Brevet FR2874256A1 — publié le 20060217

PROCEDE POUR SUIVRE LES PERTES DE TENSION DES CABLES DANS UN OUVRAGE PRECONTRAINT La présente invention concerne le domaine de la surveillance des ouvrages précontraints et plus particulièrement le contrôle de la mise sous tension, ainsi que de sa conservation dans les câbles d'un ouvrage précontraint. La connaissance de la tension dans les câbles des ouvrages précontraints est utile pour l'évaluation du niveau de sécurité. Il est connu, notamment pour les structures en béton précontraint, que les câbles de précontrainte peuvent perdre une partie de leur tension initiale par relaxation, par déformations différées du support (retrait, fluage, défauts du béton, retraits hydriques, ...), ou par ruptures de fils élémentaires ou de torons constitutifs d'un câble, notamment quand l'ouvrage présente des défauts d'injection. Le câble de précontrainte peut aussi perdre ses propriétés mécaniques en un point donné (par exemple en cas de chauffe, incendie). Ces pertes d'effort dans le câble, quelques fois localisées dans une section, ne se manifestent pas toujours par des déformations de structure notables. Il faudrait pour les apprécier contrôler les déformations par des moyens globaux, lourds et coûteux et nécessitant la détermination d'une topographie fine. Les faibles déformations générales, locales ou évolutives, dues aux pertes de tension, sont de surcroît difficiles à apprécier sur une structure précontrainte en service, a fortiori lorsqu'elle vibre. Il existe des moyens d'investigation qui permettent de mesurer les tensions résiduelles dans les câbles en place. La méthode de l'arbalète mesure directement la tension d'un câble après l'avoir partiellement dégagé du béton en appliquant un effort transversal directement sur le câble. D'autres systèmes basés sur des propriétés d'induction électrique, ou de jauges de déformation sont capables de donner des indications s'ils sont posés à la construction ou avant le premier désordre. Toutes les méthodes existantes et proposées à ce jour ont recours: - soit à des appareillages électriques plus ou moins complexes noyés dans le béton et d'une durée de vie limitée, - soit à des démolitions locales et traumatisantes pour l'ouvrage existant, - soit à des moyens assistés par une informatique spécialisée qui ne sont ni accessibles à tous et ni durables à l'échelle de la vie d'un ouvrage. Les câbles de précontrainte mis en oeuvre dans les ouvrages sont généralement protégés de la corrosion par une injection d'un produit passivant l'acier. Le produit de protection peut être de la graisse ou de la cire pétrolière. Dans ce cas, le contrôle des pertes de tension est réalisé par un simple pesage des réactions sur les têtes d'ancrage, et le câble, libre à l'intérieur de sa gaine, peut se déplacer et même se détendre complètement. Pour ce type de structures, lorsque un ou plusieurs torons constituant le câble se rompt, il y a perte immédiate de la tension sur toute la longueur du ou des torons rompus, et la tension se répartit sur les torons restant, entraînant un allongement plus grand du câble, voire une flèche visible de la structure. Le plus souvent, les gaines de ces câbles sont injectées avec un coulis de ciment qui rend impossible l'opération de pesage, même quand il s'agit de câbles légèrement graissés et injectés au coulis de ciment, car les frottements qui résultent du contact sur le coulis sont trop importants pour permettre un pesage à partir de l'ancrage. Pour ces mêmes raisons, si une rupture de fil ou de toron se produit sur un tel câble injecté, il s'opère un ré-ancrage de la force libérée par frottement ou par adhérence sur une longueur plus ou moins importante de part et d'autre de la rupture, ce qui augmente la contrainte dans le câble de section réduite. Ce ré-ancrage, à l'opposé d'une perte de tension sur toute la longueur, empêche l'apparition de tout signe visible extérieurement de la dégradation du câble, comme la flèche mentionnée précédemment. Sachant que les câbles peuvent être tendus à 80% de leur tension de rupture, la rupture de 2 torons sur les 12 que comprend un câble, par exemple, entraîne localement des contraintes proches de la valeur de rupture, sans signe précurseur visible extérieurement (à cause du ré-ancrage). La rupture d'un nouveau toron peut entraîner la défaillance totale de la structure précontrainte. Sachant que le ré-ancrage se traduit par des déplacements de faibles amplitudes mesurables sur les câbles, l'invention objet de la présente propose une méthode permettant de pallier les inconvénients des méthodes de suivi connues des tensions grâce à l'observation de ces déplacements sur les câbles d'une structure précontrainte. A cet effet, l'invention concerne un procédé pour contrôler la tension dans des câbles d'une structure précontrainte, comprenant l'observation du déplacement d'au moins un point cible sur les câbles à partir d'au moins un point d'observation disposé dans la structure précontrainte ou l'un de ses éléments le long du tracé desdits câbles. Ainsi, le déplacement différentiel mesuré à partir de différentes observations permet de savoir s'il y a eu ré-ancrage, et donc rupture d'un ou plusieurs fils ou torons du câble, et de prendre des mesures nécessaires s'il est estimé que la structure précontrainte est en danger. Dans un mode de réalisation préféré, le point d'observation est équipé d'un cylindre creux entre une surface de la structure et le dispositif de mise en tension présentant le point cible. Ce cylindre creux peut être formé à la construction de l'ouvrage ou par forage de la structure précontrainte. Il est de préférence équipé d'un oeilleton d'observation optique inséré dans le cylindre creux. Un tel oeilleton peut comprendre une pinnule de visée alignée sur le point cible à observer. Le point cible est par exemple installé sur le dispositif de mise en tension par collage ou marquage. Une autre réalisation consiste à utiliser comme point cible un point visible existant sur le dispositif de mise en tension. Dans un mode d'exécution du procédé, une première observation d'un point cible depuis un point d'observation est faite pour définir une origine de déplacement, et des observations ultérieures sont faites pour mesurer le déplacement du point cible par rapport à ladite origine de déplacement. Le coefficient de transmission des efforts entre deux points d'un câble de précontrainte peut être calculé entre deux points d'observation successifs à partir de la détermination de la variation des déplacements de chacun des points cibles observés depuis ces deux points d'observations successifs lors d'un déplacement. Le dispositif de mise en tension est typiquement ancré entre au moins deux points d'ancrage, et il comprend au moins un câble d'acier, un fil d'acier, un toron d'acier, une barre d'acier lisse ou crantée, ou un câble composite. La structure précontrainte peut être une structure métallique, en bois, en béton, en pierre ou composite. L'invention concerne également une structure précontrainte adaptée à la mise en oeuvre d'un procédé tel que défini ci-dessus. Cette structure comprend au moins un dispositif de mise en tension, tel qu'un câble, et au moins un point cible appartenant à un desdits dispositifs de mise en tension et observable depuis un point d'observation disposé dans ladite structure précontrainte le long du tracé dudit dispositif de mise en tension. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en trois dimensions d'une structure précontrainte selon l'invention avec une ouverture partielle faisant apparaître un câble ainsi qu'un point d'observation, et, - la figure 2 est une vue en coupe d'un oeilleton permettant l'observation des déplacements d'un point cible. L'invention part de la constatation que lors de démontage d'ouvrages destinés à la démolition, on a pu remarquer qu'en coupant les câbles pour les désactiver, on observait dans des ouvertures pratiquées à distance du point de coupe des légers mouvements sur les torons mis à jour, et que ces mouvements, mêmes s'ils étaient de faibles valeurs, permettaient l'observation précise d'une perte de tension. On constate de plus que les déplacements vont en diminuant au fur et à mesure que l'on s'éloigne du point de rupture des câbles. L'analyse de ces déplacements relatifs permet de situer l'endroit exact de la rupture et de reconstituer le diagramme de perte des efforts le long du câble. La figure 1 présente une vue schématique d'une structure précontrainte selon l'invention. Elle comprend une structure précontrainte 1, qui peut être en métal, bois, béton, pierres, ... Elle comprend un dispositif de mise en tension 30, retenu par un point d'ancrage 31, pris dans une face avant 11 de la structure 1. Le point d'ancrage est représenté schématiquement à la figure 1 par un disque, mais peut correspondre à d'autres modes de réalisation connus de l'homme du métier. Le dispositif 30 peut être un fil d'acier, un câble d'acier, des torons d'acier, une barre d'acier lisse ou crantée, des câbles composites, ... Le dispositif de mise en tension 30 est préférablement, mais non obligatoirement, un dispositif injecté. A la figure 1, un seul dispositif de mise en tension 30 est représenté sous la forme d'un câble injecté, mais la structure 1 peut en comprendre plusieurs, et de plusieurs types différents. Le point d'ancrage 31 peut être placé à l'intérieur de la structure 1, ou en surface comme dans l'exemple de la figure 1. Un second point d'ancrage (non visible sur la figure) permet la mise en contrainte sur une face opposée à la face avant 11. Une partie de la structure précontrainte 1 a été effacée afin de rendre visible le câble 30, et les points d'observation. Un point d'observation 20, sous la forme d'un cylindre creux reliant une face 12 de la structure 1 au câble 30, est formé dans la structure 1. Il permet une observation du câble depuis l'extérieur de la structure 1. Un point cible 32, préexistant sur le câble 30, ou formé spécialement sur ce dernier, est visible depuis l'extérieur de la structure 1 grâce au point d'observation 20. Un autre point d'observation 21 est formé dans la structure 1 depuis la même face ou une autre face 13 afin d'observer un second point cible du câble 30, distinct du premier point cible 32. D'une manière générale, la structure précontrainte 1 peut être équipée d'un certain nombre de points d'observation placés le long du tracé du câble. Les observations sont faites à partir d'un point zéro qui peut être fait depuis l'origine de l'ouvrage lors de sa construction ou bien à n'importe quel moment de sa vie. Les observations consistent à suivre une variation de mouvement des câbles (grâce aux déplacements des points cibles) par rapport à un point fixe en dehors du câble et défini comme un point zéro. La figure 2 présente un mode de réalisation particulier d'un point d'observation sous la forme d'un oeilleton. La structure précontrainte 45 présente un point d'observation sous la forme d'un oeilleton d'observation optique 41 disposant d'une pinnule de visée 42 axée sur un point cible 43 à observer. Ce point cible 43 est installé par exemple par collage ou marquage sur le câble 44 destiné à être observé depuis son origine zéro définie lors de la première observation. On peut aussi se servir de points naturels de repère comme par exemple des tâches sur les fils ou des éraflures naturelles. Pour mettre en oeuvre l'invention, il faut que le câble soit visible, donc découvert ponctuellement. On peut par exemple, à la construction de l'ouvrage positionner les oeilletons sur le tracé du câble, et les fixer au coffrage ou bien disposer avant bétonnage (dans le cas d'une structure béton) des réservations destinées à recevoir les oeilletons. Il est également possible pour les ouvrages neufs ou anciens, de forer le béton 45 pour atteindre la gaine (par exemple en matière plastique, métallique, composite,...) 46 (dans le cas d'un câble injecté), ensuite perforer celle-ci pour atteindre le câble, le dégager de son coulis d'injection 47 dans la zone d'observation. Les oeilletons 41 sont ensuite scellés à la structure de façon à constituer une base fixe. Quand les oeilletons sont scellés définitivement à la structure, un point cible ou repère 43 est fait sur le câble à observer, soit par un marquage ou par le collage d'une cible. Le point zéro peut être alors pris comme la position relative à l'origine (lors de la première observation) du point cible 43 avec la pinnule de visée 42. A partir de cet instant, tout mouvement du câble peut être observé en comparant la position du point cible à l'origine avec la nouvelle position mesurée lors de l'observation ultérieure. Les déplacements des points cibles observés depuis les différents points d'observation permettent donc de connaître tout mouvement du câble sur sa longueur. Dans le cas d'une structure en béton précontraint, on peut noter que les coefficients de dilatation du béton et du câble sont très voisins, ce qui entraîne des variations de position des points cibles négligeables par rapport aux variations mesurées résultant d'un ré-ancrage. Les oeilletons sont préférablement hermétiques, et empêchent tout échange avec l'extérieur de façon à supprimer toute venue possible d'agents agressifs pouvant oxyder les câbles et de façon générale toute évolution défavorable telle que l'oxydation. Ils peuvent être avantageusement rempli d'une matière transparente (gel, gaz ou autre). Ils peuvent également être rempli d'un produit transparent de protection du câble contre la corrosion. Ce produit peut se présenter sous la forme de gel ou non, et doit permettre une lecture sans démontage. Le produit de protection peut également être un gaz neutre ou passivant tout en permettant une lecture sans démontage. Dans un mode de réalisation préféré, les oeilletons sont destinés à recevoir un appareil optique tel qu'un endoscope pour effectuer les observations, ou tout appareil optique permettant de mesurer précisément des déplacements des points cibles entre une première observation et toute observation ultérieures. L'appareil optique peut reconnaître la position du point cible ou un mouvement du câble au moyen d'un logiciel de reconnaissance de forme ou de position. La distance entre les oeilletons d'observation le long du câble dépend de la nature de la structure précontrainte, ainsi que du dispositif de précontrainte et des charges supportées par la structure. Dans le cas d'une structure en béton précontraint avec des câbles injectés non graissés, des tests ont montré que la longueur de ré-ancrage des efforts après rupture d'un toron est généralement de 80 à 120 cm. Il est alors intéressant de disposer les oeilletons tous les 80 ou 100 cm par exemple afin d'être certain de pouvoir observer des déplacements des points cibles correspondant à une rupture d'un ou plusieurs torons. La disposition des points d'observation peut également être fonction de zones particulières à surveiller (comme dans les structures complexes par exemple). Ils peuvent par ailleurs être disposés le long d'un câble mais déboucher sur des faces différentes en fonction de l'encombrement par exemple. L'invention peut être aussi avantageusement utilisée comme un outil de contrôle lors de la construction d'ouvrages précontraints. La mesure des déplacements en un point donné d'un câble permet de comparer le déplacement attendu avec le déplacement réel lors d'une mise en tension d'un ouvrage neuf. Le procédé est aussi applicable au suivi de l'accroissement des efforts de précontrainte lors d'une mise en tension ou de remise en tension en tous points du câble. II est connu que la tension le long d'un câble de précontrainte varie le long de celui-ci du fait des pertes par rentrée de clavettes, par frottement, par tensions successives, ... La mesure des tensions initiales se fait par exemple entre deux ancrages à l'aide d'un vérin actif et un vérin passif. Cette disposition permet de connaître globalement la transmission des efforts d'un vérin à l'autre, ainsi que l'allongement global du câble pour l'effort donné. Mais elle ne permet pas de donner une image précise de la tension en tous points le long du tracé ni de définir localement le coefficient de transmission réel. Au contraire, le procédé selon l'invention permet de connaître la répartition de la transmission des efforts, notamment des frottements, le long des différents points d'observation d'un câble lors de la mise sous tension. En effet l'allongement subi par le câble est minoré des forces de frottement. Notamment, la variation de longueur AI entre deux oeilletons successifs est due aux frottements existants le long du câble entre ces deux points d'observations. On parle alors de points singuliers. C'est le cas par exemple d'un câble pour une structure précontrainte, qui se déforme, lors de sa mise en place dans le logement prévu pour le câble, selon la courbe des moments. II présente différents points d'appui, ou points singuliers, dans son logement. Lors de la mise sous tension du câble, on peut constater que le déplacement observé d'un point cible positionné en amont d'un point d'appui, par rapport au dispositif de mise sous tension, est supérieur au déplacement constaté du point de cible suivant positionné en aval de ce même point d'appui. La perte en déplacement global du câble est directement liée aux frottements existant entre les deux oeilletons d'observation. On constate donc que l'observation depuis une certain nombre de points d'observation des déplacements du câble permet de connaître la répartition précise de la transmission des efforts le long de ce câble, ce qui permet de calculer séparément le coefficient de frottement réel (câble dans son coulis) du coefficient dit de dérivation parasite (frottement supplémentaire local, comme dans le cas d'un point singulier, et calculé à partir des déplacements observés depuis deux oeilletons placés de part et d'autre de la zone considéré). Ceci constitue un progrès par rapport aux méthodes connues qui ne permettaient qu'une approche globale. Le procédé permet ainsi d'obtenir des résultats inaccessibles jusque là sans démolition lourde: - dans le cas de pièces à géométrie complexe, il permet la définition aisée des déplacements relatifs en un point précis liés à la variation de la tension sans réaliser de saignées préjudiciables à la bonne tenue du béton, - dans le cas ou le tracé comporte un ancrage passif (ancrage inaccessible) il permet l'observation aisée des déplacements relatifs du câble lors de la tension en un point précis alors même que la mesure du coefficient de transmission à l'aide de deux vérins est impossible. - l'application du procédé lors de la coupure volontaire d'un câble permet de définir la longueur de ré-ancrage de celui-ci sur les structures réelles. Ceci n'était possible avec aucun autre procédé connu. La connaissance de la longueur de ré-ancrage est indispensable pour assurer la sécurité lors des opérations de réparation ou de déconstruction. 11 REVENDICATIONS 1. Procédé pour contrôler la tension dans des dispositifs de mise en tension (30, 41) d'une structure précontrainte (1, 45), comprenant l'observation du déplacement d'au moins un point cible (32, 43) appartenant à un desdits dispositifs de mise en tension à partir d'au moins un point d'observation (20, 21, 41) disposé dans la structure précontrainte le long du tracé desdits dispositifs de mise en tension. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le point d'observation est équipé d'un cylindre creux entre une surface de la structure et le dispositif de mise en tension présentant le point cible. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le cylindre creux est formé à la construction de l'ouvrage ou par forage de la structure précontrainte. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le point d'observation est équipé d'un oeilleton d'observation optique (41) inséré dans le cylindre creux. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'oeilleton comprend une pinnule de visée (42) alignée sur le point cible à observer. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le point cible est installé sur le dispositif de mise en tension par collage 25 ou marquage. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le point cible est un point visible existant sur le dispositif de mise en tension. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une première observation d'un point cible depuis un point d'observation pour définir une origine de déplacement, et des observations ultérieures pour mesurer le déplacement du point cible par rapport à ladite origine de déplacement. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le coefficient de transmission des efforts entre la structure précontrainte et le dispositif de mise en tension est calculé entre deux points d'observation successifs à partir de la détermination de la variation des déplacements (AI) de chacun des points cibles observés depuis ces deux points d'observations successifs lors d'un déplacement. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de mise en tension est ancré entre au moins deux points d'ancrage et comprend au moins un câble d'acier, un fil d'acier, un toron d'acier, une barre d'acier lisse ou crantée, ou un câble composite. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la structure précontrainte est une structure métallique, en bois, en béton, en pierre ou composite. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 11, dans lequel le cylindre creux comprend une matière transparente. 13. Structure précontrainte (1, 45) comprenant au moins un dispositif de mise en tension (30, 41) et au moins un point cible (32, 43) appartenant à un desdits dispositifs de mise en tension et observable depuis un point d'observation (20, 21, 41) disposé dans ladite structure précontrainte le long du tracé dudit dispositif de mise en tension. 14. Structure précontrainte selon la revendication 13, dans lequel le point d'observation est équipé d'un cylindre creux entre une surface de la structure et le dispositif de mise en tension présentant le point cible. 15. Structure précontrainte selon la revendication 14, dans lequel le point d'observation est équipé d'un oeilleton d'observation optique (41) inséré dans le cylindre creux. 16. Structure précontrainte selon la revendication 15, dans lequel l'ceilleton comprend une pinnule de visée (42) alignée sur le point cible à observer. 17. Structure précontrainte selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, dans lequel le point cible est installé sur le dispositif de mise en tension par collage ou marquage. 18. Structure précontrainte selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, dans lequel le point cible est un point visible existant sur le dispositif de mise en tension. 19. Structure précontrainte selon l'une quelconque des revendications 13 à 18, dans lequel le dispositif de mise en tension est ancré entre au moins deux points d'ancrage et comprend au moins un câble d'acier, un fil d'acier, un toron d'acier, une barre d'acier lisse ou crantée, ou un câble composite. 20. Structure précontrainte selon l'une quelconque des revendications 14 à 19, dans lequel le cylindre creux comprend une matière transparente.