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Trichet

Description

Niveau: Secondaire, Collège, Troisième
P. BREVET PB/MMC 2005-212 21.09.2005 1/11 Journée « CABLES 2005 » PATHOLOGIE DES HAUBANS ET CABLES FATIGUE – CORROSION ___________________ P. BREV ET Résumé Ce texte rappelle les différentes formes de dégradation qui affectent les f ils métalliques constitutifs des câbles de génie civil et les pertes de résistance mécanique qu'elles engendrent. Les dégradations propres aux éléments associés aux câbles (ancrages, tubes de transition, gaines, colliers, amortisseurs, déviateurs,…) ne sont pas traitées. I - Préambule La major ité des câbles pour ouvrages de génie civil est constituée de f ils cylindriques ou f ils de forme (Z,  ) en aciers non alliés tréfilés ou en aciers laminés à chaud puis traités thermiquement. Une partie des f ils a été mise en œuvre après avoir été revêtue de zinc ou d'alliage zinc / aluminium par immersion dans un bain de métal fondu. Au câblage (fabrication des torons sept f ils ou mult icouches), un produit de remplissage lubrif iant ou non lubrif iant peut avoir été introduit entre les f ils (ce produit étant défini essentiellement pour éviter la pénétration d'eau et la dissolution des aciers). Selon les systèmes d'ancrage et de protection, les câbles sont équipés de douilles, blocs d'ancrage, déviateurs, colliers, gaines, peintures, amortisseurs, …, qui peuvent intervenir sur la localisation, la cinétique et la nature des désordres affectant les f ils de câbles.

• rupture par corrosion fissurante


• systèmes d'ancrage et de protection


• amorces de rupture sur fissures de corrosion fissurante


• câble


• fils avec pertes de section


• métalliques constitutifs des câbles de génie civil


• contacts entre torons voisins


• ancrage

Sujets

• Ancrage

Informations

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Extrait

P. BREVET PB/MMC 2005-212 21.09.2005 Journe « CABLES 2005 » PATHO LOGIE DES HAUBANS ET CABLES FATIGUE – CORROSION ___________________ P. BREV ET

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Rsum Ce t exte rappelle les dif f rentes f ormes de dgradat ion qu i af f ectent les f ils mta lliques constitutif s des cbles de gnie civil et les pertes de rsistance mcaniqu e que lles enge ndrent. Les dgradations propres aux l ments associs aux cbles (ancrages, tubes de transition, gaines, colliers, amortisseurs, dviateurs,…) ne sont pas traites.

I - Prambule La major it des cbles p our ouvrages de gn ie civil est constitue de f ils cylindriques ou f ils de f orme (Z,) en aciers ils ou en aciers lamins  chaud puis traitsnon allis trf thermique ment. Une partie des f ils a t mise en œuvre aprs avoir t revtue de zinc ou dallia ge zinc / alu min iu m par immersion dans un ba in de mtal f ondu. Au cblage (f abrication des torons sept f ils ou mult icouches), un produit de remp lissage lubrif iant ou non lubrif iant peut avoir t introdu it entre les f ils (ce produit tant df ini essentielle ment pour viter la pntratio n dea u et la dissolution des aciers). Selon les systmes dancrage et de protection, les cbles sont quips de douilles, blocs dancrage, dviateurs, colliers, gaines, peintures, amortisseurs, …, qui peuvent intervenir sur la localisation, la cint ique et la nature d es dsordres aff ectant les f ils de cbles. Les quelques pathologies observes sur sites, dcrites ci-aprs, aff ectent les f ils ou torons. Les dgradations des ancrages, amortisseurs, … ne sont pas dcrites.

II - Mcanismes de dgradation des cbles mtalliques II – 1 Corrosion gnralise Les aciers non allis utiliss pour les cbles ont une sensibilit « ordinaire »  la corrosion par dissolution, cest--dire quune perte de section plus ou mo ins ho mogne pe ut af f ecter tout ou partir des f ils et entraner une perte de rsistance  la rupture du cble.

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Figure 1 : Dissolution « homogne » des fils avec pertes de section pouvant atteindre 90 %. II – 2 Corrosion localise La dissolution de f ils peut prendre ga le ment la f orme de cratres qui, o utre la charge portante, diminu ent la d f ormation  la rupture des f ils et f avorisent par ailleurs la f issuration par f atigue.

Figure 2 : Cratre de dissolution (section rduite localement de 50 %).

Figure 2 bis : Ruptures amorces sur des cratres de corrosion.

P. BREVET PB/MMC 2005-212 21.09.2005 3/11 Journe « CABLES 2005 » II – 3 Corrosion fissurante sous contrainte Les aciers pour f ils de cble sont ga le men t sensibles  la corrosion f issurante sous contrainte, sensibilit d autant p lus importante que la contrainte de service est leve. Les cbles de prcontrainte, en particulier, sont utiliss au-dessus du seuil de contrainte dapparit ion des phno mnes de f issuration, alors que la contrainte moyenne app liqu e aux hauba ns, suspentes et paraboles est inf rieure  ce seuil.

Figure 3 : Amorces de rupture sur fissures de corrosion fissurante.

Figure 3 bis : Rupture par corrosion fissurante sous contrainte. II – 4 Fatigue Les f ils constitutifs des cbles ont, par ailleurs, une limite dendurance  la f atigue qui est f onction de la contrainte moyenne app liqu e mais qui ne dpend pas (pour les f ils « modernes ») du dia mtre du f ils ou de la prsence ou non d un revte ment de galvanisat ion (donnes expriment ales extraites des travaux de divers laboratoires par Becker).

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Figure 4 : Ruptures de fatigue toron multicouche.

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Figure 4 bis : Rupture de fatigue  lancrage. Trois points particuliers peuvent tre nots sur le diagra mme d e la f igure 5 : crte – crte :mp litu de atigue a pour a e f la limite d – 550 MPa pour un e charge moyenne de 600 MPa ; – 340 MPa pour un e charge moyenne de 1000 MPa ; – 280 Mpa pour une charge moyenne d e 1400 Mp a.

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Figure 5 : Diagramme de Goodman selon Becker [1] II – 5 Fretting fatigue Les mcan ismes de f rotteme nt en petits dbatte me nts sont aussi des sources de dsordres : usure ou f issuration par f atigue. Ils peuvent appara tre : – soit aux contacts interf ils (intercouches) – soit aux contacts entre torons voisins, – soit aux contacts entre toron et pices f ixes eur, collier, selle, …)propres au cble (ancrage, trompette, dviat lisation).les de signa mortisseur, tablier, bou idit, a ou au pont (tubes de rig

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Figure 6 : Cas de fretting fatigue frottements torons / colliers.

Figure 6 b is : Cas de fretting fatigue frottements torons / torons.

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Figure 6 ter : Cas de fretting fatigue frottements torons / torons.

II – 6 Fatigue – Corrosion – Cblage Les mcanis mes de corrosion et de f atigue ont trs souvent un ef f et combin nocif . On note , en particulier, que le seuil de no n f issuration en corrosion f issurante sous contrainte diminue f ortement en prsence de sollicitat ions de f atigue et que les f orces de contact diminue nt la limite dendurance apparente des f ils (eff et de cblage – f retting f atigue).

Figure 7 : Rupture dun toron attrib ue  la combinaison de phnomnes de corrosion fissurante et de fatigue (en flexion).

III – Les manifestations des dsordres La consquence des dgradations des f ils est leur perte de caractristiques mcaniques et, donc, souvent de la capacit portante des cbles quils composent.

P. BREVET PB/MMC 2005-212 21.09.2005 Journe « CABLES 2005 » III – 1 Dissolut ion gnralise La rduction de section conduit d irecte ment  la rduction de la f orce  la rupture.

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Figure 8 : Courb es de traction schmatiques Figure 8 bis : Facis de rupture dun fil corrod. pour un fil sain et un fil (ayant perdu X % de section). Nota : Les courbes prsentes sont des « mod les » de co mporte ment. III – 2 Dissolut ion par cratres En p lus de la perte de charge  la rupture, les cratres provoquent une f orte diminut ion de lallonge ment rparti.

Figure 9 : Courb es de traction schmatique pour Figure 9 bis : Facis de rupture sur cratre de un fil sain et un fil prsentant des cratres. corrosion. III – 3 Corrosion fissurante sous contrainte La charge de rupture est rduite de m me que la llonge ment  la rupture q ui se produit sans df ormation p lastique po ur les f issures les plus prof ondes.

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Figure 10 : Courb es compares de fils sains et Figure 10 bis : Facis de rupture sur fissure de fils fissurs. corrosion. III – 4 Fatigue / fatigue de contact Les f issures de f atigue ont les m mes consquences que les f issures de corrosion sous contrainte : chute de rsistance, perte de ductilit (voir f igure 10).

Figure 11 et 11 b is : Facis de rupture de fatigue de contact. III – 5 Fatigue de contact + corrosion / fatigue + corrosion Les f acis de rupture des f ils, lorsque leff et de la corrosion est important, deviennent moins caractristiques mais gardent laspect « perte d e ductilit » typique de la prsence dune f issure comme orig ine de la rupture.

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Figure 12 : Facis de rupture en condition de fatigue de contact + corrosion.

Figure 12 bis : Facis de rupture corrosion fissurante + fatigue.

IV - Pathologie des gaines Les gaines sont maintenant partie intgrante des torons (polythylne extrud sur les mono ou mu lticouches). Les dsordres qui les aff ectent (en dehors des df auts de f abrication) sont des f issures de f atigue (f igure 13) ou des f issurations dif f res sous df ormation per manente (f igure 13 bis). Les phnomnes conduisant  ces f issurations sont mult iples : variations trop importantes dpaisseur (gaine d paisseur moyenne trop f aible), poly mre non stab le (ruptures des chanes) sous df ormation impose…

Figure 13 : Rupture en hlice de la gaine dun toron et rupture postrieure des fils.

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Figure 13 bis : Rupture diffre dune gaine de toron (stockage en extrieur).

V – Conclusions La plupart des ph no mnes dcrits sont connus et les app lications aux structures cbles tiennent compte de la lutte contre ces dgradations dont lapparit ion peut tre retarde par des entretiens prventif s ou des quipements co mpl mentaires (a mortisseurs, dviateurs, …). BIBL IOGRA PHIE [1] HAUBANS –Recommand ations la Prcontraintede la Commission Interministrielle de  – Nove mbre 2001 – SETRA – F.92 225 Bag neux C dex [2] K. BECKER – 1979.Influence sur la durela fatigue des cb les dacier – « La Rsistance  de vie des cbles dextraction »2-215.. Le Trf il – 29-5 – p. 21