Brevet FR2003497A1 — publié le 19691107

i 2003497 La présente invention est relative aux jauges de contrainte, ou extensomètres et concerne plus particulièrement les extensomètres dont le fonctionnement est basé sur le principe des vibrations d'un fil métallique, et qui sont conçus pour être disposés dans une 5 masse de béton afin de mesurer les contraintes dans cette masse. Les extensomètres à fil métallique vibrant utilisés jusqu' à présent pour mesurer les contraintes dans le béton sont constitués principalement par un tube creux formant entretoise, en perspex, ou en laiton, un fil métallique sous tension disposé à 10 l'intérieur du tube et s'étendant longitudinalement à l'intérieur de celui-ci, des organes de serrage aux extrémités opposées du tube, adaptés pour serrer le fil de telle sorte qu'une tension prédéterminée est maintenue dans celui-ci, et un dispositif électro-magnétique adapté pour attirer le fil sous tension lorsqu'il 15 est excité, à peu près au milieu de la longueur de ce fil, entre les organes de serrage, ce dispositif étant couplé avec des moyens appropriés pour enregistrer et/ou indiquer la fréquence des vibrations engendrées dans le fil par suite de 11actionnement de ce dispositif. 20 Les extensomètres connus du type précité peuvent être clas sés d'une façon générale dans dëux catégories, ceux de la première étant suffisamment sensibles mais présentant l'inconvénient d'être peu robustes et incapables de supporter des températures excédant 60° C tandis que les extensomètres de la seconde catégorie bien 25 qu'étant suffisamment robustes et capables de supporter des températures élevées ne sont pas suffisamment sensibles. Le but principal de l'invention est de réaliser un extenso-mètre perfectionné qui est conçu pour mesurer les contraintes dans le béton, qui est de fabrication simple et peu coûteux et en outre: j*0 1°- Qui est capable de détecter les contraintes se produisant dans une masse de béton jeune, 2°- qui n'est pas affecté de façon nuisible par une irradiation, par des températures pouvant s'élever à 100°C et même excéder ce chiffre, et par l'environnement, 35 3>°- Qui est capable d'effectuer des mesures précises des contraintes, 4°- qui présente une stabilité de calibrage, 5°- qui est robuste, 6°- qui peut être mis en place facilement, 69 06386 -2- 2003497 7°- qui permet des lectures automatiques à distances. Un exténsomètre suivant l'invention est remarquable notamment en ce qu'il comprend un tube externe qui tout en étant compressible longitudinalement présente néanmoins une rigidité latéralje^suffisante pour supporter les forces qui peuvent norma-5 lement/être appliquées lorsqu'il est utilisé, une garniture ou tube interne en laiton ou autre matière analogue appropriée disposée à l'intérieur dudit tube externe, cette garniture étant constituée par au moins deux longueurs de tuhe alignées axialement et ayant des dimensions telles qu'il existe au moins un intervalle entre 10 elles sur la longueur totale de la garniture, un fil métallique disposé coaxialement dans l'ensemble tubulaire,des moyens grâce auxquels une tension prédéterminée peut être maintenue dans ledit fil métallique, et un dispositif électromagnétique adapté lorsqu'il est excité pour engendrer des vibrations dans le fil 15 métallique. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au; cours de la description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés donnée à titre d'exemple et dans lequel: la Fig.l est une vue en coupe d'un extensomètre à fil métalli-20 que vibrant; la Fig.2 est une vue schématique montrant une installation caractéristique lorsqu'un tel extensomètre est en cours d'utilisation. En se référant aux dessins, la référence 10 désigne un tube 25 externe formant entretoise, en ébonite ou autre matière appropriée qui peut être par exemple du T.P.X., un polyamide, line céramique, de l'amiante, une matière à base d'amiante ou une autre matière plastique. De façon générale les caractéristiques nécessaires que doit présenter le tube 10 sont qu'il doit présenter une rigidité 30 longitudinale qui se situe dans la gamme des rigidités équivalentes probables pouvant être présentées par le béton que déplace ledit tube, au cours de la durée de vie de l'ensemble, cette gamme de rigidités équivalentes comprenant les effets de déformation dûs au fluage du béton sous l'effet de charges suspendues. D'une fa-35 çon plus précise, les impératifs auxquels doit satisfaire le tube externe de 1'extensomètre sont que son module d'élasticité réelle doit correspondre à celui du béton, qu:'il doit être usinable et que 69 06386 -3- 2003497 sa stabilité à long terme ne doit pas être affectée par des irradiations, des températures élevées ou par l'environnement. D'autres impératifs sont par exemple que son coefficient de dilatation doit être analogue à celui du béton; qu'il doit présenter une faible perméabilité à l'eau et aux vapeurs, que le béton doit pouvoir 5 adhérer str lui et qu'il doit présenter une résistance suffisante à la traction. Un second tube 11 ou-tube de garniture est disposé à l'intérieur du tube 10, ce tube 11 étant en laiton ou autre matière appropriée, ce tube de garniture 11, su lequel le tube externe 10 est emmanché à glissement, étant constitué par trois 10 sections séparées lla_, 11b, et llç_ qui ont des dimensions telles que lorsque les différentes longueurs de tube de garniture sont en place de telle sorte que l'extrémité externe du tube lla_ soit de niveau avec l'une des extrémités du tube externe.10 et que l'extrémité externe de l'élément de tube llc_ soit de niveau avec 15 l'extrémité opposée dudit tube externe, il existe des intervalles entre les extrémités internes de ces éléments de tube de garniture et les extrémités externes de la partie centrale 11b du tube de garniture. Ces intervalles peuvent être de l'ordre de 3.1 mm, mais ce chiffre est donné uniquement à titre d'exemple et 20 peut être modifié. Un disque ou plaque 12 est disposé à chaque extrémité du tube externe, et ce disque à des dimensions telles qu'il dépasse radialement du tube externe 10. Les disques ou plaques 12 sont fixés sur ou venus de matière avec des éléments respectifs de tubes de garniture lia et llç_ et sont adaptés de telle 25 sorte que lorsque 1'extensomètre est disposé dans une masse de béton, il réalise une liaison entre le béton et 1'extensomètre. Un fil métallique 13 est disposé à l'intérieur du tube de garniture et s'étend coaxialement à ce dernier, ce fil matalliaue 13 étant tendu à une valeur prédéterminée et cette tension est maintenue 30 dans le fil au moyen d'organes de serrage qui sont incorporés au disque ou plaque 12 ou encore sont disposés à l'intérieur de ces disques ou plaques. Les organes de serrage peuvant être de différents types et dans le mode de réalisation représenté ils sont constitués chacun par deux broches 14 disposées dans deux 35 trous radiaux diamétralement opposés prévus dans le disque ou la plaque 12, ces broches étant enfoncées à fôrce vers l'intérieur afin de serrer le fil métallique entre elles, des vis d'arrêt ou de serrage 15 étant vissées dans chacun desdits trous radiaux. 69 06386 2003497 Comme on l'a indiqué ci-dessus, des dispositifs de serrage autres que ceux représentés peuvent aussi bien être utilisés, pourvu qu'ils soient efficaces pour serrer le fil métallique et pour maintenir dans ce dernier la tension prédéterminée. Les caractéristiques nécessaires que doit présenter le fil métallique sont qu'il doit avoir un faible coefficient de fluage, qu'il doit avoir un module d'élasticité constant, un coefficient de dilatation constant, une faible résistivité et une résistance élevée. De plus ce fil ne doit pas être corrosif et ne pas réagir avec les autres composants aux I0 températures élevées, il doit pouvoir être aimanté, et toutes ces propriétés doivent être stables aux températures élevées. De préférence, le fil choisi doit être traité à chaud avant d'être mis en place dané l'extensomètre en raison du fait que ceci doit réduire la possibilité de relâchement en cours d'utilisation. Bien que jj- l'on pense qu'il est possible d'utiliser un fil d'acier, il est possible que l'utilisation d'un fil au nickel-fer puisse procurer des caractéristiques améliorées. De même, au lieu d'un fil métallique, on peut utiliser un ruban en acier du fait qu'un tel ruban p -peut se révéler avantageux en ce qui concerne son serrage et son 2q fonctionnement du point de vue général. Un dispositif électromagnétique désigné dans son ensemble par la référence 16 est monté à peu près au milieu de la longueur du dispositif tubulaire, ce dispositif 16 comprenant un induit 17 en matière magnétique, et un bobinage l8 auquel des impulsions 2^ de tension peuvent être appliquées par l'intermédiaire d'un conducteur 19 . L'agencement est feel que lorsque le bobinage 18 est excité, des vibrations sont engendrées dans le fil métallique qui à leur tour induisent une force électromotrice dans le bobinage, dont la fréquence correspond à la fréquence de teibration du fil métallique. Le dispositif électro-magnétique est relié d'une manière connue en soi à un dispositif enregistreur et/ou indicateur de la fréquence de vibrations engendrées dans le fil. Une installation typique est représentée à la Fig.2 dans laquelle 1'extensomètre est représenté en place dans une masse de béton,le dispositif ^ électro-magnétique étant relié à un dispositif de diagraphie des données comprenant un dispositif 20 à canaux multiples, un généra- X teur d'impulsions 21, un dispositif 22 dTaffichage des temps ou des fréquences et un dispositif 23 de mesure de température. On notera qu'au lieu d'un seul extensomètre,plusieurs peuvent être répartis 69 06386 -5- 2003497 dans une masse de béton, ees extensomètres étant reliés à un dispositif commun de diagraphie des dnnnées tel qu'indiqué ci-dessus. Le tube externe formant entretoise décrit ci-dessus et représenté, tout en présentant une rigidité suffisante dans le sens 5 latéral pour résister auçcontraintœd'incurvation imposées par le béton au cours de la coulée, doit néanmoins présenter, du fait des intervalles existants entre les éléments du tube de garniture 11 et de la compréssibilité du tube externe 10, une élasticité longitudinale ou douceur. La rigidité du dispositif doit être telle 10 qu'elle produise le minimum d'interférences avec les contraintes çt champs de contrâintes du béton environnant, et il doit être capable de supporter des températures élevées, par exemple pouvant s'élever jusqu'à 100°C sans fondre, sans se ramollir, ou se déformer . 15 On remarquera qu'au lieu de prévoir des disques ou des plaques tels que 12 aux extrémités opposées du tube externe pfiur réaliser une liaison du béton avec l'extensomètre, il est possible de donner au tube externe une surface externe inégale, rainurée ou nervurée. 20 Bien que 1'extensomètre selon l'invention ait été conçu tout particulièrement pour mesurer les contraintes dans le béton, il doit être entendu que cet extensomètre peut avoir d'autres usages ou applications. 69 06386 - 6 - 2003497 REVENDICATIONS 1- Extensomètre caractérisé en ce qu'il comprend un tube externe qui tout en étant compressible et en présentant un certain degré d'élasticité longitudinal doit néanmoins présenter une rigidité latérale suffisante pour supporter les forces pouvant lui être normalement appliquées en cours d'utilisation, .une ej garniture ou tube interne en laiton ou autre matière analogue appropriée disposée à l'intérieur dudit tube externe, ce tube de garniture étant constitué par au moins deux longueurs d'un tube alignées axialement et ayant des dimensions telles qu'au moins un intervalle existe entre ces longuers sur la totalité jq de la longueur du tube de garniture, un fil métallique disposé coaxialement a l'ensemble tubulaire, des moyens grâce auxquels une tension prédéterminée peut être maintenue dans ledit fil métallique, et un dispositif électromagnétique disposé à peu près au milieu de la longueur de l'ensemble tubulaire et adapté, lorsqu'il est excité, pour engendrer des vibrations dans le fil;: métallique. 2- Extensomètre destiné à être introduit dans une masse de béton afin de mesurer les contraintes dans cette masse, cet extensomètre étant caractérisé en ce qu'il comprend un tube ex-20 terne en une matière telle que de l'ébonite, qui, tout en étant compressible et présentant un certain degré d'élasticité, présente une rigidité qui se situe dans la gamme des rigidités probables que peut exercer le béton que le tube déplace, une garniture ou tube interne en laiton ou autre matière analogue équivalente disposée 25 à l'intérieur dudit tufce externe, cette garniture étant constituée par au moins deux longueurs de tube alignées axialement et ayant des dimensions telles qu'il existe au moins un intervalle entre ces longueurs sur la totalité de-la longueur da la garniture, un fil métallique disposé coaxialement à l'ensemble tubulaire, des moyens 20 grâce auxquels une tension prédéterminée peut être maintenue sur les extrémités du fil métallique, et ion dispositif électromagnétique disposé à peu près au milieu de la longueur de l'ensemble tubulaire et adapté, lorsqu'il est excité, pour engendrer des vibrations dans le fil. • 3- Extensomètre suivant les revendications 1 ou 2 caracté 69 06386 - 7 - 2003497 risé en ce que la garniture est constituée par trois longueurs de tube ayant des dimensions telles que lorsque les longueurs de tube sont en place avec l'extrémité externe de l'une des longueurs de niveau avec une extrémité du tube externe et l'extrémité externe d'une seconde longueur de tube de niveau avec l'extrémité opposée dudit tube externe; il existe des intervalles entre les extrémités internes des deux longueurs de tube et les extrémités externes d'une longueur de tube disposées entre les deux premières. 4- Extensomètre suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'intervalle ou chacun des intervalles entre les longueurs de tube de garniture est de l'ordre de 3,1mm. 5- Extensomètre suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'à chaque extrémité, de 1'ensemble,tubulaire est disposé un disque ou plaque s'étendant radialement, chacun de ces disques ou plaques étant fixés sur ou venu de matière avec une partie de la garniture ou tube interne. 6- Extensomètre suivant la revendication 5 caractérisé en ce que chaque disque ou plaque comporte ou soutient des organes de serrage adaptés pour serrer le fil. 7- Extensomètre suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la surface externe du tube externe comporte des rainures ou des nervures.