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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.
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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
P. BREVET PB/MMC 2005-212 21.09.2005 Journe « CABLES 2005 » PATHO LOGIE DES HAUBANS ET CABLES FATIGUE – CORROSION ___________________ P. BREV ET
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Rsum Ce t exte rappelle les dif f rentes f ormes de dgradat ion qu i af f ectent les f ils mta lliques constitutif s des cbles de gnie civil et les pertes de rsistance mcaniqu e que lles enge ndrent. Les dgradations propres aux l ments associs aux cbles (ancrages, tubes de transition, gaines, colliers, amortisseurs, dviateurs,…) ne sont pas traites.
I - Prambule La major it des cbles p our ouvrages de gn ie civil est constitue de f ils cylindriques ou f ils de f orme (Z,) en aciers ils ou en aciers lamins chaud puis traitsnon allis trf thermique ment. Une partie des f ils a t mise en œuvre aprs avoir t revtue de zinc ou dallia ge zinc / alu min iu m par immersion dans un ba in de mtal f ondu. Au cblage (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 df ini essentielle ment pour viter la pntratio n dea u et la dissolution des aciers). Selon les systmes dancrage et de protection, les cbles sont quips de douilles, blocs dancrage, dviateurs, colliers, gaines, peintures, amortisseurs, …, qui peuvent intervenir sur la localisation, la cint ique et la nature d es dsordres aff ectant les f ils de cbles. Les quelques pathologies observes sur sites, dcrites ci-aprs, aff ectent les f ils ou torons. Les dgradations des ancrages, amortisseurs, … ne sont pas dcrites.
II - Mcanismes de dgradation des cbles mtalliques II – 1 Corrosion gnralise Les aciers non allis utiliss pour les cbles ont une sensibilit « ordinaire » la corrosion par dissolution, cest--dire quune perte de section plus ou mo ins ho mogne pe ut af f ecter tout ou partir des f ils et entraner une perte de rsistance la rupture du cble.
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Figure 1 : Dissolution « homogne » des fils avec pertes de section pouvant atteindre 90 %. II – 2 Corrosion localise La dissolution de f ils peut prendre ga le ment la f orme de cratres 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 : Cratre de dissolution (section rduite localement de 50 %).
Figure 2 bis : Ruptures amorces sur des cratres de corrosion.
P. BREVET PB/MMC 2005-212 21.09.2005 3/11 Journe « CABLES 2005 » II – 3 Corrosion fissurante sous contrainte Les aciers pour f ils de cble sont ga le men t sensibles la corrosion f issurante sous contrainte, sensibilit d autant p lus importante que la contrainte de service est leve. Les cbles de prcontrainte, en particulier, sont utiliss au-dessus du seuil de contrainte dapparit ion des phno mnes 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 cbles ont, par ailleurs, une limite dendurance la f atigue qui est f onction de la contrainte moyenne app liqu e mais qui ne dpend pas (pour les f ils « modernes ») du dia mtre du f ils ou de la prsence ou non d un revte ment de galvanisat ion (donnes expriment 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 lancrage. Trois points particuliers peuvent tre nots sur le diagra mme d e la f igure 5 : crte – crte :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 mcan ismes de f rotteme nt en petits dbatte me nts sont aussi des sources de dsordres : 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 pices f ixes eur, collier, selle, …)propres au cble (ancrage, trompette, dviat 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 – Cblage Les mcanis mes de corrosion et de f atigue ont trs 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 prsence de sollicitat ions de f atigue et que les f orces de contact diminue nt la limite dendurance apparente des f ils (eff et de cblage – f retting f atigue).
Figure 7 : Rupture dun toron attrib ue la combinaison de phnomnes de corrosion fissurante et de fatigue (en flexion).
III – Les manifestations des dsordres La consquence des dgradations des f ils est leur perte de caractristiques mcaniques et, donc, souvent de la capacit portante des cbles quils composent.
P. BREVET PB/MMC 2005-212 21.09.2005 Journe « CABLES 2005 » III – 1 Dissolut ion gnralise La rduction de section conduit d irecte ment la rduction de la f orce la rupture.
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Figure 8 : Courb es de traction schmatiques Figure 8 bis : Facis de rupture dun fil corrod. pour un fil sain et un fil (ayant perdu X % de section). Nota : Les courbes prsentes sont des « mod les » de co mporte ment. III – 2 Dissolut ion par cratres En p lus de la perte de charge la rupture, les cratres provoquent une f orte diminut ion de lallonge ment rparti.
Figure 9 : Courb es de traction schmatique pour Figure 9 bis : Facis de rupture sur cratre de un fil sain et un fil prsentant des cratres. corrosion. III – 3 Corrosion fissurante sous contrainte La charge de rupture est rduite de m me que la llonge ment la rupture q ui se produit sans df ormation p lastique po ur les f issures les plus prof ondes.
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Figure 10 : Courb es compares de fils sains et Figure 10 bis : Facis de rupture sur fissure de fils fissurs. corrosion. III – 4 Fatigue / fatigue de contact Les f issures de f atigue ont les m mes consquences que les f issures de corrosion sous contrainte : chute de rsistance, perte de ductilit (voir f igure 10).
Figure 11 et 11 b is : Facis de rupture de fatigue de contact. III – 5 Fatigue de contact + corrosion / fatigue + corrosion Les f acis de rupture des f ils, lorsque leff et de la corrosion est important, deviennent moins caractristiques mais gardent laspect « perte d e ductilit » typique de la prsence dune f issure comme orig ine de la rupture.
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Figure 12 : Facis de rupture en condition de fatigue de contact + corrosion.
Figure 12 bis : Facis de rupture corrosion fissurante + fatigue.
IV - Pathologie des gaines Les gaines sont maintenant partie intgrante des torons (polythylne extrud sur les mono ou mu lticouches). Les dsordres qui les aff ectent (en dehors des df auts de f abrication) sont des f issures de f atigue (f igure 13) ou des f issurations dif f res sous df ormation per manente (f igure 13 bis). Les phnomnes conduisant ces f issurations sont mult iples : variations trop importantes dpaisseur (gaine d paisseur moyenne trop f aible), poly mre non stab le (ruptures des chanes) sous df ormation impose…
Figure 13 : Rupture en hlice de la gaine dun toron et rupture postrieure des fils.
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Figure 13 bis : Rupture diffre dune gaine de toron (stockage en extrieur).
V – Conclusions La plupart des ph no mnes dcrits sont connus et les app lications aux structures cbles tiennent compte de la lutte contre ces dgradations dont lapparit ion peut tre retarde par des entretiens prventif s ou des quipements co mpl mentaires (a mortisseurs, dviateurs, …). BIBL IOGRA PHIE [1] HAUBANS –Recommand ations la Prcontraintede la Commission Interministrielle de – Nove mbre 2001 – SETRA – F.92 225 Bag neux C dex [2] K. BECKER – 1979.Influence sur la durela fatigue des cb les dacier – « La Rsistance de vie des cbles dextraction »2-215.. Le Trf il – 29-5 – p. 21
