérieur. Cette force de cisaillement pourrait être contenue par le tuyau environnant, car le PE est assez bon en traction. Les matériaux utilisés pour le tuyau peuvent fonctionner de la même façon, je dis le PE car il est assez résistant à la corrosion.

Je sais que tout le monde construit des piliers en béton avec des barres d'armature à l'intérieur, je ne prétends pas que mon idée est supérieure. Je ne suis pas intéressé à comprendre pourquoi tout le monde construit des piliers comme tout le monde les construit, je veux comprendre les défauts et les limites de mon idée. Quelques idées:

Je pense qu'il est utile de penser à la pression dans le tuyau, car nous avons ces données facilement disponibles - si nous utilisons PN10, cela peut prendre 10 bars, etc., et nous n'avons pas besoin de penser à l'épaisseur du tuyau et c'est limite d'élasticité. Mais comment la force de compression se traduirait-elle en pression sur le tuyau? Le béton n'est pas liquide, donc la pression sera inférieure à la charge de compression / surface du tuyau. Combien? Je pense que comprendre cela nous dira combien, ou peu, notre pilier va porter.

Un autre problème possible est que l'EP est assez fluide. Le tuyau ne peut pas supporter des forces par friction et dans mon esprit, cela se traduit par des charges ponctuelles aux endroits où le béton se déforme le plus.

Votre idée pourrait être correcte, mais selon la situation, elle présente un défaut majeur.

Le tuyau en PE serait essentiellement là pour contenir le béton humide, pendant que nous attendons que le béton durcisse (c'est-à-dire qu'il durcisse et se renforce). C'est la situation où nous devons nous inquiéter de la pression du béton sur le tuyau. Une fois que le béton est durci, cependant, le béton à lui seul est complètement capable de supporter beaucoup de force verticale. Nous concevons des colonnes en béton basées sur la résistance à la compression du béton; nous n'avons pas besoin d'ajouter autre chose pour arrêter la rupture de cisaillement que vous décrivez. Et la force horizontale sur le tuyau causée par la force verticale sur le béton est peu susceptible d'être un problème.

Alors, pourquoi mettons-nous des armatures à l'intérieur des poteaux en béton? La réponse est qu'une colonne ne prend pas seulement une charge verticale, elle prend normalement aussi des forces horizontales et des moments de flexion. Et ces forces créent des tensions. Le béton n'est pas très bon en traction. Nous ajoutons donc de l'acier car l'acier est bien en tension.

Peut-on utiliser le tuyau PE pour prendre la tension? Je n'ai pas examiné cela en détail. En théorie, oui. Mais vous auriez a) besoin d'un PE suffisamment épais et b) d'un moyen de transférer les contraintes entre le PE et le béton. Comme vous le dites, le PE est lisse, donc sans frottement pour transférer la contrainte, nous n'allons probablement pas respecter le point b).

Donc, en conclusion, votre tuyau en PE fonctionnerait bien comme quelque chose pour construire une colonne en béton qui ne supportera que des charges de compression verticales. Mais comme cela est actuellement proposé, cela n'augmentera pas réellement la capacité de charge de la colonne.

Comparé à l'acier, le polyéthylène (PE) est un matériau faible. L'acier est d'un ordre de grandeur plus fort que le PE.

Ce site des États-Unis donne une limite d'élasticité à la traction pour le PE de 3800-4800 psi, qui est de 26 à 33 MPa et cet autre site d'Afrique du Sud donne une limite d'élasticité à la traction de 26 MPa ( est le même comme ). Alors que ce site répertorie les résistances à la traction de divers aciers utilisés dans la fabrication de tuyaux allant de 48 à 90 ksi, ou 311 à 620 MPa, ce qui est nettement plus résistant que le PE.$N/{mm}^2$$MPa$

Avant d'utiliser le PE comme moule pour un pilier, il faut déterminer si le tuyau en PE est suffisamment solide pour supporter le poids et la pression résultante du béton humide juste après le remplissage du tuyau sans déformation du tuyau, généralement en se gonflant au fond. Une fois le béton pris, le tuyau est superflu. Dans certaines situations, cela pourrait être néfaste car le tuyau se desserre et permet à l'humidité de s'accumuler dans l'espace entre le béton durci et le tuyau. Le PE est très sensible à la déformation par la chaleur.

L'autre problème avec les tuyaux en PE est que la plupart ne sont pas aussi droits qu'ils le devraient pour agir comme des moules pour d'importants piliers en béton.

Pour donner une résistance à la traction à un pilier en béton, une cage en acier spécialement conçue est insérée au centre du moule, sur toute la longueur du pilier avant que le moule ne soit rempli de béton.

Cette approche a été utilisée dans de nombreuses études scientifiques et constitue un domaine de recherche actif dans la communauté de l'ingénierie des matériaux, mais avec un matériau différent. Le FRP ( Fiber Reinforced Plastic ) est utilisé pour enrouler autour d'une colonne de béton existante (ou en utilisant un tuyau FRP rempli de béton), avec de très bons résultats.

Sources: 1 2 3 4