ISO 15630-3 / ASTM A416 / ASTM A1061: Essai sur acier de précontrainte
Les normes d'essai ISO 15630-3, ASTM A416 ou ASTM A1061 indiquent comment les torons de précontrainte doivent être testés. Les fabricants de torons de précontrainte sont tenus, par le biais de normes produits, de soumettre leurs produits à des essais statiques et dynamiques selon ces normes. Afin de réduire les coûts d'équipement, ces essais sont souvent confiés à des prestataires de services. Les fabricants sont de plus soumis à des contrôles externes par des instituts indépendants.
L’essai de traction statique avec mesures de l’allongement fait partie des principaux essais de l’assurance de la qualité. ZwickRoell propose à cet effet une machine d'essai de traction pour des forces allant jusqu'à 600 kN en configuration standard. Des inserts de mâchoires ZwickRoell spécialement conçus pour les essais sur torons de précontrainte empêchent toute défaillance prématurée.
Dans l’essai de fatigue , le toron de pré-contrainte doit supporter deux millions de cycles d'essai à une fréquence maximale de 20 Hz. Le serrage de l'éprouvette est un défi à relever, car des ruptures de serrage peuvent assez facilement survenir.
Essai statique Essai dynamique Serrage éprouvette Mesure de l'allongement Résolution de l’essai Brochure Métal
Essais de traction statiques sur torons selon ISO 15630-3 / ASTM A416 / ASTM A1061
Lors des essais de traction statiques selon ISO 15630-3, ASTM A416 ou ASTM A 1061, un toron est étiré jusqu’à rupture. Sur les fils tressées plusieurs câbles, qui tendent à s'arracher sous chargement de traction, sont tressés l'un dans l'autre. La force et l’allongement de l’éprouvette sont mesurés, lors de l’essai de traction. Pour tester l'acier de précontrainte qui est un acier à haute résistance, les machines d’essais principalement utilisées sont des machines d’essais grandes capacités.
Les torons de précontrainte d'un diamètre de 3 à 20 mm pourront être testés en essais de traction. Selon le produit ou la norme d'essai, la longueur de référence L0 pourra par exemple atteindre 500 mm ou 610 mm. L'allongement total peut atteindre des valeurs allant jusqu'à 20 %.
La machine d'essais permet de plus de réaliser des essais de traction-enlacement selon EN ISO 15630-3, par exemple. Un trou de passage est prévu pour ce faire dans la traverse mobile.
Les principales grandeurs caractéristiques de l’essai de traction sur torons conformément à ISO 15630-3 et ASTM A416
- La limite d'élasticité comme limite d'élasticité conventionnelle (Rp0.2), qui est généralement déterminée à un allongement plastique de 0,2 % comme „Limite d'élasticité de substitution“
- Allongement de la limite d'élasticité; plus précisément l'allongement de la limite d'élasticité mesuré par extensométrie, car sa détermination impose l'utilisation d'un extensomètre (Ae) (Ae)
- Résistance à la traction (Rm)
- Allongement uniformément réparti (Ag)
- Allongement à la rupture (A), l’importance des spécifications normatives relatives à la longueur du gabarit y est décisive
Essai dynamique sur torons
Lors de l’essai de fatigue (par exemple, selon ISO 15630-3, XP A 35-045-2011, FprEN 10138-3:2009) sur torons de pré-contrainte, l’éprouvette doit supporter deux millions de cycles d’essai à une fréquence maximale de 20 Hz sans casser.
Lorsque l’éprouvette casse à proximité ou dans le serrage, l'essai est invalidé et nécessite d'être répété. L’essai de fatigue s'étend sur plusieurs jours et s'avère très coûteux lorsqu'il est invalidé. Particulièrement sensibles à l’entaille, les torons de précontrainte possèdent une résistance très élevée et représentent un défi pour le serrage dans la mâchoire. ZwickRoell a développé une mâchoire spécialement adaptée aux torons de précontrainte. Cela permet de réaliser des essais de fatigue sans utiliser d'éléments de serrage spéciaux.
Les essais de fatigue sont typiquement réalisés avec une machine d'essai servohydraulique de modèle HA.
Serrage éprouvette en essais dynamiques
L’utilisation de jeux de mors à motif pyramidal permettra lors du serrage, par exemple, de protéger l’éprouvette des éventuels dommages liés à la résistance à la traction élevée des fils individuels d'un toron (jusqu'à 2000 Mpa) et à leur surface lisse. Des mâchoires hydrauliques à fermeture parallèle avec une pression de serrage réglable seront nécessaires pour ce faire. La géométrie des mâchoires devra en outre garantir un serrage fiable et homogène sans glissement de l’éprouvette pendant l'essai.
Pour éviter les ruptures d’éprouvette en dehors de la longueur de référence L0, la qualité du toron testé sera également déterminante. Lors de l’essai de traction, seul le déchirement de l’éprouvette à l’intérieur de la longueur de référence permet un résultat d'essai fiable. Une surface éprouvette endommagée ou une résistance à la traction très inhomogène des fils individuels conduisent fréquemment à des ruptures d'éprouvette en dehors du L0 à proximité des mors.
Lors de l’essai de fatigue selon la norme ISO 15630-3 sur les torons de précontrainte, le serrage de l'éprouvette est un défi à relever, car des ruptures de serrage peuvent assez facilement survenir. Dans la zone de serrage, la sollicitation due à la force de serrage se superpose à la force d'essai dynamique, ce qui peut provoquer une rupture prématurée de l'éprouvette. C’est pourquoi les extrémités des éprouvettes de traction classiques en matériau plein sont souvent conçues avec des sections plus grandes, afin de garantir que l'éprouvette se casse dans la partie libre entre les mâchoires. Sur les torons, cela n’est pas possible aussi aisément. Afin d'obtenir des résultats d'essais corrects, les éprouvettes doivent en principe subir un traitement préparatoire complexe de type enrobage.
Grâce à une mâchoire spécialement développée pour l’essai de toron ZwickRoell offre la possibilité de tester les torons sans éléments de serrage spécialement ajoutés. Cela réduit considérablement la manipulation, le temps et les coûts pour l'utilisateur.
La mâchoire possède un serrage hydraulique-mécanique et un serrage purement mécanique. Celui-ci se compose d'une douille conique dans laquelle chaque extrémité du toron est introduite et serrée avec un contre-cône. C’est ainsi que s'exerce la majeure partie de la force de serrage. La portion restante, encore nécessaire à l’essai, est assurée par un serrage hydraulique-mécanique classique avec mors de serrage. La combinaison de ces deux principes de serrage permet d'introduire la force de serrage de telle sorte qu'il n'y ait pas de rupture de serrage et que les éprouvettes de torons puissent être testées sans traitement préparatoire.
La mâchoire est très flexible et s’adapte aux applications d'essai les plus diverses. La force de serrage hydraulique à réglage variable peut être aisément modifié d'un essai à l'autre en réglant la pression d'huile en conséquence.
Mesure de l'allongement
Une rupture du fil toronné entraîne fréquemment l'arrachement de fils individuels. Un risque d’endommagement de l’extensomètre à contact ne peut donc être exclu. Pour des mesures fiables et précises sur matériaux fortement extensibles et élastiques, ZwickRoell propose par conséquent un extensomètre optique.
Grâce à un système de champ visuel de 680 mm et une résolution de 0,6 µm, l’extensomètre videoXtens 6-680 permet de mesurer l’allongement avec précision y compris sur de grandes longueurs de référence (essai sur torons).. Les avantages en un coup d'œil:
- Mesure de la limite d'élasticité conformément à ASTM A1061
- Pas de détérioration du capteur à rupture, car c’est un extensomètre sans contact
- Détermination automatique de l’allongement à la rupture
- Grâce à la liaison à la traverse, les marques de mesure sont centrées automatiquement dans le champ visuel (FOV), la plage de mesure est idéalement exploitée
La détection automatique des marques de mesure sur l'éprouvette, la détermination de la longueur de référence initiale et transmission au logiciel d'essai testXpert sont autant avantages de l'extensomètre.
Qu’est-ce qu’un acier de précontrainte?
L'acier de précontrainte est un acier haute-résistance qui est principalement utilisé pour la précontrainte dans les éléments de construction en béton précontraint. L’utilisation de l’acier de précontrainte permet une amélioration considérable des caractéristiques de résistance des éléments de construction en béton aux sollicitations statiques et dynamiques.
L'acier de précontrainte est fabriqué à partir d'un produit long et pourra être conçu avec différentes formes de surface conformément à la norme de fabrication. Un fil unique sera par exemple fabriqué conformément à la norme DIN EN 10138-1 du fabricant, alors qu'un toron de précontrainte pourra être fabriqué conformément à la norme DIN EN 10138-3. Le fil unique a une résistance allant jusqu'à 2000 N/mm² et est de forme ronde, bien qu'il existe également des sections trapézoïdales, qui sont alors appelées torons compacts.
Sous le terme générique d’acier de précontrainte, la norme du produit distingue trois formes de livraison:
- Barre d’acier (diamètre de 15 à 36 mm)
- Fil (diamètre de 5 à 16 mm)
- Torons de 3, 7 ou plusieurs fils enroulés (torons à trois fils : 5,2 à 7,5 mm, torons à sept fils de 7 à 18 m)
Ces différentes formes de livraison imposent des exigences élevées en matière d’essai des matériaux et un large éventail de normes d'essai (par exemple, ISO, ASTM...) est utilisé pour garantir le niveau de qualité requis.
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