Brevet FR2579236A1 — publié le 19860926

Câble de précontrainte préfabriqué et son procédé de fabrication L'invention concerne notamment un câble de précontrainte. Un tel câble peut être notamment utilisé pour assurer une compression permanente du béton d'un ouvrage ou d'une partie d'ouvrage tel qu'un bâtiment ou un pont, selon une ligne droite ou incurvée. Il doit pour cela être mis en tension entre les deux extrémités de cet ouvrage ou partie d'ouvrage, et sa tension varie ensuite avec la charge de l'ouvrage, la température etc.... Il comporte une âme supportant cette tension et classiquement constituée de fils d'acier, et une gaine protégeant cette âme et constituée par exemple de polyéthylène extrudé. En service la tension et ses variations se répartissent d'une manière éventuellement légèrement inégale entre les divers fils de l'âme. Les longueurs de ces fils varient donc diversement par allongement élastique.Ceci entrain en certains points des glissements des fils les uns par rapport aux autres et par rapport à la gaine. Dans le cas où l'âme est constituée d'un toron de fils enroulés en hélice, la tension provoque des forces de contact entre ces fils, et les glissements en question peuvent entraîner des blessures de ces fils, c'est-à-dire des détériorations de leur surface. Ces blessures sont préjudiciables à la résistance du fil à la fatigue. Pour permettre les glissements en question, éviter de telles blessures, et protéger l'âme contre la corrosion notamment par les composants de l'atmosphère tels que l'eau et l'oxygène, il est connu de remplir la gaine d'une graisse qui enrobe l'âme. Un procédé de fabrication d'un tel câble est connu par le document de brevet US-A 3646748 (Lang). Dans le cadre de ce procédé, il est espéré que, grâce notamment à la consistance pâteuse et filante de la graisse, celle-ci adhère surtoute les surfaces de l'âme, même lorsque celle-ci est constituée d'un toron de fils, et que cette adhérence n'est pas affectée lorsque la graisse subit des cisaillements internes dus aux glissements et au déplacement de l'âme dans la gaine. Il est aussi espéré que cette adhérence permanente assure une protection également permanente de toute la surface de l'acierOcontre la corrosion. Mais il est apparu - que la graisse ou son huile constitutive s'écoulent facilement par les extrémités du câble, ce qui oblige à prendre des précautions gênantes si on veut éviter de salir les objets environnants, - et surtout, que de la corrosion apparaît au bout d'un temps de service plus ou moins long, malgré l'incorporation de produits anti-corrosion dans la graisse. Les présents inventeurs ont pensé que cette corrosion était liée d'une part à la composition hétérogène de la graisse, qui est constituée essentiellement d'huiles minérales et de savons, et d'autre part aux variations de la température du cible en service. Ces huiles sont constituées d'hydrocarbures chimiquement inertes vis-à-vis des composants de l'atmosphère et de l'eau, ce qui leur permet d'assurer une bonne protection de l'acier tant qu'ils sont à son contact. Mais elles sont liquides à température ambiante ce qui oblige à les associer à des savons dont les molécules sont plus complexes et chimiquement moins stables. La corrosion semble alors pour partie être due à une altération chimique progressive de ces savons. D'autre part les présents inventeurs ont constaté que les déformations répétées de la graisse et/ou ses échauffements temporaires au cours du temps, par exemple sous l'action du soleil, provoquaient une séparation progressive de ses deux constituants principaux, avec rassemblement d'huile en certains points et enrichissement en savons en d'autres points. Il en résulte des modifications des caractéristiques d'écoulement et d'adhérence de la graisse, puis l'apparition de zones non protégées sur la surface de l'âme} et finalement de la corrosion et/ou des frottements dommageables entre les fils d'un toron. Il doit être remarqué que de tels frottements pourraient être tout aussi dommageables dans le cas ou ces fils seraient à l'avenir constitués d'un matériau chimiquement plus inerte que l'acier. La présente invention a notamment pour but la réalisation d'un câble de précontrainte dont la fabrication soit plus facile et dont l'âme soit plus durablement protégée contre les frottements et/ou contre la corrosion. Il doit être remarqué que l'expression câble de précontrainte est employée ici pour désigner des câbles qui devront subir des tensions importantes et plus ou moins variables, mais qui peuvent être utilisés non seulement pour assurer la compression permanente d'une masse de béton, mais aussi par exemple pour soutenir une structure suspendue telle qu'un pont ou une toiture. La présente invention a donc pour objet un tel câble comportant les éléments suivants, qui sont communs, au moins quant à certaines de leurs fonctions, à ce câble et à un câble connu - une âme (2) pour supporter la tension du câble, cette âme comportant au moins un filin (lui, 6), la longueur de chaque tel filin subissant de manière élastique une variation limitée lorsque la tension qu'il supporte varie, - une gaine de protection (8) entourant cette ame pour la protéger et éventuellement la désolidariser du matériau environnant, - et une couche de lubrification et protection (10) formée d'un matériau lubrifiant emplissant l'espace autour de chaque dit filin à ltin- térieur de cette gaine, ce matériau étant un mélange comportant une huile minérale et un agent épaississant pour présenter une consistance pâteuse et filante à la température ordinaire et permettre à ce filin un glissement facile et non dommageable, au moins par rapport à cette gaine, avec cisaillement interne de ce matériau lubrifiant, lors de chaque dite variation limitée de la longeur de ce filin. (Les numéros de référence entre parenthèses renvoient à simple titre d'exemple aux figures ci-jointes). Un filin tel que mentionné ci-dessus peut être constitué d'un fil d'acier, ou d'un ensemble de fils d'acier ou autres solidaires les uns des autres. Le câble selon l'invention est caractérisé par le fait que ledit agent épaississant du matériau lubrifiant (10) est une cire soluble dans ladite huile, de manière que ce matériau tende constamment et en tout point à rétablir l'homogénéité de sa composition lorsqu'il subit un dit cisaillement interne ou une variation de température, cette cire étant une cire de type pétrolier de manière à présenter, vis-à-vis des agents atmosphériques et des composants de l'âme et de la gaine, une inertie chimique comparable à celle de ladite huile et à conserver ainsi les propriétés de ce matériau au cours du temps, cette cire étant microcristalline de manière à obtenir ladite consistance pâteuse et filante. Le câble selon l'invention peut en outre présenter avantageusement, au moins dans certains cas, les caractéristiques suivantes - La proportion de ladite huile dans ledit matériau lubrifiant est comprise entre 10% et 70%, et de préférence entre 40% et 65% en poids, de manière à obtenir une dureté modérée à température ordinaire, ladite cire et ce matériau présentant une zone de températures de fusion entièrement au-dessous de 1000C. - Ladite cire est du type obtenu directement par le déparaffinage d'un pétrole (Elle est obtenue en raffinerie sous forme d'un mélange avec de l'huile, la proportion d'huile devant cependant généralement être augmentée par incorporation d'huile supplémentaire"). - Dans le cas classique où l'âme est constituée d'acier, des additifs antocorrosion classiques sont incorporés dans le matériau lubrifiant. - Dans le cas, également classique, où l'âme (2) est constituée de plusieurs fils (4, 6) susceptibles de glissement les uns contre les autres lors desdites variations de la tension du câble, un additif extrême pression est incorporé dans ledit matériau lubrifiant La présente invention concerne également la fabrication d'un d'un tel câble, et a donc pour objet un procédé de fabrication comportant les étapes suivantes qui sont communes, au moins quant à certaines de leurs fonctions, à ce procédé et au procédé connu précédemment mentionné - réalisation d'une âme de câble (2) pour supporter la tension du câble, cette âme comportant au moins un filin (4, 6), la longueur de chaque filin subissant de manière élastique une variation limitée lorsque la tension qu'il supporte varie, - une première extrusion autour de cette âme d'une couche de lubrification et de protection (10) pour constituer une âme enrobée, le matériau lubrifiant constituant cette couche étant pâteux et filant à la température ordinaire et étant constitué du mélange d'une huile minérale et d'un agent épaississant, pour permettre à chaque filin un glissement facile, avec cisaillement interne du matériau lubrifiant, lors de chaque dite variation limitée de la longueur de ce filin, - et deuxième extrusion à chaud d'une gaine de protection (8) autour de cette âme enrobée, de manière à maintenir ladite couche de lubrification et à la séparer du milieu environnant. Le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que le matériau lubrifiant utilisé est celui précédemment décrit également selon l'invention. Ce procédé peut présenter en outre avantageusement, au moins dans certains cas, les caractéristiques suivantes - La proportion d'huile dans le matériau lubrifiant et la zone de températures de fusion étant celles indiquées ci-dessus, lors de ladite première extrusion ledit matériau lubrifiant est chauffé à une température de première extrusion comprise entre 250C et 500C de manière que sa consistance permette d'abord une extrusion facile de ladite couche de lubrification, puis à cette couche de se maintenir provisoirement par elle-même autour de ladite âme. - Dans le cas où le procédé utilisé pour le chauffage du matériau lubrifiant n'assure pas l'uniformité de température dans son volume, ce matériau est chauffé à sa température de liquéfaction avant ladite première extrusion, puis refroidi jusqu'à ladite température de première extrusion, de manière qu'il présente une température et donc une consistance homogène dans tout son volume lorsqu'il atteint cette température. - On considère le cas, classique, où ladite gaine de protection (8) est constituée d'un matériau de gainage thermoplastique extrudé à une température de deuxième extrusion et se rétrécissant progressivement lors de son refroidissement après cette extrusion, où cette deuxième extrusion est réalisée par une tête d'extrusion annulaire (30) comportant un passage axial (28) pour laisser ladite âme enrobée (2, 10) circuler axialement vers l'avant sans contact avec la paroi de ce passage, et où cette tête comporte en outre une fente d'extrusion circulaire coaxiale (32) qui s'ouvre vers l'avant et présente un diamètre supérieur à celui de cette âme enrobée.Dans ce cas la limite supérieure de la zone de températures de fusion dudit matériau lubrifiant est choisie sensiblement inférieure, et de préférence inférieure d'au moins 500C, à ladite température de deuxième extrusion de manière que cette deuxième extrusion provoque une fusion au moins partielle dudit matériau lubrifiant et que la pression qui résulte dudit rétrécissement du matériau de gainage puisse alors chasser facilement vers l'arrière les bulles de gaz éventuelles et améliorer la pénétration du matériau lubrifiant dans l'âme si elle est constituée de plusieurs filins. A l'aide des figures schématiques ci-jointes on va décrire plus particulièrement ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un mode mise en oeuvre de l'invention. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue de côté, en arraché, d'un câble selon l'invention. La figure 2 représente une vue du même câble en coupe transversale selon une ligne Il-Il de la figure 1. La figure 3 représente partiellement une installation mettant en oeuvre le procédé selon l'invention pour fabriquer le câble des figures 1 et 2, cette installation étant vue en coupe par un plan passant par le câble en cours de fabrication. Ce câble et cette installation présentent l'ensemble des caractéristiques précédemment mentionnées. L'âme 2 du câble comporte sept fils d'acier. Ils constituent chacun l'un des filins précédemment mentionnés. Ils forment un toron, c'est-à-dire que six d'entre eux tels que 4 s'enroulent en hélice autour d'un fil axial rectiligne 6. Chaque fil ainsi enroulé est interposé sur toute sa longueur entre deux autres fils enroulés, et en contact avec ces deux autres fils et avec le fil axial. Le diamètre du toron est par exemple de 15,7 mm et il peut supporter une tension totale de 25 tonnes. Lorsque le câble est incurvé cette tension se répartit de manière inégale entre les sept fils d'acier qui stal- longent élastiquement de manières différentes de sorte que des frottements peuvent survenir entre ces fils. La gaine de protection précédemment mentionnée 8 présente un diamètre intérieur de 16,2 mm et une épaisseur de 1 mm. Elle est constituée de polyéthylène haute densité, Dans le cas où une résistance mécanique plus élevée est souhaitable (résistance aux chocs sur le chantier, résistance à de fortes pressions radiales dans un coude d'un câble de précontrainte extérieure), d'autres produits tels qu'une polyamide peuvent être préférables et présenter le phénomène précédemment mentionné de rétrécissement après extrusion. Le matériau lubrifiant précédemment mentionné constitue une couche 10 emplissant l'intervalle entre le toron 2 et la gaine 8. il remplit aussi les interstices entre les fils de ce toron. Il assure une fonction de lubrification, c'est à dire qu'il facilite les glissements des fils les uns par rapport aux autres et par rapport à la gaine, qui ne subit pas d'allongement lorsque la tension du câble s'accrott. Il empêche l'usure de ces fils et de cette gaine par frottement. Et il assure la protection chimique de l'âme contre la corrosion d'une part grâce à la cire et à l'huile qui empêchent que l'eau et l'oxygène qui ont pu pénétrer ou subsister dans la gaine parviennent jusqu'au contact de l'acier, d'autre part grâce aux additifs anticorrosion incorporés dans ce matériau. Sa zone de fusion est de préférence comprise entre 550C et 750C. Conformément à la figure 3 le câble est fabriqué par les deux extrusions précédemment mentionnées. L'âme 2 a été préalablement fabriquée par des procédés connus et elle se déplace horizontalement dans le sens indiqué par les flèches 12 à une vitesse de 24 m par minute, ce sens définissant dans la suite l'avant et l'arrière. Elle pénétre, à travers un joint 14 assurant une étanchéité suffisante, dans une chambre d'extrusion 16. Cette dernière est alimentée en matériau lubrifiant sous pression par une pompe 24 à partir d'un réservoir 20 dans lequel le matériau lubrifiant est maintenu à une température de 300C qui lui donne la consistance convenable pour son extrusion et qui constitue la température de première extrusion précédemment mentionnée. Ce matériau a été préalablement chauffé à sa température de liquéfaction et partiellement refroidi par des moyens non représentés. La couche 10 est formée par un orifice d'extrusion circulaire coaxial à l'âme 2 et percé dans une plaque 26 fermant la chambre 16 à l'avant. L'âme enrobée ainsi réalisée se refroidit quelque peu à l'air puis pénétre par l'arrière dans un passage 28 formé dans l'axe d'une tête d'extrusion 30 qui réalise la deuxième extrusion précédemment mentionnée. Cette tête comporte une chambre d'extrusion annulaire dans laquelle le matériau de gainage est introduit sous pression après avoir été malaxé à chaud. Elle est chauffée par des résistances telles que 22. Ce matériau est extrudé à travers une fente circulaire 32 stou- vrant vers l'avant. Le matériau de gainage se rétrécit progressivement en formant une ogive 34 autour de la couche de matériau lubrifiant, d'abord à distance puis au contact de celle-ci, qui est au moins partiellement fondue et légérement comprimée. La câble est ensuite refroidi par passage dans un bac de réfrigération 36 dans lequel circule de l'eau. Il y entre et en sort à travers des joints souples 38 et 40 permettant à l'eau de recouvrir le câble. Le câble peut être ensuite stocké sur un touret. REVENDICATIONS 1/ Câble de précontrainte préfabriqué destiné à être mis ultérieurement en tension, notamment pour appliquer une précontrainte à un ouvrage de béton, ce câble comportant - une âme (2) pour supporter la tension du câble, cette âme comportant au moins un filin (4, 6), la longueur de chaque tel filin subissant de manière élastique une variation limitée lorsque la tension qu'il supporte varie, - une gaine de protection (8) entourant cette âme pour la protéger et éventuellement la desolidariser du matériau environnant, - et une couche de lubrification et protection (10) formée d'un matériau lubrifiant emplissant l'espace autour de chaque dit filin à l'intérieur de cette gaine, ce matériau étant un mélange comportant une huile minérale et un agent épaississant pour présenter une consistance pâteuse et filante à la température ordinaire et permettre à ce filin un glissement facile et non dommageable, au moins par rapport à cette gaine, avec cisaillement interne de ce matériau lubrifiant, lors de chaque dite variation limitée de la longeur de ce filin, - ce câble étant caractérisé par le fait que ledit agent épaississant du matériau lubrifiant (10) est une cire soluble dans ladite huile, de manière que ce matériau tende constamment et en tout point à rétablir l'homogénéité de sa composition lorsqu'il subit un dit cisaillement interne et/ou une variation de température, cette cire étant une cire de type pétrolier de manière à présenter, vis-à-vis des agents atmosphériques et des composants de l'âme et de la gaine, une inertie chimique comparable à celle de ladite huile et à conserver ainsi les propriétés de ce matériau au cours du temps, cette cire étant microcristalline de manière à obtenir ladite consistance pâteuse et filante. 2/ Câble selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la proportion de ladite huile dans ledit matériau lubrifiant est compri-se entre 10% et 70% en poids de manière à obtenir une dureté modérée température ordinaire, ladite cire et ce matériau présentant une zone de températures de fusion entièrement au-dessous de 1000C. 3/ Câble selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite cire est du type obtenu par le déparaffinage d'un pétrole. 4/ Câble selon la revendication 1, dans lequel ladite âme (2) est constituée d'acier, et caractérisé par le fait qu'un additif anticorrosion est incorporé dans ledit matériau lubrifiant. 5/ Câble selon la revendication 1 dans lequel ladite âme (2) est constituée de plusieurs fils (4, 6) susceptibles de glissement les uns contre les autres lors desdites variations de la tension du câble, ce câble étant caractérisé par le fait qu'un additif extrême pression est incorporé dans ledit matériau lubrifiant. 6/ Procédé de fabrication d'un câble de précontrainte destiné à être mis en tension, notamment pour appliquer une précontrainte à un ouvrage en béton, ce procédé comportant les étapes suivantes : - réalisation d'une âme de câble (2) pour supporter la tension du câble, cette âme comportant au moins un filin (4, 6), la longueur de chaque filin subissant de manière élastique une variation limitée lorsque la tension qu'il supporte varie, - première extrusion autour de cette âme d'une couche de lubrification et de protection (10) pour constituer une âme enrobée, le matériau lubrifiant constituant cette couche étant pâteux et filant à la température ordinaire et étant constitué du mélange d'une huile minérale et d'un agent épaississant, pour permettre à chaque filin un glissement facile, avec cisaillement interne du matériau lubrifiant, lors de chaque dite variation limitée de la longueur de ce filin, - et deuxième extrusion à chaud d'une gaine de protection (8) autour de cette âme enrobée, de manière à maintenir ladite couche de lubrification et à la séparer du milieu environnant, - ce procédé étant caractérisé par le fait que ledit agent épaississant du matériau lubrifiant (10) est une cire soluble dans ladite huile, de manière que ce matériau tende constamment et en tout point à rétablir l'homogénéité de sa composition lorsqu'il subit un dit cisaillement interne et/ou une variation de température, cette cire étant une cire de type pétrolier de manière à présenter, vis-à-vis des agents atmosphériques et des composants de l'âme et de la gaine, une inertie chimique au moins comparable à celle de ladite huile et à conserver ainsi les propriétés de ce matériau au cours du temps, cette cire étant microcristalline de manière à obtenir ladite consistance pâteuse et filante. 7/ Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la proportion de ladite huile dans ledit matériau lubrifiant est comprise entre 10% et 70% en poids de manière à obtenir une dureté modérée à température ordinaire, ladite cire et ce matériau présentant une zone de températures de fusion entièrement au-dessous de 1000C. 8/ Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que lors de ladite première extrusion ledit matériau lubrifiant est chauffé à une température de première extrusion inférieure à 500C de manière d'abord à permettre une extrusion facile de ladite couche de lubrification, puis à cette couche de se maintenir provisoirement par elle même autour de ladite âme (2). 9/ Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit matériau lubrifiant est chauffé à sa température de liquéfaction avant ladite première extrusion, puis refroidi jusqu' ladite température de première extrusion, de manière que sa consistance soit homogène lorsqu'il atteint cette température. 10/ Procédé selon la revendication 8 dans lequel ladite gaine de protection (8) est constituée d'un matériau de gainage thermoplastique extrudé à une température de deuxième extrusion et se rétrécissant progressivement lors de son refroidissement après cette extrusion, cette dernière étant réalisée par une tête d'extrusion annulaire (30) comportant un passage axial (28) pour laisser ladite âme enrobée (2, 10) circuler axialement vers l'avant sans contact avec la paroi de ce passage, cette tête comportant en outre une fente d'extrusion circulaire coaxiale (32) qui s'ouvre vers l'avant et présente un diamètre supérieur à celui de cette ême enrobée, - ce procédé étant caractérisé par le fait que la limite supérieure de la zone de températures de fusion dudit matériau lubrifiant est choisie sensiblement inférieure à ladite température de deuxième extrusion de manière que cette deuxième extrusion provoque une fusion au moins partielle dudit matériau lubrifiant et que la pression qui résulte dudit rétrécissement du matériau de gainage puisse alors chasser facilement vers l'arrière les bulles de gaz éventuelles et améliorer la pénétration du matériau lubrifiant dans l'âme si elle est constituée de plusieurs filins. 11/ Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait que la limite supérieure de la zone de température de fusion dudit matériau lubrifiant est choisie inférieure d'au moins 500C à ladite température de deuxième extrusion. 12/ Câble selon la revendication 1, destiné à réaliser une précontrainte extérieure d'un ouvrage et caractérisé par le fait que ladite gaine de protection (8) est constituée d'une polyamide.