Brevet FR2717576A1 — publié le 19950922

PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES DE MESURE DE LA PRECONTRAINTE RESIDUELLE DANS UNE POUTRE EN BETON PRECONTRAINT. La présente invention est relative aux procédés de mesure de la précontrainte résiduelle dans les poutres en béton précontraint. Les poutres en béton précontraint sont d'un usage très répandu, notamment dans la réalisation de ponts et d'autres ouvrages de génie civil. Tel qu'employé ici, le terme "poutre en béton précontraint" désigne tout ouvrage en béton ou partie d'ouvrage relativement mince qui est soumis à un effort de flexion verticale et à un effort de précontrainte longitudinale de compression. Ces poutres comportent des armatures d'acier tendues entre leurs extrémités longitudinales, avec une force suffisante pour que lesdites poutres ne soient soumises qu'à des contraintes de compression ou éventuellement à des contraintes de traction réduites malgré les efforts de flexion verticale exercés sur lesdites poutres par les charges qu'elles supportent. Toutefois, au fil des années, la tension des câbles de précontrainte tend à diminuer, de sorte que les contraintes de compression engendrées par les câbles de précontrainte peuvent devenir insuffisantes pour compenser les contraintes de traction dues à la flexion des poutres. Ces contraintes de traction peuvent entraîner des fissurations du béton, voire la rupture des poutres. Il est donc essentiel de pouvoir contrôler de temps à autre la valeur résiduelle des contraintes de compression engendrées dans une poutre par les câbles de précontrainte. Un procédé connu pour évaluer cette valeur résiduelle comporte les étapes de disposer des bases d'extensométrie sur l'âme d'une poutre en béton armé précontraint, de réaliser un trait de scie vertical non traversant sur un côté de l'âme de la poutre, puis d'insérer dans ce trait de scie un vérin hydraulique plat, et de mettre en pression ce vérin hydraulique jusqu'à ce que les bases d'extensométrie indiquent que la poutre a retrouvé son état de déformation initial. Ce procédé présente toutefois l'inconvénient de mesurer la précontrainte uniquement au voisinage d'un côté de la poutre, c'est-à-dire là où la précontrainte est la plus faible, de sorte que la précision des mesures effectuées selon ce procédé est médiocre. Pour améliorer la précision de ce procédé, il est possible d'utiliser la méthode dite de "libération miniaturisée des contraintes", qui consiste à faire plusieurs mesures telles que celles décrites ci-dessus, en réalisant successivement des traits de scie de profondeur croissante. Toutefois, cette méthode est longue à mettre en oeuvre. En outre, elle nécessite une grande précision dans la réalisation des traits de scie, de sorte qu'elle est particulièrement délicate à mettre en oeuvre. La présente invention a notamment pour but de proposer un procédé de mesure de la précontrainte résiduelle dans une poutre en béton armé précontraint qui évite les inconvénients susmentionnés, et qui soit par conséquent simple, rapide et fiable à mettre en oeuvre. L'invention a donc pour objet un procédé de mesure d'une précontrainte résiduelle dans une poutre en béton armé qui est soumise à un effort de flexion verticale et à un effort de précontrainte longitudinale de compression, une section quelconque de la poutre présentant une ligne transversale, dite axe neutre de flexion, le long de laquelle l'effort de flexion n'engendre pas de contrainte de traction ni de compression, ce procédé étant essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de - déterminer la position de l'axe neutre de flexion dans une section donnée de la poutre, - réaliser un forage le long dudit axe neutre de flexion en traversant transversalement la poutre, ce forage provoquant une certaine déformation élastique de la poutre à son voisinage, - mesurer la déformation de la poutre au voisinage du forage, par rapport à un état initial antérieur au percement du forage, - insérer dans le forage un vérin hydraulique comportant deux coques sensiblement hémicylindriques qui occupent sensiblement toute la section du forage et qui sont adaptées pour s'écarter l'une de l'autre lorsque le vérin est mis en pression, ce vérin étant disposé de façon que les deux coques hémicylindriques puissent s'écarter l'une de l'autre parallèlement à l'effort de précontrainte, - mettre en pression le vérin hydraulique tout en mesurant la déformation de la poutre au voisinage du forage, - relever la pression hydraulique du vérin qui correspond à l'annulation de la déformation de la poutre due au forage, - et déterminer la précontrainte résiduelle moyenne le long de l'axe neutre de flexion à partir de la valeur de la pression hydraulique ainsi mesurée. Du fait que le forage est réalisé au niveau de l'axe neutre de flexion de la poutre, seules les contraintes de compression dues aux câbles de précontrainte s'exercent sur le béton à l'endroit du forage : la mesure de la pression hydraulique appliquée au vérin pour remettre la poutre dans sont état initial d'avant le forage est donc en relation directe avec la valeur de ces contraintes de compression. D'autre part, du fait que le forage traverse toute la largeur de la poutre, le procédé permet d'obtenir une mesure de la valeur moyenne sur la largeur de la poutre des contraintes de compression engendrées par les câbles de précontrainte. En comparant la précontrainte résiduelle ainsi mesurée avec la valeur théorique qu'auraient dû avoir les contraintes de compression à l'endroit de la mesure, on peut ensuite déterminer si les câbles de précontrainte sont encore suffisamment tendus ou non. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - le forage est réalisé sans apport hygrométrique, - les mesures de déformation de la poutre sont réalisées sous la forme de mesures de déplacement longitudinal entre des points déterminés de la poutre, par rapport audit état initial, - les mesures de déformation de la poutre sont corrigées des variations thermiques, - la correction des variations thermiques est obtenue en mesurant un déplacement longitudinal entre deux points déterminés de la poutre qui sont situés à un emplacement suffisamment éloigné du forage pour ne pas être influencés par ledit forage, ce déplacement étant mesuré par rapport à l'état initial susmentionné, - on dispose autour du vérin hydraulique, à l'intérieur du forage, un matériau incompressible de faible dureté, - la valeur de la précontrainte résiduelle au niveau de l'axe neutre est déterminée à partir de la pression hydraulique appliquée au vérin, au moyen d'un abaque établi expérimentalement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif en regard des dessins joints. Sur les dessins - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une partie d'une poutre simple en béton précontraint à laquelle peut s'appliquer le procédé de mesure de précontrainte résiduelle selon l'invention sans qu'elle soit limitée à ce type d'élément de structure comme indiqué ciavant, - la figure 2 est une vue de détail en section de l'élément de béton dans lequel sera placé le vérin, - la figure 3 est un diagramme illustrant le mode de détermination de la position de l'axe neutre de flexion dans l'élément de structure, - la figure 4 est une vue schématique en perspective d'un vérin hydraulique qui peut être utilisé dans la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Dans l'exemple représenté pour illustrer l'invention, la poutre 1 comporte d'une part une âme 11 qui s'étend verticalement selon un axe Z et qui présente une épaisseur L relativement faible, par exemple de l'ordre de 20 à 30 centimètres, et d'autre part un talon inférieur 12 dans lequel sont disposés des câbles de précontrainte 13 longitudinaux qui sont tendus entre les extrémités longitudinales de la poutre. Pour déterminer si les contraintes de compression résiduelles dues aux câbles de précontrainte sont suffisantes dans une section particulière de la poutre, on localise d'abord expérimentalement dans cette section une ligne 2 (voir figure 2) parallèle à un axe transversal Y de la poutre, où les contraintes normales dues à la flexion de la poutre sont nulles. Dans ce qui suit, cette ligne 2 sera appelée axe neutre de flexion. Pour localiser expérimentalement la position de l'axe neutre de flexion 2, selon une méthode connue, on met en place sur la hauteur de la poutre plusieurs bases d'extensométrie qui permettent de mesurer les déformations longitudinales entre des points déterminés de la poutre alignés parallèlement à un axe X longitudinal de la poutre. Les bases d'extensométrie utilisées dans cette étape du procédé comme dans les étapes ultérieures peuvent être de tout type connu. Elles peuvent notamment comporter une jauge électrique résistive ou une jauge à corde vibrante disposée entre les deux points de la poutre dont on veut mesurer le déplacement relatif. On soumet ensuite la poutre à des charges variables, soit que ces charges variables soient générées volontaire ment, soit que ces charges variables se produisent naturellement, par exemple par circulation de véhicules sur un pont auquel appartient la poutre 1. Au cours de l'application de ces charges variables, on mesure à plusieurs instants donnés les déformations relatives de la poutre selon l'axe X au moyen des diverses bases d'extensométrie mises en place sur la hauteur de la poutre. Comme représenté sur la figure 3, pour chacun de ces instants de mesure, le graphe de la déformation relative 1/1 selon l'axe X, en fonction de la hauteur Z de l'endroit de la mesure sur la poutre, est une droite. Ces droites correspondant aux différents instants de mesure sont référencées respectivement 8, 9, 10, sur la figure 3. Les différentes droites 8, 9, 10, correspondant à différentes charges de flexion appliquées à la poutre, se coupent en un point d'ordonnée Z, qui correspond à la hauteur de l'axe neutre de flexion 2 sur la poutre. La position de l'axe neutre dans une section donnée de la poutre étant ainsi déterminée, on met en place autour de cette position des bases d'extensométrie, référencées globalement 6 sur la figure 1, qui permettent de mesurer des déplacements selon l'axe X entre des points déterminés de l'âme de la poutre qui sont alignés selon le même axe X. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, ces points sont répartis en quatre colonnes verticales disposées deux par deux de part et d'autre de la position considérée de l'axe neutre de flexion, les longueurs selon l'axe X entre les différentes colonnes successives étant respectivement référencées li, 12, 13 sur la figure 1. Les bases d'extensométrie 6 permettent de mesurer les variations de ces longueurs li, 12, 13 par rapport à un état initial, à différentes hauteurs sur l'âme de la poutre. En outre, on met en place sur l'âme de la poutre 1, une base d'extensométrie supplémentaire 7 qui permet de mesurer un déplacement selon l'axe X entre deux points déterminés de l'âme de la poutre qui sont alignés selon le même axe X et séparés par une distance 14. La base d'extensométrie supplémentaire 7 est éloignée de la position de l'axe 2 précédemment déterminée, pour des raisons qui seront explicitées ci-dessous. Après la mise en place de ces différentes bases de mesure d'extensométrie, on règle simultanément à zéro la mesure de déformation de ces différentes bases de mesure, puis on perce dans l'âme de la poutre un forage 3 cylindrique de révolution, qui traverse l'âme de la poutre transversalement parallèlement à l'axe Y. Ce perçage s'effectue sans apport d'eau de refroidissement, de façon à ne pas générer de gonflements du béton. Du fait de l'absence d'eau de refroidissement, le percement du forage 3 entraîne un échauffement local du béton, mais cette hausse de température se dissipe rapidement de sorte qu'elle ne perturbe pas les mesures d'extensométrie ultérieures par les bases de mesure 6. Dès que la chaleur due au percement du forage 3 s'est dissipée, on relève les mesures des bases d'extensométrie 6, qui permettent d'obtenir des mesures de déplacement A1 selon l'axe X entre les différents points solidaires de la poutre qui font partie des bases de mesure d'extensométrie 6, ces déplacements étant générés par la présence du forage 3. La base de mesure 7 est suffisamment éloignée du forage 3 pour ne pas subir l'influence de ce forage. Par conséquent, les mesures effectuées sur la base de mesure 7 reflètent uniquement les déformations d'ensemble de la poutre, et en particulier les déformations dues aux variations thermiques globales qui ont pu intervenir sur l'ensemble de la poutre entre la mise à zéro initiale des bases d'extensométrie et la mesure effectuée après le percement du forage 3. Ainsi, la base de mesure 7 permet de corriger les mesures des bases 6 des variations thermiques. On insère ensuite dans le forage 2 un vérin hydraulique 4 tel que celui représenté sur la figure 4, comportant deux coques sensiblement hémicylindrique 41, 42 ayant chacune un diamètre voisin du diamètre D du forage 3, de sorte que le vérin 4 occupe sensiblement toute la section du forage 3. Le vérin 4 occupe de préférence sensiblement toute la longueur L du forage 3. Le vérin hydraulique 4 comporte des pistons et cylindres internes reliés à un circuit hydraulique externe (non représenté) pour écarter l'une de l'autre les deux coques hémicylindriques 41 42 dans la direction des flèches 43 de la figure 4, lorsque le circuit hydraulique est mis en pression. Le vérin hydraulique 4 est disposé dans le forage 3 de façon que la direction des flèches 43 soit orientée parallèlement à l'axe X, et on augmente progressivement la pression transmise au vérin hydraulique, jusqu'à ce que les bases d'extensométrie 6 indique des valeurs de déplacement Al qui, compte tenu des corrections thermiques, correspondent à un retour de la poutre à son état de déformation initial lors de la mise à zéro des bases de mesure d'extensométrie. De préférence, un matériau malléable mais incompressible, tel qu'une feuille de plomb ou une feuille de cuivre recuit, est interposé entre la paroi du forage 3 et le vérin hydraulique 4, de façon à répartir au mieux les efforts exercés par le vérin sur toute la longueur occupé par ledit vérin à l'intérieur du forage 3. La pression hydraulique appliquée au vérin 4 pour retrouver l'état de déformation initiale de la poutre étant ainsi connue, cette pression hydraulique correspond à une force F exercée par le vérin, et cette force F permet de déterminer la précontrainte résiduelle a le long de l'axe neutre de flexion 2, par la formule a = (F/LD) . (1 + E), ou E est un terme correctif déterminé expérimentalement, pour tenir compte notamment des irrégularités de contact et des frottements entre le vérin 4, le matériau malléable intermédiaire, et la paroi du forage 3. Le correctif E pouvant éventuellement dépendre de la force F, on réalisera en pratique une table de correspondance établie expérimentalement, donnant la précontrainte résiduelle a en fonction de la pression hydraulique appliquée au vérin pour rétablir les déformations initiales de la poutre. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure d'une précontrainte résiduelle dans une poutre (1) en béton armé qui est soumise à un effort de flexion verticale et à un effort de précontrainte longitudinale, une section quelconque de la poutre présentant une ligne transversale (2), dite axe neutre de flexion, le long de laquelle l'effort de flexion n'engendre pas de contrainte de traction ni de compression, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de - déterminer la position de l'axe neutre de flexion (2) dans une section donnée de la poutre, - réaliser un forage (3) le long dudit axe neutre de flexion en traversant transversalement la poutre, ce forage provoquant une certaine déformation élastique de la poutre à son voisinage, - mesurer la déformation de la poutre au voisinage du forage, par rapport à un état initial antérieur au percement du forage, - insérer dans le forage un vérin hydraulique (4) comportant deux coques sensiblement hémicylindriques qui occupent sensiblement toute la section du forage (3) et qui sont adaptées pour s'écarter l'une de l'autre lorsque le vérin est mis en pression, ce vérin étant disposé de façon que les deux coques hémicylindriques (5) puissent s'écarter l'une de l'autre sensiblement parallèlement à l'effort de précontrainte, - mettre en pression le vérin hydraulique (4) tout en mesurant la déformation de la poutre au voisinage du forage, - relever la pression hydraulique du vérin qui correspond à l'annulation de la déformation de la poutre due au forage, - et déterminer la précontrainte résiduelle moyenne le long de l'axe neutre de flexion à partir de la valeur de la pression hydraulique ainsi mesurée. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le forage (3) est réalisé sans apport hygrométrique. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel les mesures de déformation de la poutre sont réalisées sous la forme de mesures de déplacement longitudinal entre des points déterminés de la poutre, par rapport audit état initial. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les mesures de déformation de la poutre sont corrigées des variations thermiques. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la correction des variations thermiques est obtenue en mesurant un déplacement longitudinal entre deux points déterminés de la poutre qui sont situés à un emplacement suffisamment éloigné du forage (3) pour ne pas être influencés par ledit forage, ce déplacement étant mesuré par rapport à l'état initial susmentionné. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on dispose autour du vérin hydraulique (4), à l'intérieur du forage (3), un matériau incompressible de faible dureté. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la valeur de la précontrainte résiduelle au niveau de l'axe neutre est déterminée à partir de la pression hydraulique appliquée au vérin, au moyen d'un abaque établi expérimentalement.