Brevet FR2524140A1 — publié le 19830930

Procédé et appareillage de mesure du volume interne d'une cavité. L'invention est relative à la mesure du volume interne d'une cavité et s'applique notamment à la mesure des vides subsistant dans les gaines de précontrainte du béton, l'existence de tels vides nécessitant, après mesure, un remplissage par réinjection. Le but de l'invention est de proposer un procédé de mesure des vides très simple, demandant pour sa mise en oeuvre un appareillage léger, rustique et peu motteux autorisant une diffusion large auprès de tous les organismes de contrôle intéressés par ce type de mesure. Ce but est atteint conformément à l'invention en insufflant dans la cavité à examiner un gaz sous pression permettant ainsi d'évaluer le volume de la cavité. Plus précisément, on insuffle le gaz sous pression jusqu'à l'obtention d'une surpression de gonflage P, puis on laisse débiter le gaz comprimé de la cavité dans un compteur à gaz jusqu'au retour à la pression atmosphérique pour mesurer le volume Vd de gaz ainsi débité, puis on calcule le volume interne V de la cavité en x appliquant la formule V Vx = P (1-K) où g est un terme indépendant du volume de la cavité et dépendant de l'appareillage utilisé pour mettre en oeuvre le procédé; et K est un facteur de fuite égal au rapport des temps d'écoulement du gaz comprimé de la cavité en s'échappant par le compteur à gaz et par fuites d'une part, par les fuites seules d'autre part. Si la cavité est étanche, c'est-à-dire s'il n'y a pas de fuites, ce dont on se rend compte immédiatement en observant la stabilité de la surpression de gonflage P, le coefficient de fuite est nul. Si la cavité n'est pas étanche, on détermine la valeur du facteur de fuite par une mesure indépendante (effectuée avant ou après la mesure de l'écoulement du gaz dans le compteur) pour connaitre le temps d'écoulement par les fuites seules du gaz comprimé à la même surpression de gonflage P, et on effectue le rapport des temps indiqués. I1 est à noter que l'absence de fuites correspondrait à un temps d'écoulement par fuites infini, ce qui redonne bien la valeur nulle adoptée pour le facteur K quand la cavité est étanche. L'invention concerne également un appareillage permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention et comprenant - un corps creux principal susceptible d'être relié à une source de gaz sous pression, via un robinet d'alimentation d'une part, et à la cavité d'autre part, par des raccords, - un manomètre de lecture de pression branché sur le corps principal, - une conduite de débit dérivée du corps principal et comportant suc cessivement une vanne d'isolement du compteur et un compteur volu métrique à gaz et - une conduite de purge équipée d'un robinet de purge dérivée du corps principal. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, faite en se référant à la figure unique montrant schématiquement un mode de réalisation de l'appareillage conforme à l'invention. L'appareillage, susceptible d'être contenu dans un boitier I esquissé en pointillé,comprend un corps principal tubulaire 2 percé de quatre ajutages, fermé à son extrémité 7 et équipé d'un embout 8 à l'autre extrémité destiné à réaliser un raccord rapide avec un tube non représenté utilisé pour l'insufflation de gaz dans la cavité. Une tuyauterie 9, montée sur un embout vissé étanche 6 dans un des alésages du corps 2, comporte un robinet-vanne d'alimentation 10 au quart de tour et est reliée par un embout 11 à une source de gaz comprimé (air en général),non représentée (compresseur, bouteille d'air, ...). Un manomètre 12 de lecture de pression est branché sur l'embout 3 vissé dans un alésage du corps 2. Ce manomètre peut avoir une portée de 0-10 bars et être gradué de 0,1 bar en 0,1 bar. Une conduite de débit 13 branchée sur l'embout 4 conduit au compteur volumétrique à gaz 14 déchargeant à l'air libre, via une vanne 15 d'isolement du compteur, un manomètre détendeur 16 pour limiter la pression d'air comprimé, et un volume tampon et piège à eau 17 à fermeture hermétique mais souple permettant d'éviter qu'une surpression accidentielle ne vienne endommager le compteur à gaz. Une conduite de purge 18, équipée d'un robinet de purge 19, est branchée sur l'embout 5. Pour mettre en oeuvre le procédé, on introduit et scelle de façon étanche dans un forage réalisé pour atteindre la cavité un tube plastique semi-rigide (par exemple en polyéthylène) dont l'extrémité libre est munie d'un raccord rapide que l'on relie à l'embout 8 du corps principal 2 de l'appareillage. La source d'air comprimé est branchée et la vanne d'alimentation 10 ouverte pour remplir d'air comprimé le corps tubulaire de l'appareil et la cavité jusqu'à l'obtention d'une surpression de gonflage prédéterminée P indiquée par le manomètre 12. Le choix de la surpression P est arbitraire mais, en pratique, cette surpression P est choisie d'autant plus élevée que le volume inconnu V est (ou est supposé) faible. On peut pro x céder à une premier mesure approximative pour estimer Vx Si la surpression P dans la cavité est stabilisée au manomètre 12 (pour un temps de 2 ou 3 min, par exemple), alors le système cavité-raccord-appareillage est sensiblement étanche et on pourra prendre un facteur de fuite K égal à 0. On ferme alors la vanne d'alimentation 10 et on ouvre la vanne de compteur 15. L'air comprimé emprisonné dans la cavité et le corps de l'appareil est débité à travers le compteur 14. Lorsque ce dernier, ouvert sur la pression atmosphérique, starrete d'enregistrer, on obtient la valeur du volume débité Vd en faisant la différence des valeurs affichées après et avant débit. Le volume inconnu V est alors donné par la formule Où a désigne le volume parasite correspondant au circuit interne de l'appareillage et aux tuyauteries de liaison et pouvant être connu par un étalonnage préalable de l'appareillage. Si l'on a constaté au manomètre que la cavité n'est pas étanche, l'envoi d'air comprimé dans la cavité permet généralement de localiser les fuites externes. Si le débit de fuite est très important, il est nécessaire de le réduire en procédant à des ragréages ou à des cachetages de fissures, et l'on supposera dans la suite que le débit de fuite est, ou a pu entre, ramené à une valeur inférieure à celle du débit de l'air dans le compteur à gaz de l'appareillage. Dans ces conditions, on chronomètre le temps tD d'écoulement par les fuites et le compteur de l'air en surpression P jusqu'à son retour à la pression atmosphérique Pa. D'autre part, on regonfle la cavité avec la meme surpression et on chronomètre le temps tf d'écoulement par les fuites seules (vanne de compteur 15 fermée) de l'air comprimé jusqu'à son retour à la pression atmosphérique Pa. Le volume de la cavité est alors donné par la formule Cette formule peut se justifier de la façon suivante Si D f désigne le débit de fuite naturel et Dd le débit de fuite conjugué (c'est-à-dire l'écoulement de l'air par les fuites et le compteur), on a (1) Q = Dft f Ddtd en désignant par aQ la quantité d'air supplémentaire introduite dans -la cavité par gonflage en surpression P (cette quantité EQ étant mesurée par le volume supplémentaire d'air à la pression atmosphérique Pa). On en tire soit, en posant Dd = Df + a, d (2) Df = a représente le débit d'air passant uniquement dans le compteur et est donc égal à Vd td La relation (2) s'écrit donc soit Compte tenu du fait que le débit d'air dans un orifice donné ne dépend que de la surpression et de la surface de fuite, on peut écrire que la quantité Df x td représente le volume d'air Vf échappé par les seules fuites.Par conséquent : (3) Q = Vd + Vf = Vd (1 + K Comme, par ailleurs, la loi de Griotte appliquée au volume d'air initialement contenu à la pression P dans la cavité a du volume V + , puis comprimé, permet de déduire x (V + t) P = EQ x P a soit la combinaison de (3) et (4) conduit à c'est-à-dire, en exprimant la pression en bars, la pression atmosphérique valant 1 bar, on retrouve la formule énoncée plus haut où P représente la pression en bars lue sur le manomètre, celui-ci étant gradué de façon à indiquer 0 quand la pression est égale à la pression atmosphérique. Des essais pratiqués par le demandeur sur des cavités témoins de 15 dm3 sous des pression de gonflage de 1, 3 et 5 bars, avec ou sans fuite, ont montré que les mesures sont plus fiables en cas d'étanchéité, et que leur précision croit avec la pression de gonflage. Ainsi qu'il a été dit, le procédé trouve une application particulièrement heureuse dans le domaine de la construction, dans le cas où un défaut du type cavité interne du béton ou vide résultant du mauvais remplissage par le coulis dtinjection d'une gaine de précontrainte a pu être décelé au moyen d'investigations préalables (auscultation dynamique d'un pieu, gammagraphie d'un câble de précontrainte, ...) et qu'un forage a pu être réalisé pour atteindre la cavité incriminée en un de ses points. L'invention permet alors d'apprécier l'étanchéité et le volume de la cavité incriminée. On peut également utiliser l'invention pour mesurer les porosités internes drun béton poreux ou fissuré et apprécier ainsi a posteriori l'efficacité d'une réparation par injection. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure du volume interne d'une cavité, caractérisé en ce qu'on insuffle un gaz sous pression dans la cavité pour évaluer le volume de celle-ci. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on insuffle le gaz sous pression jusqu' l'obtention d'une surpression de gonflage P, puis on laisse débiter le gaz comprimé de la cavité dans un compteur à gaz jusqu'au retour 9 la pression atmosphé rique pour mesurer le volume Vd de gaz ainsi débité, puis on calcule le volume interne V de la cavité en appliquant la formule x où # est un terme indépendant du volume de la cavité et dépendant de l'appareillage utilisé pour mettre en oeuvre le procédé et K est un facteur de fuite égal au rapport des temps d'écoulement du gaz comprimé de la cavité en s'échappant par le compteur à gaz et par fuites d'une part, par les fuites seules d'autre part. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on réalise une mesure indépendante pour connaître le temps d'écoulement du gaz comprimé de la cavité par les fuites seules. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que, pour insuffler le gaz dans la cavité, on réalise un forage atteignant la cavité, puis on y introduit et scelle de façon étanche un tube par lequel on insuffle le gaz. 5. Appareillage de mesure du volume interne d'une cavité, caractérisé en ce qu'il comprend - un corps creux principal (2) susceptible d'être relié à une source de gaz sous pression via un robinet d'alimentation(lO) d'une part, et à la cavité d'autre part, par des raccords (11, 8), - un manomètre de lecture de pression (12) branché sur le corps principal (2), - une conduite de débit (13) dérivée du corps principal (2) et comportant successivement une vanne (15) d'isolement du compteur et un compteur (14) volumétrique à gaz et - une conduite de purge (18) équipée d'un robinet (19) de purge, dérivée du corps principal (2). 6. Appareillage selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, sur la conduite de débit (13), en aval de la vanne (15) de compteur, un manomètre détendeur (16) limitant la pression de gaz et un volume tampon (17). 7. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le gaz comprimé est de l'air.