Brevet FR2750498A1 — publié le 19980102

Procédé pour mesurer par ultrasons la tension résiduelle d'une barre de précontrainte métallique. La présente invention est relative aux procédés pour mesurer in situ la tension résiduelle FO d'une barre de précontrainte tendue entre deux ancrages, en mesurant le temps d'aller-retour t d'une onde ultrasonore entre les deux extrémités longitudinales de cette barre puis en calculant la tension résiduelle par la formule FO = k (t - tO), où k et tO sont deux coefficients constants. Les procédés connus de ce type présentent l'inconvénient de ne pas pouvoir être utilisés sur des barres de précontrainte déjà montées, que l'on ne peut pas se permettre de démonter. En effet, ces procédés connus requièrent un étalonnage qui doit se dérouler en deux étapes - à vide, pour déterminer le coefficient tO, - puis sous une traction variable, au banc d'étalonnage, pour déterminer le coefficient k. Si l'on veut mesurer in situ la tension résiduelle d'une barre de précontrainte sans la démonter, on est donc conduit à utiliser une méthode qui consiste à appliquer successivement des efforts de traction F à l'extrémité de cette barre de précontrainte, en mesurant simultanément ces efforts de traction F et les déplacements longitudinaux correspondant A de l'extrémité de la barre de précontrainte. On trace alors la courbe de l'effort de traction F en fonction du déplacement A, courbe qui présente une portion initiale s'étendant sensiblement selon une droite D1 très pentue, puis une portion courbe, et enfin une portion finale qui s'étend sensiblement selon une droite D2 moins pentue. La tension résiduelle de la barre de précontrainte est alors déterminée comme étant l'effort de traction F correspondant au point de croisement des droites D1 et D2. Cette méthode connue (voir par exemple les documents FR-A-2 507 232 et FR-A-2 519 672) est efficace, mais elle est relativement lente et fastidieuse à mettre en oeuvre à chaque fois que l'on veut vérifier la tension résiduelle de la barre de précontrainte, d'autant que le relevé des mesures ainsi que la détermination de la valeur FO sont généralement effectués manuellement par un opérateur. La présente invention a notamment pour but de pallier l'ensemble des inconvénients susmentionnés. A cet effet, selon l'invention, un procédé de mesure par ultrasons du genre mentionné ci-dessus est essentiellement caractérisé en ce quVil comporte une étape préliminaire d'étalonnage qui est réalisée une fois pour toutes sans démontage de la barre de précontrainte et qui consiste à - appliquer à une extrémité de la barre de précontrainte un effort de traction F progressivement croissant, - mesurer simultanément le déplacement longitudinal A de l'extrémité de la barre de précontrainte ainsi que l'effort de traction F susmentionné, ces mesures correspondant à une courbe de l'effort de traction F en fonction du déplacement A qui présente une portion initiale suivant sensiblement une première droite très pentue, puis une portion courbe, et enfin une portion finale suivant sensiblement une deuxième droite moins pentue, - déterminer la tension résiduelle FO comme étant la valeur de l'effort de traction F qui correspond à l'intersection des deux droites, - appliquer successivement à la barre de précontrainte au moins deux valeurs de tension connues et distinctes supérieures à la tension résiduelle FO, par traction sur l'extrémité de ladite barre de précontrainte, - mesurer, pour chacune de ces valeurs de tension, le temps d'aller-retour d'une onde ultrasonore entre les deux extrémités longitudinales de la barre de précontrainte, - et déduire de ces mesures les coefficients k et tO. Grâce à ces dispositions, il n'est nécessaire d'appliquer des efforts de traction à l'extrémité de la barre de précontrainte que lors de l'étalonnage, effectué une fois pour toutes. Une fois l'étalonnage effectué, on peut contrôler ultérieurement aussi souvent que nécessaire la tension résiduelle FO de la barre de précontrainte, uniquement en mesurant le temps d'aller-retour d'une onde ultrasonore entre les deux extrémités de cette barre : ces contrôles ultérieurs sont donc très simples et très rapides. Dans des modes de réalisation préférés, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - au cours de l'étape initiale appartenant à l'étape d'étalonnage, les mesures de l'effort de traction F et du déplacement A de l'extrémité de la barre de précontrainte sont acquises automatiquement sur un ordinateur qui est également programmé pour déterminer la valeur de tension résiduelle FO à partir de ces mesures - la barre de précontrainte présente une longueur inférieure à 5 mètres. D'autres caractéristiques et avantages de 1 'inven- tion apparaîtront au cours de la description détaillée 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 montrant un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - et la figure 2 est un graphe montrant très schématiquement l'évolution de l'effort de traction F appliqué à l'extrémité de la barre de précontrainte en fonction du déplacement longitudinal A de cette extrémité, lors de l'étape préliminaire d'étalonnage du procédé selon l'invention. Comme représenté sur la figure 1, le procédé selon l'invention est destiné à mesurer la tension résiduelle d'une barre de précontrainte 1 filetée, métallique ou non, qui est tendue entre deux ancrages 2, 3 situés respectivement au voisinage des extrémités longitudinales 4, 5 de ladite barre. La longueur de la barre de précontrainte 1 entre ses deux extrémités 4, 5 est de préférence inférieure à 5 mètres et généralement inférieure à 2 mètres, par exemple comprise entre 50 cm et 2 mètres. Dans l'exemple représenté sur les dessins, les ancrages 2, 3 sont constitués l'un par une tête élargie 2 faisant partie intégrante de la barre de précontrainte, et l'autre par un écrou 3 vissé sur la barre 1, ces deux ancrages appliquant un effort de compression sur un massif de béton 6 ou autre massif à précontraindre. Afin de pouvoir contrôler régulièrement la tension résiduelle de la barre de précontrainte 1 par ultrasons, on procède à une étape préliminaire d'étalonnage. A cet effet, on équipe l'extrémité 5 de la barre de précontrainte : - d'un transducteur ultrasons 7 qui permet d'émettre et de capter des ondes ultrasonores à l'extrémité 5, ce transducteur étant relié directement ou indirectement à une carte électronique spéciale intégrée dans un micro-ordinateur 8, cette carte permettant de commander le transducteur 7 pour émettre à l'extrémité 5 d'une onde ultrasonore de préférence impulsionnelle, puis pour capter cette onde à l'extrémité 5 après réflexion sur l'extrémité 4 de la barre de précontrainte, afin de mesurer le temps d'aller-retour t de l'onde ultrasonore entre les deux extrémités, - d'un capteur de déplacement 9 équipé d'un palpeur 10 qui est en contact avec l'extrémité 5 de la barre de précontrainte pour mesurer les déplacements longitudinaux A de cette extrémité, le capteur 9 étant relié à une carte électronique d'acquisition appartenant au micro-ordinateur 8, de façon que ce micro-ordinateur puisse enregistrer les déplacements longitudinaux A, - et d'un ensemble 11 permettant d'exercer une traction sur l'extrémité 5 de la barre de précontrainte. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, l'ensemble 11 comporte une bague métallique 12 vissée sur la barre de précontrainte 1 entre son extrémité 5 et le boulon 3, et un vérin hydraulique annulaire 13 disposé autour de la barre de précontrainte 1 et interposé axialement entre le massif 6 et la bague 12, ce vérin comportant un piston annulaire 14 qui coulisse dans un cylindre annulaire 15 alimenté en fluide hydraulique par une pompe 16. Le circuit hydraulique du vérin 13 est équipé d'un capteur 17 qui pourrait le cas échéant être simplement un capteur de pression, mais qui est de préférence une jauge étalonnée pour mesurer directement la force de traction exercée par le vérin 13 sur la barre de précontrainte 1 (en tenant compte de la section utile du vérin et de son coefficient de frottement interne). Cette jauge 17 est reliée à une carte électronique d'acquisition appartenant au micro-ordinateur 8, de façon que ce micro-ordinateur puisse enregistrer la valeur des efforts de traction appliqués à la barre de précontrainte 1. Au cours de l'étape d'étalonnage, on commande la pompe 16 pour augmenter progressivement l'effort de traction F appliqué à l'extrémité 5 de la barre de traction, et pendant ce temps, le micro-ordinateur 8 mesure et enregistre simultanément le déplacement A de l'extrémité 5 de la barre de précontrainte à partir de sa position initiale et l'effort de traction F, à intervalles de temps réguliers. Ces enregistrements correspondent à une courbe de l'effort de traction F en fonction du déplacement A telle que celle représentée sur la figure 2. Cette courbe présente - une portion initiale qui suit sensiblement une droite D1 très pentue, représentative de l'allongement de la portion de la barre 1 comprise entre l'écrou 3 et la bague 12, - puis une portion intermédiaire courbe, lorsque l'effort F est voisin de FO, - puis une portion finale qui suit sensiblement une droite D2 moins pentue que D1, représentative de l'allongement de l'ensemble de la barre 1. Comme cela est connu en soi, l'intersection des droites D1 et D2 correspond à une ordonnée FO qui représente la précontrainte résiduelle de la barre de précontrainte. Le micro-ordinateur 8 est programmé pour déterminer les droites D1 et D2 ainsi que leur intersection, et en déduire la valeur de la tension résiduelle FO. On commande alors la pompe 16 de façon que le vérin 13 applique successivement à la barre de précontrainte 1 deux efforts de traction F1 et F2 différents et supérieurs à FO. Pour chacun de ces efforts de traction, on fait émettre par le transducteur 7 une onde ultrasonore et le micro-ordinateur 8 mesure le temps d'aller-retour de cette onde entre les deux extrémités de la barre de précontrainte. Comme cela est connu en soi, si l'on appelle tl et t2 les temps d'aller-retour de l'onde ultrasonore correspondant respectivement aux efforts de traction F1 et F2, ces temps d'aller-retour sont reliés aux efforts de traction par les relations suivantes (1) F1 = k (tl - tO), (2) et F2 = k (t2 - tO), où k et tO sont deux coefficients constants. A partir des équations (1) et (2), le micro-ordinateur 8 détermine les coefficients k et tO, et il les conserve ensuite en mémoire. Le cas échéant, la détermination des coefficients k et tO pourrait éventuellement être réalisée en effectuant plus de deux mesures à des efforts de traction différents supérieurs à FO, de façon à corréler ces mesures pour déterminer les coefficients k et tO. Cet étalonnage ayant été effectué une fois pour toutes, lorsqu'on veut par la suite contrôler la valeur de tension résiduelle de la barre de précontrainte 1, il n'est plus nécessaire d'équiper l'extrémité 5 de cette barre de tout l'appareillage décrit précédemment, mais uniquement du transducteur 7 relié au micro-ordinateur 8. Le micro-ordinateur 8 fait alors simplement émettre par le transducteur 7 une onde ultrasonore de préférence impulsionnelle à l'extrémité 5 de la barre de précontrainte, puis le transducteur 7 capte l'onde ultrasonore en retour après réflexion à l'extrémité 4 de la barre, et le microordinateur 8 mesure le temps d'aller-retour t de l'onde ultrasonore. A partir de ce temps d'aller-retour, le microordinateur 8 peut déduire la valeur de la précontrainte résiduelle FO à l'instant de mesure, par la formule FO = k (t - tO), où k et tO sont les coefficients constants déterminés lors de l'étape initiale d'étalonnage. REVENDICATIONS 1. Procédé pour mesurer in situ la tension résiduelle FO d'une barre de précontrainte (1) tendue entre deux ancrages (2, 3), en mesurant le temps d'aller-retour t d'une onde ultrasonore entre les deux extrémités longitudinales (4, 5) de cette barre puis en calculant la tension résiduelle par la formule FO = k (t - tO), où k et tO sont deux coefficients constants, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte une étape préliminaire d'étalonnage, qui est réalisée une fois pour toutes sans démontage de la barre de précontrainte et qui consiste à - appliquer à une extrémité (5) de la barre de précontrainte un effort de traction F progressivement croissant, - mesurer simultanément le déplacement longitudinal A de l'extrémité (5) de la barre de précontrainte ainsi que l'effort de traction F susmentionné, ces mesures correspondant à une courbe de l'effort de traction F en fonction du déplacement A qui présente une portion initiale suivant sensiblement une première droite (D1) très pentue, puis une portion courbe, et enfin une portion finale suivant sensiblement une deuxième droite (D2) moins pentue, - déterminer la tension résiduelle FO comme étant la valeur de l'effort de traction F qui correspond à l'intersection des deux droites (Dl, D2), - appliquer successivement à la barre de précontrainte (1) au moins deux valeurs de tension (F1, F2) connues et distinctes supérieures à la tension résiduelle FO, par traction sur l'extrémité (5) de ladite barre de précontrainte, - mesurer, pour chacune de ces valeurs de tension (Fl, F2), le temps d'aller-retour d'une onde ultrasonore entre les deux extrémités longitudinales (4, 5) de la barre de précontrainte, - et déduire de ces mesures les coefficients k et tO. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, au cours de l'étape d'étalonnage, les mesures de l'effort de traction F et du déplacement A de l'extrémité de la barre de précontrainte (1) sont acquises automatiquement sur un ordinateur (8) qui est également programmé pour déterminer la valeur de tension résiduelle FO à partir de ces mesures. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel la barre de précontrainte (1) présente une longueur inférieure à 5 mètres.