Brevet FR2240448A1 — publié le 19750307

L'invention concerne-nn procédé permettant de vérifier ou contrtler les propriétés de résistance dynamique de tiges d' acier, en particulier de fers à béton, dans lequel on courbe la tige d'acier autour d'un mandrin dont le diamètre représente à peu près 5 à 20 fois celui de la tige et on engendre ensuite, au moyen drun générateur d-'impulsîons ou pulsateur, périodiquement, dans une section de la partie cintrée de la tige, un effort variable d'une grandeur prédéterminée. Dans des proçédés connus de ce genre, par exemple selon la norme DIN 488, feuille 3, on noie une tige ou barre d'acier courbée dans une poutre en béton et on soumet celle-ci à un effort dynamique. La forme et les dimensions de la poutre en béton sont choisies de telle sorte qu'au sommet de la courbure du fer à béton cintré, effort maximal se produit sous la forme d'une contrainte de traction approximativement constante dans la section transversale. On y parvient grâce au fait qu'en insérant une toue, on obtient obligatoirement une fissure dans le béton, en sorte que la tige doit donc supporter la totalité de la charge. Le procédé connu présente deux inconvénients notables qui sont dûs d'une part à la dépense matérielle, et d'autre part, au temps passé pour le contrle. l'éprouvette est formée dtune poutre de béton d'environ 1,70 m de longueur qui contient le-fer à béton cintré. Waturellement, pour une poutre de ce genre, il faut une machine d'essai relativement importante et dont le fonctionnement est lent-.La durée longue est dde d'une part au fait que l'on ne peut commencer l'essai, conformément à la norme DIN 488; feuille 3, que lorsque l'éprouvette a atteint un gge d'au moins 14 jours et d'autre part au fait qu'en raison des grandes masses, on ne peut adopter qu'une très petite fréquence d'essai. Elle est d'environ 3 Ez. Pour un essai à 2 maillions d'alternances de la charge, il faut donc un temps d'essai net d'environ 6 jours. Pour une éprouvette, l'ensemble de l'essai dure environ 3 semai nes- Pour cette raison, on doit jusqu'ici dans le contrôle d'une fabrication, se contenter d'un nombre d'éprouvettes relativement petit qui n'assure pas la certitude désirée. Il faut ajouter que dans la fabrication de la poutre en béton armé, un travail incorrect peut conduire à une série de défauts qui se répercutent sur les résultats de 'essai. L'invention a pour but d'indiquer un procédé d'essai permettant un contrôle rapide avec une petite dépense matérielle, en sorte que l'on paut augmenter le nombre des contrôles en diminuant les frais. En outre, elle vise à éliminer le plus possible les sources d'erreurs éventuelles. Dans un procédé du genre défini plus haut, ce problb- me est résolu par le fait que dans la partie courbée de la tige d'acier, on prélève symétriquement par rapport au sommet de la courbure, un tronçon de tige et que dans une plage médiane de ce tronçon, on diminue en enlevant par nsi- nage une partie située à l'extérieur de la courbure, le long d'une surface de coupe d'allure constante, la section transversale au maximum dans une mesure telle que lors de l'exécution de l'essai, la fissure apparaisse dans la plage süperficselle non usinée, qu'en outre on forme dans les deux plages terminales tronçon de tige, des plages de serrage destinées à l'insertion du tronçon de tige dans des machoires ou broches d'un appareil d'essai, de façon telle que la ligne de jonction des deux centres de gravité des surfaces transversales des deux plages de serrage passe par le centre de gravité de la surface de la section transversale sommitale restante - du tronçon de tige et qu'enfin, on insère le tronçon de tige dans l'appareil dressai et on le soumet à un effort de traction alternée ou à un effort alterné de traction et de pression. L'invention est basée sur l'expérience d'après laquelle dans les procédés d'essais connus, la rupture par fatigue part- toujours de l'intérieur de la courbure. Il est donc important de ne plus- modifier ce cOté après le cintrage. Toute- fois, à l'extérieur de la courbure, on peut enlever de la matière sans que les conditions d'essai soient modifiées. Bien entendu, il faut tenir compte de la section diminuée de la tige. L'usinage dans la plage-médiane du tronçon de tige peut s'effectuer le long d'une surface de coupe perpendiculaire à la section transversale sommitale ou le long.d'une surface de Qou- pe parallèle à la courbure de la tige.Dans le premier cas, la section transversale de la tige varie le long de la plage médiane et il devient difficile de déterminer la valeur de la section transversale de la tige au point de rupture, si celuici n'apparait pas dans la section transversale sommitale tes- tante. Dans le deuxième cas, la section transversale du tron çon de tige le long de la plage médiane est constante, en sorte que, même si le point de rupture se trouve hors de la section transversale sommitale, il est simple de déterminer la valeur de la surface de la section transversale La déviation ainsi subie par le flux de- force est en général négligeable.Dans les deux cas, la surface de coupe peut être concave, convexe ou encore plane dans la direction transversale à l'axe longitudinal du tronçon tige. Le premier cas est avantageux, en particulier lorsqu'on veut éviter que la surface de coupe n'arrive dans la région des nervures Si I'on met en oeuvre le procédé aveo un fer à béton nervuré présentant des séries de nervures airigées axialement, le cintrage autour du-mandrin doit steffectuer de façon telle qu'une série de nervures se trouve à l'intérieur. Dans les fers nervurés en torsades, on cintre conformément à-la prescription et on enlève par usinage à peu près la moitié de l'éprouvette. Dans le procédé selon l'invention, comparé au procédé de contrôle connu mentionné plus haut, non sealement ltéprouvet- te est notablement simplifiee ( elle est formée d'un tronçon de petite longueur découpé dans la tige cintrée ) mais encore l'appareil d'essai est simplifié. On peut utiliser un appareil d'essai usuel servant à déterminer alternativement la résistance à la traction et à la compression. Etant donné la masse réduite, on peut ainsi augmenter le nombre de cycles de charge par unité de temps.Comme l'ont montré des essais, la machine peut fonctionner à une fréquence d'environ 150 Hz, méme si le diamètre de la tike est de 28 mm, dé sorte que pour obtenir 2 millions d'alternances de charge, il ne faut plus que 4 heures au lieu de 6 jours. La fréquence d'essais élevée avec une si grande section transversale est possible parce que, avec la forme d'aprou- vette choisie, une partie seulement de la section transversale totale est efficace, en sorte que l'on peut diminuer en conséquence la fatigue de la machine d'essai. La limite de 17usinage du tronçon de tige cintré dans la plage médiane est déterminée par le fait que lors de l'exécution de l'essai, la fissure doit se produire dans la plage superficielle non usinée. Ainsi, il ne faut pas que l'amorçs de la fissure parte de la surface de coupe ou d'une arête de celle-ci. Il est apparu que cette condition n'est pas seulement remplie lorsqu'on usine une partie du tron çon de tige qui se trouve à l'extérieur de la courbure mais aussi lorsqu'on usine, en plus, le tronçon -sur les deux côtés situés transversalement à la courbure. Même si dans les fers nervurés la surface de coupe arrive dans la zone des extrémités de nervures, cela peut encore être acceptable, à savoir lorsque, en raison de la forme des nervures, la fissure se produit dans la plage superficielle non usinée. Eventuellement, il peut titre avantageux d'essayer l'é- prouvette en contact direct avec du béton, comme c'est le cas dans le procédé connu décrit plus haut, où l'intérieur de la courbure de l'éprouvette s'appuie contre le béton dans la plage la section transversale sommitale. S'il en résulte une influence sur le résultat de l'essai, on peut en tenir compte de la même façon dans le-procédé selon l'invention, en disposant du côté intérieur de la courbure de l'éprouvette un étrier rempli de béton ou étrier muni de nervures de soutien montées de façon articulée qui soutiennent la partie intérieure de la courbure de l'éprouvette.Il est possible aussi, après avoir cintré le tronçon de tige autour du mandrin et l'avoir usiné dans la zone médiane, de le noyer dans un manchon métallique de même courbure - en utilisant de préférence comme masse d'enrobage une matière synthétique durcissable - de couper alors en deux le manchon métallique dans la.région- de la section tmansversaie sommitale, sans endommager le tronçon de tige, et de serrer sans possibilité de glissement dans un élément de serrage rigide chacune des deux parties du manchon métallique qui font suite à la section transversale sommitale, avant d'insérer le tout dans l'appareil de traction pulsée. les zones de serrage du tronçon de tige peuvent, au demeurant, abstraction faite du cas cité en dernier lieu, être formées chacune de deux surfaces planes parallèles entre elles, de trois surfaces faisant un angle entre elles ou de perçages ménagés sans le tronçon. Le dernier cas permet un changement rapide, car après la rupture de 1'é- prouvette, il suffit de.retirer les deux extrémités des mandrins de la machine d'essai et de mettre en place un nouveau tronçon de tige. On explicitera l'invention à propos d'exemples d'exécuti on représentés au dessin dans lequel La figure 1 montre une éprouvette serrée entre des machoires et avec laquelle on peut mettre en oeuvre le procédé selon l'invention Lés figures 2 et 38-3B montrent des éprouvettes dans lesquelles la partie coupée de la plage médiane a une autre forme que dans la figure 1 Les figures 4A, 43 et 5 montrent d'autres modes de serrage de l'éprouvette les figures 6A-6B à 8 montrent des possibilités de simulation des forees de soutien qui esistezt dans les procédés connus, dans la zone sommitale de l'éprouvette mes figures 9A-93 montrent en deux vues, un élément de serrage. La figure 1 montre en traits mixtes, en élévation latérale, le contour d'une-tige d'acier nervurée à béton 1 cintrée autour d'un mandrin. Le rayon de courbure représente 5à 20 fois le diamètre de la tige et correspond aux prescriptions du procédé d'essai connu. Dans la partie courbée, symétriquement par rapport à la section transversale sommitale 2 de la courbure, on a découpé un tronçon de tige 3 qui est limité par deux plans parallèles 4 et 5. Les plans sont perpendiculaires à la section transversale sommitale 2. La position du plan 5 situé vers 1'in- térieur par rapport à la courbure est choisie de façon telle que ce plan ne coupe pas le tronçon de tige 3 dans une- plage ou zone médiane 6.La plage 6 copra, dans le cas présent, cinq nervures et demie, 7. La position du plan extérieur 4 est choisie de façon telle que ce dernier soit situé peu en dessous du centre de la section transversale sommitale 2, mais encore au dessus des extrémités- des nervures. Pour le choix, les facteurs suivants sont déterminants. D'une part, on s'efforce de rendre aussi petite que possible la section transversale sommitale restante~2' afin de pouvoir limiter laecharge appliquée par la machine d'essai et adopter ainsi, une fréquence d'essai relativement élevée ; mais d'autre part il faut éviter les influences perturbatrices qui peuvent être causées par exemple par le fait que l'on coupe des nervures.Your cette raison, le plan extérieur 4 doit toujours être situé au dessous des nervu- res inférieures 7. Bans le cas représenté, le tronçon de tige 3 qui sert d'éprouvette est coupé aux extrémités 8 et 9 enserré dans des paires de machoires 10 et 11. Pour éviter l'influence perturbatrice éventuellement causée par des entailles, les surfaces 4 et 5 sont meulées. Etantdonné que l'on choisit poule plan intérieur 5 une position telle qu'il ne coupe pas le tronçon de tige dans la zone centrale 6, les centres de gravité de surface de la section transversale sommitale restante 2' et de la aection transversale 12' ne sont pas alignés dans la région de serrage. Pour éviter un effort supplémentaire, on peut procéder, lors de l'essai, de la façon indiquée en tireté sur la figure. On déplace vers l'ex- térieur le plan extérieur 4, dans la région de la zone de serrage, jusqu'à ce que les centres de gravité des surfaces soient alignés. La plage décalée vers l'extérieur est désignée par 4'. Après le serrage, on soumet l'éprouvette à un effort de traction alternée ou à un effort alterné de traction et de compression et ainsi, comme dans l'essai usuel de fatigue alterné, on détermine la résistance dynamique de la tige. Pour déterminer la section transversale sommitale efficace 2', on peut se servir d'un planimètre. Une détermination de la surface, qui est suffisante dans bien des eas, peut être effectuée aussi par une détermination de poids et une mesure de longueur, si la surface sommitale efficace 2' dans la plage de laquelle la rupture se produira représente à peu la moitié de la section transversale sommitale totale 2.On détermine alors tout d'sabord l'aire moyenne de section transversale de la tige 1, on divise celle-ci -par deux et on soustrait encore la valeur dont le plan 4 est situé plus bas que le centre de la section transversale sommitale. Dans l'exemple d'exécution de la figure 1, la section varie dans la plage médiane 6 du tronçon de tige. Si en cet endrnlt la rupture est située hors de la section transversale sommitale, il faut déterminer à nouveau l'aire de section transversale qui est différente de la section transversale sommitale. La valeur de l'effort qui est à la baise de l'essai s'est modifiée. Pour-empêcher cela, on usine selon la figure 2, le tronçon de tige 32, -dans la plage médiane, suivant une surface de coupe 13 parallèle à la courbure de la barre. Il est vrai que l'on eause ainsi une- déviation des forces. Mais étant donné la petite longueur - dans le cas présent deux à trois fois l'espacement des nervures - cette déviation des forces est négligeable. Dans l'é- prouvette de la figure 2, les zones de serrage ont une structure analogue à celle de l'éprouvette de la figure 1. Un point important est une transition continue de la surface de coupe 13 dans la-plage des sones de serrage.Etant donné que dans le mode d'exécution de la figure 2 la surface de découpage, prévue dans la plage médiane du tronçon de tige, est parallèle à la courbure de ce dernier, l'aire de section transversale de 1' éprouvette ne varie pas dans cette plage, ctest-à-dire que même dans le cas d'une rupture hors de la section transversale sommi tale, les conditions sont les mêmes que pour une rupture dans la section transversale sommitale. Dans la forme d'éprouvette représentée par la figure 3 - la figure 3A étant un plan et la figure 7B une coupe transver sale par le sommet - le tronçon de tige n'est pas seulement usi- né comme sur la figure 1 du côté extérieur de la courbure mais aussi sur les deux côtés transversaux à la courbure. Les surfa ces latérales de coupe, parallèles et symétriques par rapport à l'axe 14 de la section transversale, sont désignées par 15 et 16. Elles s'étendentjusn'à l'extrémité de la tige où elles forment les surfaces de serrage. En mtme temps, gracie à la disposition symétrique par rapport à l'axe 14, on est assuré que la force de l'appareil d'essai, appliquée par les zones de serrage, agit au centre de gravité de la surface de la section transversale som mitale. la figure 33 montre encore une variante en ce qui concer ne la surface extérieure de coupe 17. la surface de coupe est concave dans la direction transversale à l'axe du tronçon de tige (fer à béton). L'éprouvette représentée par les figures 4 - la figure 4A étant un plan et la figure 4B une coupe transversale de la surface de coupe - se distingue de celle de la figure 1 par la structure des zones de serrage. Chacune des zones de serrage est formée de'trois surfaces 18, 19 et 20, 18', 19' et 20', faisant un-angle entre elles. fles machoires de serrage de l'appareil d'essai, l'une présente une encoche en V dans laquelle on peut insérer l'arête définie par les surfaces 19 et 20 ou 19' et 20'. Ainsi, on peut centrer le tronçon de tige de façon simple. Dans l'éprouvette représentée par la figure 5, les zones de serrage sont sous la forme de perçages 2t et 22. Cellesci sont disposées de telle sorte que la ligne joignant leur centre passe par le centre de gravité de la surface de la section transversale sommitale. Au lieu de machoires, la machine d'essai présente des broches qui peuvent s'engager dans les trous 21 et 22. Avec ce genre de zones de serrage,çl'insertion et le change-ment des éprouvettes est particulièrement simple, ear il suffit de retirer les éprouvettes des broches dt d'en insérer une nouvel le. La structure de l'éprouvette de la figure 6 - la figure 6A étant un plan et la figure 6B une coupe transversale - se distingue de celle de la figure 5 par le fait que du côté intérieur de la courbure est prévu un étrier 24 rempli de béton 23. Aux points de serrage 21 et 22, l'étrier est relié à l'éprouvette. Par suite, pendant l'exécution de l'essai, on obtient un soutiens de l'intérieur de la courbure de l'éprouvette, de façon analogue au procédé connu décrit plus'haut, Dans le mode d'exécution de la figure 7 - la figure 7A étant un plan et la figure 73 une coupe transversale - le soutien de l'intérieur de la courbure du tronçon de tige est ef fectué-par des chevalets 26, 27 et 28 articulés à un étrier 25. les chevalets s'appliquent contre le sommet des nervures. Un montage articulé des chevalets dans l'étrier est nécessaire afin que, lors d'un effort de tradition, les chevalets n'entravent pas l'allongement de l'éprouvette. Dans le mode d'exécution de la figure 8, l'éprouvette 38 est noyée dans un manchon métallique 29 en acier qui présente la même courbure que l'éprouvette. Comme masse d'enrobage, on utilise une matière synthétique durcissable. le manchon métallique 29 est coupé en deux dans la zone de la section transversale sommitale de l'éprouvette. la coupure est indiquée par 31. Sour serrer cette éprouvette, on utilise des éléments de serrage rigides 41 à 43 qui peuvent avoir la structure représentée, en deux vues différentes, par les figures -9A et 93. Bes éléments de serrage présentent une rainure 44, adaptée au contour extérieur du manchon métallique et destinée à recevoir ltéprouvette. L'éprouvette est bloquée par les éIémentB de serrage et seule la région voisine de la coupure 31 reste libre. REVENDiGAT IONS i-) Procédé permettant de vérifier ouecontrdler les propriétés de résistance dynamique de tiges d'acier, en particulier de fers à béton, dans lequel on courbe la tige d'acier autour d'un mandrin dont le diamètre représente à peu pres 5 à 20 fois celui de la tige et on engendre ensuite, au moyen d'un générateur dtim- pulsions ou pulsateur, périodiquement, dans une section de la partie cintrée de la tige, un effort variable d'une-grandeur prédéterminée, procédé caractérisé par-le-fait que dans la partie courbée de la tige (1-) d'acier, on prélève systématiquement par rapport au sommet (2) de la courbure, un tronçon de tige (3) et que dans une plage médiane (6) de ce tronçon, on diminue en enlevant pas usinage une partie située à l'extérieur de la courbure, le long d'une surface de coupe (4, 13)~d'allure constante, la section transversale au maximum dans une mesure telle que lors de ltexéeution de I'essai, la fissure apparaisse dans la plage superficielle non usinée, qu'en outre, on forme dans les deux plages terminales du tronçon de tige, des plages de serrage (4', 5, 21, 22) destinées à l'insertion du tronçon de tige dans des machoires (10, 11) ou broches d'un appareil essai, de façon telle que la ligne de jonction des deux centres de gravité des surfaces transversales des deux plages de serrage passa par le centre de gravité de la surface de la section transversale sommitale restante (2') du tronçon de tige et qu'enfin, on insère le tronçon de tige dans l'appareil d'essai et on le soumet à un effort de traction alternée ou à un effort alterné de traction et de pression. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'usinage du tronçon de tige ou de fer à béton (3), au moins dans la zone médiane (6), s'effectue le long d'une surface de coupe (4) perpendiculaire à la section transversale sommitale (2). 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'usinage du tronçon de tige ou fer à béton (32), au moins dans la zone médiane (6), s'effectue le long d'une surface de coupe (15) parallèle à la courbure de la tige. 4) Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que la surface des coupe (17) est concave dans la direction transversale à l'axe longitudinal du tronçon de tige. 5) Procédé selon l'une des revendications 2 et 3 caractérisé par le fait que la surface de coupe 18 est de forme plane dans la direction transversale à l'axe longitudinal du tronçon de tige. 6) Procédé selon l'tune quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que l'on aplatit le tronçon de tige sur les deux côtés (15, 16) transversaux à la courbure. 7-) Procédé selon l'une quelconque dés revendications. 1 à 6 caractérisé par le fait que chacune des zones de serrage est formée de deux surfaces planes parallèles entre elles, 8) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait que chacune des zones de serrage est formée de trois surfaces (18, 19', 20') faisant un angle entre elles. 9) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait que les zones de-serrage sont formées par des perçages (21, 22). 10) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé par le fait que l'intérieur de la courbure du tronçon de tige est appuyé contre un corps de béton (23) maintenu par un étrier 24. -11) Procédé selon l'u quelconque des revendfeations 1 à 9 caractérisé par le fait que l'intérieur de la courbure du tronçon de tige est appuyé contre des chevalets portés de façon articulée par un étrier. 12) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé par le fait que l'on noie le tronçon de tige (38) dans un manchon métallique (29) de même courbure et que l'on coupe alors en deux le manchon métallique dans la région (31) de la section transversale sommitale,et qu'en- suite on serre sans possibilité de glissement dans-un élément de serrage rigide~(40/41, 42/43) chacune des deux parties du manchon métallique (29) qui font suite à la section transversale sommitale et que l'on insère à nouveau les deux éléments de serrage dans la monture d'un appareil de traction pulsée, la force de traction étant dirigée perpendiculairement au plan dé la section transversale sommitale. 13) Procédé selon ltune quelconque des revendications 1 à 12 caractérisé par le fait que dans le cas d'un fer à béton nervuré présentant des séries de nervures dirigées axialement, le cintrage s'effectue de telle sorte qu'une série de nervures est située à l'intérieur.