Mechanical impact of wires break in grouted external prestressing tendon - École des Ponts ParisTech Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Academic Journal of Civil Engineering Année : 2023

Mechanical impact of wires break in grouted external prestressing tendon

Étude expérimentale et numérique de l’impact des ruptures de fils dans un câble de précontrainte extérieure injecté au coulis de ciment

Jonas Aparicio
Tien Hoang
Gwendal Cumunel
Gilles Forêt

Résumé

External prestressing is a construction technique widely used since the 1980s for large civil engineering structures to reduce the cross-sectional area of structures and thus their permanent load, and more recently to reinforce structures. External prestressing tendons are composed of strands, each comprising 7 wires with a very high elastic limit, laid in a HDPE sheath, anchored in reinforced concrete blocks and generally tensioned to 80% (excluding creep and shrinkage) of their ultimate tensile strength. To protect the cables, cement grout was injected into the sheaths until the 2000s. However, this protection system does not preserve the cables in the event of a sheath failure (leakage, injuries, etc.) which compromises its watertightness and causes issues with the quality of the injection. The durability of the cable is therefore no longer guaranteed and stress corrosion occurs. When the wires and strands re-anchor by friction in the grout after breaking due to corrosion, the stress of the remaining of the tendon increases until the breaking load of the whole tendon is reached. The break is then very sudden, releasing considerable energy that can endanger the structure and any operators present on site. Knowledge of the state of the cable at a given level of degradation and the permissible degradation before it breaks is therefore of prime importance to the managers of the structures. Several 46m long cables between supports were tested using the cable traction bench of the Gustave Eiffel University in Nantes and brought to failure by progressive cutting of the wires composing the strands. Firstly, three tendon comprising a single strand of seven wires were tested, followed by two tendon comprising five strands. The tendons were tensioned to 70% of their breaking load corresponding to the usual stress level observed in the tendons of real structures having subjected to shrinkage and creep phenomena. The experiments conducted and the analysis of the results have provided a better understanding of the evolution of the tension in the tendon when it is damaged. For this purpose, a model was developed which allows to obtain an estimate of the length affected by the rupture of wires (transfer length) and this work brings some results concerning the transfer of stresses in the tendon and strands caused by these ruptures.
La précontrainte extérieure a été massivement utilisée en France lors des années 1980 pour construire de grands ouvrages de génie civil. La précontrainte était alors principalement mise en œuvre à l’aide de câbles d’acier haute résistance toronnés, par groupe de sept fils, placés dans une gaine en PEHD avec une injection au coulis de ciment pour les protéger. Cependant, malgré cette protection, des défauts ont été décelés sur des câbles. Ces défauts peuvent engendrer la perte du câble entier. Il est donc important pour les gestionnaires d’ouvrages de connaître l’état résiduel d’un câble sur lequel des ruptures de fils ont été observées.Pour cela, plusieurs câbles de 50m de long (trois câbles avec un seul toron puis deux câbles comprenant cinq torons) ont été mis en œuvre sur un banc d'essais, tendus et amenés à la rupture par découpe progressive des fils composant le(s) toron(s). Des jauges de déformation ont été collées sur les fils et sur la gaine, et un capteur de force a été utilisé pour mesurer la tension du câble. Les résultats obtenus expérimentalement ont été comparés à ceux obtenus analytiquement et numériquement.Une relation entre la tension résiduelle du câble et l'endommagement a pu être identifiée, ainsi que la répartition des contraintes dans le câble, notamment le report de la contrainte du fil coupé sur l’ensemble des fils du câble. Un modèle numérique a été développé afin d'obtenir une estimation de la longueur sur laquelle le câble est affecté par la rupture d'un ou plusieurs fils en fonction des caractéristiques de la zone de rupture.

Domaines

Génie civil
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-04248433 , version 1 (19-10-2023)

Identifiants

Citer

Jonas Aparicio, Tien Hoang, Gwendal Cumunel, Gilles Forêt, Yannick Jeanjean, et al.. Mechanical impact of wires break in grouted external prestressing tendon. Academic Journal of Civil Engineering, 2023, ⟨10.26168/ajce.41.1.33⟩. ⟨hal-04248433⟩
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