Brevet FR2281553A1 — publié le 19760305

La présente invention concerne un extensomètre à vérin pour la mesure des contraintes dans une structure ou un matériau. On connait déjà des extensomètres à piston comportant un cylindre relié à un point de la structure ou du matériau à étudier, une embase reliée à un autre point de ladite structure ou dudit matériau, ledit cylindre coulissant sur ladite embase, et un piston disposé à l'intérieur du cylindre et relié à l'embase par une tige calibrée déformable. Un premier type d'extensomètre à piston connu est actionné, lors de la mesure, par un fluide sous pression qui déplace le pis- ton jusqu'à ce qu'il obture une circulation d'air entre deux orifices ménagés sur deux parois adjacentes du cylindre. Connaissant la pression du fluide et les caractéristiques de l'extensomètre, on déduit la course du piston et on peut ainsi déterminer les variations de longueur entre les deux points précités de ladite structure. Ce premier type d'extensomètre connu présente plusieurs inconvénients ; en particulier, il ne permet pas de connaître précisément la position extrême du piston ni de suivra des phénomènes rapides. On a cherché à remédier à ces inconvénients en prévoyant une butée dans ledit cylindre sur laquelle le piston vient en appui, sous-l'action d'un fluide sous pression, dans sa position de référence, et des moyens pour amener le piston contre ladite embase en position de travail, ainsi qu'il l'est décrit dans la demande de brevet français n071 34303. Ce second type d'extensomètre est destiné à être constamment en position de travail et fournit une mesure continue. I1 est donc soumis à des sollicitations mécaniques permanentes et ses caractéristiques sont susceptibles de dériver dans le temps. La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et a pour but de fournir un extensomètre à vérin, de conception simple, précis, qui n'est sollicité mécaniquement que lors des mesures et qui permette d'effectuer des mesures sur une structure soumise à des contraintes lentes ou rapides. Ce but est atteint par un extensomètre à vérin comportant un cylindre relié à un point d'une structure à étudier, un organe relié à un autre point de ladite structure, un piston logé dans ledit cylindre et qui peut être soumis à l'action d'un fluide sous pression introduit dans le cylindre, un élément déformable dont une extrémité est reliée au piston et dont au moins une caractéristique physique est variable en fonction de la contrainte exercée sur ladite structure et des premiers moyens pour mesurer les variations de ladite caractéristique physique de l'élément déformable, ledit cylindre présentant une première surface d'appui constituant une première limite de la course du piston dans le cylindre, ledit extensomètre étant caractérisé, conformément à l'invention, en ce que ledit élément déformable est relié à son autre extrémité audit organe à l'extérieur du cylindre, en ce que ledit cylindre présente une seconde surface d'appui constituant une seconde limite de la course dudit piston dans le cylindre, lesdites première et seconde limites étant respectivement atteintes en l'absence et sous l'action du fluide sous pression et en ce que des seconds moyens sont prévus pour mesurer la pression du fluide introduit dans le cylindre. Selon une particularité de l'extensomètre selon l'invention, la tige dudit piston comporte une butée extérieure audit cylindre susceptible de venir au contact de ladite seconde surface d'appui sous l'action du fluide sous pression. Selon une autre particularité de l'extensomètre selon l'invention, ledit élément déformable est situé entièrement à l'extérieur dudit cylindre et est relié au piston par l'intermédiaire de ladite butée. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-dessous à titre indicatif mais non limitatif, d'un mode particulier de réalisation d'un extensomètre conforme à l'invention en référence aux figures des dessins joints qui illustrent - figure 1, une vue schématique en coupe d'un extensomètre conforme à l'invention, et - figure 2, une courbe illustrant les variations de l'allongement relatif de l'élément déformable de l'extensomètre de la figure 1, en fonction de la pression de fluide. L'extensomètre à vérin illustré figure 1 comporte un cylindre 1 fixé à la structure 2 par des pattes de scellement 3 indéformables. Un piston 4 peut coulisser dans le cylindre 1 sous l'action d'un fluide sous pression introduit dans le corps du cylindre 1 par le conduit d'amenée 5. En l'absence de fluide sous pression, le piston 4 est en appui sur une butée la à l'intérieur du cylindre 1 (figure 1). De l'autre cbté du piston par rapport au conduit d'amenée 5, un trou d'évent 6 est pratiqué dans le cylindre 1. La tige 7 du piston porte une butée 8 qui peut venir au contact d'une surface d'appui lb prévue sur ou dans le cylindre 1 sous l'action du fluide sous pression Les surfaces la et lb délimitent la course du piston 4.Un élément déformable tel qu'un ruban 10 est lié rigidement à une de ses extrémités à la butée 8 et à son autre extrémité à un organe 11 indéformable scellé à la structure 2, de manière à amener le piston 4 contre la surface d'appui la en l'absence de fluide sous pression. Sur le ruban 10 est collée au moins une jauge de contrainte 12 servant à mesurer son élongation relative. A la place du ruban 10, on peut utiliser d'autres types d'éléments déformables dont une au moins des caractéristiques est variable en fonction de la contrainte exercée sur la structure 2, comme par exemple un fil ou une tige déformable dont on mesure l'élongation relative ou une corde vibrante dont on mesure la fréquence de vibration. ls étant la longueur active de l'extensomètre, c'est-à- dire la longueur de la distance entre l'organe 11 et la patte de scellement 3, la plus proche dudit organe, lorsque la structure 2 est soumise à aucune contrainte, on cherche à mesurer l'élon- gation relative - de la structure 2 lorsque cette dernière est soumise à une contrainte qui a pour effet de modifier la lon gueur ls d'une quantité 15 . La quantité ls peut etre négative ou positive selon la nature de ladite contrainte. On effectue tout d'abord une mesure de référence, la structure 2 étant au repos, donc soumise à aucune contrainte. Par le conduit d'amenée 5 on injecte du fluide sous pression dont on mesure la pression P au moyen d'un manomètre 9 ou de tout autre capteur de pression. Le blr piston 4 se déplace, ce qui provoque un allongement relatif du ruban 10, 1r étant la longueur de ce ruban à l'état simplement tendu mais non étiré. En augmentant la pression P par palliers, on peut tracer la courbe illustrée figure 2 et qui représente les #lr variations de lr en fonction de la pression P du fluide. On constate qu'une pression PO est nécessaire pour vaincre la tension initiale du ruban 10 et les forces de frottement. Ladite tension initiale peut éventuellement être réglée au moyen d'un dispositif de réglage placé au niveau de l'organe 11. Pour une pression de fluide supérieure à PO le ruban se tend jusqu'à ce que l'on atteigne la pression P1 pour laquelle la butée 8 vient au contact de la surface d'appui lb.Pour une pression P comprise entre l'intervalle Po # P # P1 l'allonaement relatif #1r du ruban 10 est conforme 1r à la loi de Hooke. S'étant l'aire de la section utile au piston 4, E le module delasticite du ruban 10 et s l'aire de la section du ruban 10. La mesure de référence qui vient d'être dé S crite permet donc de déterminer la valeur du rapport La structure étant maintenant soumise à une contrainte, la longueur active de l'extensomètre passe de la valeur ls à la valeur 15 + A15, la quantité AlS pouvant être négative ou positive. On effectue alors une mesure sous contrainte analogue à la mesure de référence qui vient d'etre décrite.On détermine par cette mesure des valeurs P'O et/ou P'1 pour lesquelles respectivement le ruban 10 commence à s'allonger et la butée 8 vient au contact de la surface d'appui lb Pour une Pression P comprise entre P'o on a alors La valeur #ls peut être simplement s déduite des valeurs caractéristiques P et P' (ou P et P'o et l'on a 1 U ' ir1 u u- - le rapport lr peut être connu par construction ou peut etre déterminé par étalonnage. Cette méthode de mesure permet de prendre en compte les éventuels frottements parasites du piston 4 et de sa tige 7, connaissant l'aire S de la section utile du piston. La méthode qui vient d'être décrite est plus particulièrement adaptée à la mesure d'élongations lentes de la structure 2. Les mesures d'élongations rapides peuvent être effectuées directement au moyen de la jauge de contrainte 12, le piston 4 étant en appui sur la surface d'appui la ou la butée 3 étant en appui sur la lr surface d'appui lb et la seule connaissance du rapport 1r est alors nécessaire. Dans tous les cas, il est préférable de s'assurer que le ruban 10 soit effectivement tendu et que sa limite d'élasticité ne soit pas dépassée au cours de l'utilisation de l'extensomètre, par exemple au moyen du dispositif de réglage de tension prévu au niveau de l'organe 11. D'autre part, on peut disposer un diaphragme 13 dans la chambre d'admission 14 de fluide du cylindre 1, c'està-dire entre le piston 4 et le cbté ouvert du cylindre 1 afin d'éviter, lors de l'admission du fluide, d'avoir des sections actives variables à l'intérieur du cylindre 1. I1 n'est bien entendu pas nécessaire de faire une mesure de référence avant chaque mesure sous contrainte mais seulement si on le désire pour réétalonner partiellement l'extensomètre. Le terme structure utilisé dans la description qui précède doit s'entendre comme recouvrant toute structure ou matériau sur ou dans lequel l'extensomètre selon l'invention peut être disposé. En particulier, on peut placer l'extensomètre dans un tube déformable de protection et le noyer dans une pile ou une poutre de béton. L'extensomètre selon l'invention peut avoir une longueur active de quelques centimètres à plusieurs mètres, seule la longueur de l'élément déformable devant être modifiée. Enfin, sa simplicité de constitution et le fait que ses caractéristiques ne sont pas susceptibles de dériver dans le temps puisqu'il n'est sollicité mécaniquement et/ou pneumatiquement que lors des mesures, font de l'extensomètre selon l'invention un appareil de mesure précis et fiable. t REVENDICATIONS 1 - Extensomètre à vérin comportant un cylindre relié à un point d'une structure à étudier, un organe relié à un autre point de ladite structure, un piston logé dans ledit cylindre et qui peut être'soumis à l'action d'un fluide sous pression introduit dans le cylindre, un élément déformable dont une extrémité est reliée au piston et dont au moins une caractéristique physique est variable en fonction de la contrainte exercée sur ladite structure et des premiers moyens pour mesurer les variations de ladite caractéristique physique de l'élément déformable, ledit cylindre présentant une première surface d'appui constituant une première limite de la course du piston dans le cylindre, ledit extensomètre étant caractérisé en ce que ledit élément déformable est relié à son autre extrémité audit organe à l'extérieur du cylindre, en ce que ledit cylindre présente une seconde surface d'appui constituant une seconde limite de la course dudit piston dans le cylindre, lesdites première et seconde limites étant respectivement atteintes en l'absence et sous l'action du fluide sous pression et en ce que des seconds moyens sont prévus pour mesurer la pression du fluide introduit dans le cylindre. 2 - Extensomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige dudit piston comporte une butée extérieure audit cylindre susceptible de venir au contact de ladite seconde surface d'appui sous l'action du fluide sous pression. 3 - Extensomètre selon 1 a r e v e n d i c a t i o n 2 , caractérisé en-ce que ledit élément déformable est situé entièrement à l'extérieur dudit cylindre et est relié au piston par l'intermédiaire de ladite butée. 4 - Extensomètre selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que ladite caractéristique physique variable de l'élément déformable est sa longueur et en ce que lesdits seconds moyens consistent en au moins une jauge de contrainte disposée sur ledit élément déformable. 5 - Extensomètre selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que ledit élément déformable est une corde vibrante. 6 - Extensomètre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un diaphragme est disposé dans la chambre-d'admission de fluide sous pression dudit cylindre. 7 - Procédé pour la mesure de l'élongation relative d'une structure soumise à une contrainte au moyen d'un extensomètre conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine la valeur de la pression de fluide minimale nécessaire pour amener ledit piston dans la position correspondant à ladite seconde limite de sa course lorsque la structure est sous contrainte, on compare ladite valeur de pression à celle déterminée de façon analogue lorsque la structure n'est pas sous contrainte, et on déduit de cette comparaison la valeur cherchée de l'allongement relatif de ladite structure. 8 - Procédé pour la mesure de l'élongation relative d'une structure soumise à une contrainte au moyen d'un extensomètre conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine la valeur de la pression de fluide minimale pour déplacer ledit piston à partir d'une position correspondant à ladite première limite de sa course, lorsque la structure est sous contrainte, on compare ladite valeur de pression à celle déterminée lorsque a structure n'est pas sous contrainte, et on déduit de cette comparaison la valeur cherchée de l'allongement relatif de ladite structure.