Analyse vibratoire de câbles de précontrainte extérieure pour différents niveaux d’endommagement
Résumé
External prestressing is a construction technique widely used since the 1980s for large civil engineering
structures. This technique is used to reduce the cross-sectional area of structures, and thus their perma-
nent load, and more recently to reinforce structures.
External prestressing tendons are composed of strands, each comprising seven wires with a very high
elastic strength, laid in a HDPE sheath, anchored in reinforced concrete blocks and generally tensio-
ned to 80 % of their tensile strength (excluding creep and shrinkage). For the protection of the cables,
cement grout has been injected into the sheaths until the 2000s. However, this protection does not make
it possible to preserve the cables in case of failure of the sheath (leakage, cracking, etc.) or injection
default. The durability of the cable is therefore no longer guaranteed and stress-corrosion can occur.
Because of the re-anchoring by friction in the grout of the wires and strands broken by corrosion, the
stress of the damaged area of the cable increases until its breaking limit is reached. The fracture is then
very sudden, releasing considerable energy that can endanger the structure and any operators present
on site. Detecting the level of degradation of a cable before its fracture is therefore essential for the
structure managers.
Several cables 46,6m long between supports have been tested on the site of UGE Nantes and have been
bringen to fracture by progressive cutting of the wires making up the strand. Firstly, three cables com-
prising a single strand of seven wires have been tested. The cables have been tensioned to 0.70 Frg
corresponding to the usual residual stresses observed in real structures after shrinkage and creep. Ex-
citation devices have been used in order to measure the vibration response using accelerometers. As the
wires break, variations in the natural frequencies are observed and used to characterize the condition
of the cable.
La précontrainte extérieure est une technique de construction largement utilisée depuis les années 1980
pour les grands ouvrages de génie-civil, permettant de réduire les sections des structures et par là même
leur charge permanente, et plus récemment pour renforcer des structures.
Les câbles de précontrainte extérieure sont composés de torons comportant chacun sept fils à très haute
limite élastique mis en œuvre dans une gaine PEHD et ancrés dans des blocs en béton armé. Ils sont
généralement tendus à 80 % de leur limite de rupture (hors fluage et retrait). Une injection au coulis
de ciment dans les gaines était réalisée pour la protection des câbles jusque dans les années 2000. Or,
ce type de protection ne permet pas de préserver les câbles en cas de défaillance de la gaine (défaut
d’étanchéité, déchirures etc.) ou de défaut d’injection. Dès lors la durabilité du câble n’est plus assurée
et une corrosion sous tension peut survenir, pouvant générer la rupture de fils et de torons. Lors des
ruptures des fils ou torons, un réancrage s’opère par frottement entre le coulis et les fils ou torons, ce qui
a pour effet de maintenir la tension du câble et de porter la portion de câble endommagée à sa limite à la
rupture. La rupture du câble est alors très brutale, dégageant une énergie considérable pouvant mettre
en danger la structure et d’éventuels opérateurs présents sur site. La détection du niveau de dégradation
d’un câble avant sa rupture est donc de première importance pour les gestionnaires d’ouvrages.
Plusieurs câbles de 46,6 m de longueur entre appuis ont été testés sur le site de l’UGE Nantes et ame-
nés jusqu’à la rupture par découpe progressive des fils composant les torons. Trois câbles comprenant
un seul toron de sept fils ont été testés dans un premier temps. Les câbles ont été tendus à 0.70 Frg,
correspondant aux tensions résiduelles usuelles observées sur ouvrage réel après retrait et fluage. Des
dispositifs d’excitation ont permis de solliciter les câbles afin de mesurer leur réponse vibratoire à l’aide
d’accéléromètres. Au fur et à mesure des ruptures des fils, des variations des fréquences propres sont
observées et utilisées afin de caractériser l’état du câble.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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