EP1211350B3 - Toron individuellement protégé, son utilisation dans la construction, et procédé de fabrication - Google Patents

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EP1211350B3
EP1211350B3 EP01403085A EP01403085A EP1211350B3 EP 1211350 B3 EP1211350 B3 EP 1211350B3 EP 01403085 A EP01403085 A EP 01403085A EP 01403085 A EP01403085 A EP 01403085A EP 1211350 B3 EP1211350 B3 EP 1211350B3
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EP
European Patent Office
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strand
sheath
wires
periphery
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EP1211350B1 (fr
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Jérôme Stubler
Manuel Peltier
Jean-Claude Percheron
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Freyssinet SAS
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Freyssinet SAS
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    • Y10T428/294—Coated or with bond, impregnation or core including metal or compound thereof [excluding glass, ceramic and asbestos]

Definitions

  • the present invention relates to individually protected strands used in civil engineering works, especially for prestressing or suspending portions of work.
  • These strands comprise an assembly of metal wires twisted together, which are usually seven in number.
  • the metal wires are frequently subjected to an electrochemical treatment (galvanization, galfanization, etc.) providing a certain resistance to corrosion.
  • Uncoated strands are commonly used, ensuring that they are not placed in a corrosive environment. These strands are placed directly in concrete, or in collective sheaths filled with cement grout or oil greases or waxes. The passivity of the cement or the non-corrosivity of the petroleum products reinforces the protection against corrosion.
  • Strands individually protected by a plastic sheath usually a high density polyethylene (HDPE) or an epoxy, are also known which creates a tight barrier around the wires.
  • a filler which can be of several types (wax, grease, polymer ...), fills the gaps between the metal son and the individual sheath to enhance the protection of the strand against corrosion.
  • the filling product allows either a sliding of the stranded metal son with respect to their individual sheath (sheathed-greased or sheathed-waxed strand), or on the contrary an adhesion to transmit shear forces between the sheath and the strand (coherent strand) .
  • the filler is typically a polymer adhered to the wires and to the inside of the sheath.
  • the coherent strand is particularly usable when it is necessary to transmit tangential forces of the sheath to the metal son, which is the case for example in cables carrying suspended bridges in which the load transmitted by each line causes a tangential force on the cable at the hook of the suspension line (see EP-A-0 855 471 ).
  • the cable comprising one or more sheathed-greased or sheathed-waxed strands is subject to voltage variations and temperature variations. These variations cause different elongations of the sheath and the stranded wires since the plastic and the metal do not generally have the same coefficients. elasticity and thermal expansion.
  • the sheath usually has a much higher coefficient of thermal expansion than the wires. If we consider the case of steel and HDPE commonly used in this kind of strand, there is a ratio of about 20 between the two coefficients of thermal expansion. This can result in damage to the sheath which extends too much when it is hot, or conversely a loss of tightness in the end portions of the cable when it is cold, the sheath retracting too much.
  • US 4,623,504 describes such a strand composed of a group of twisted metal strands and surrounded by a plastic sheath.
  • An anti-corrosion product fills internal interstices between the twisted strands.
  • this product superficially covers the strands, without extending to the inner face of the sheath, so that this strand does not escape the aforementioned effects related to the difference in coefficients of elasticity and thermal expansion between the sheath and strands.
  • the present invention is intended to avoid these disadvantages while retaining at least some of the advantages of sheathed strand-greased or sheathed-waxed.
  • a strand according to the invention is in accordance with claim 1.
  • the helical ribs on the inner side of the sheath penetrate the grooves formed between the adjacent peripheral strands.
  • the cooperation between these ribs and these grooves allows the adaptation of macroscopic deformations.
  • the amount of filler is adjusted so that this penetration is not too great, which could block the sheath on the strands by shape adherence and thus generate in the sheath stresses, including shear, likely to tear it up.
  • the sheath of the strand has a thickness of at least ⁇ / 5, where ⁇ is the diameter of strands located at the periphery of the group of twisted strands.
  • Another aspect of the invention relates to a use of a strand as defined above as structural element working in traction in a construction work.
  • the strand may in particular be part of a shroud of a suspension system of the structure or a prestressing cable of the structure.
  • a third aspect of the invention relates to a method of manufacturing a strand according to claim 6.
  • the wiping step is advantageously accomplished by means of a freely rotating jig, through which the coated strand group is passed.
  • the strand 1 represented in figure 1 consists of several strands 2 of steel twisted together, which are here to the number of seven namely a central strand and six peripheral strands.
  • the group of twisted strands 2 is contained in an outer sheath 4 of flexible plastic material which may be a polyolefin, especially PE-HD, or a polyamide.
  • S1 is noted the cumulative area of the above curvilinear triangles corresponding to internal interstices 5, which are six in number in the example.
  • S2 is the cumulative area, in a cross section of the strand, of the gaps 7 between the periphery of the group of steel strands 2 and the smallest circle C in which this group is inscribed. These intervals 7 are also six in the example considered, the circle C being tangent to the six peripheral strands of the strand.
  • the peripheral gap 6 has, in the cross-section of the strand, an area between P ⁇ e min and 0.6 ⁇ S 2, where e min represents a minimum thickness of product 3, which is equal to 0.05 mm.
  • the minimum thickness e of the outer sheath 4 is preferably ⁇ / 5 or more.
  • stranded strands obtained by conventional wire drawing processes.
  • These strands 2 may have been, in a known manner, subjected to an electrochemical treatment such as galvanization or galfanization, aimed at improving their resistance to corrosion.
  • a section of the strand is untwisted before passing it through the die 10 for extruding the plastic material of the sheath 4, in order to spread its strands 2.
  • This can be done by tightening the ends of the section in two jaws 11 subjected to a relative torsion torque in the opposite direction of the stranding pitch.
  • the flexible filling product is introduced by projection or injection in the uncoupled section.
  • the strands are tightened by trapping the product 3 in the internal interstices 5 and by overflowing this product on the periphery of the group of strands.
  • the section thus treated is then circulated in a wiping jig 12 serving to leave the adequate quantity of product 3 on the group of twisted strands.
  • Downstream of the jig 12 is the system 16 for injecting the plastic material of the sheath 4 and then the extrusion die 10 through which the strand is pulled to define its external shape and the thickness e of the sheath.
  • the wiper stencil 12 is illustrated on the figure 4 . It is mounted on the inner ring of a ball bearing 13 to be free in rotation.
  • the strand coated with the product 3 passes through an opening 14 of the jig 12, whose area is between S + S min and S + S max , where S is the cumulative area of the sections of the seven strands 2.
  • the shape of this Opening 14 follows that of the group of strands associated with the peripheral gap 6. Its periphery thus has six teeth 15 which are housed in the grooves between the outer strands of the strand. The free rotation of the template 12 when the strand is pulled allows these teeth 15 to follow the helical path of the grooves by maintaining the desired amount of product 3.
  • the strand thus produced is adapted to form a structural element working in traction in a construction work, which meets the requirements set out in the introduction.
  • shrouds see for example EP-A-0 323 285
  • prestressing cables See for example EP-A-0 323 285

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Ropes Or Cables (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)
  • Manufacturing Of Electric Cables (AREA)
  • Bridges Or Land Bridges (AREA)
  • Reinforcement Elements For Buildings (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Description

  • La présente invention est relative aux torons individuellement protégés utilisés dans les ouvrages de génie civil, notamment pour précontraindre ou suspendre des portions d'ouvrage.
  • Ces torons comprennent un assemblage de fils métalliques torsadés entre eux, qui sont le plus souvent au nombre de sept. Les fils métalliques sont fréquemment soumis à un traitement électrochimique (galvanisation, galfanisation, ...) procurant une certaine résistance à la corrosion.
  • On utilise couramment des torons non revêtus, en veillant à ce qu'il ne soient pas placés dans un environnement corrosif. Ces torons sont mis en place directement dans du béton, ou dans des gaines collectives remplies de coulis de ciment ou de graisses ou cires pétrolières. La passivité du ciment ou la non corrosivité des produits pétroliers renforce la protection contre la corrosion.
  • On connaît également des torons individuellement protégés par une gaine de matière plastique, habituellement un polyéthylène à haute densité (PEHD) ou un époxy, qui crée une barrière étanche autour des fils métalliques. Un produit de remplissage, pouvant être de plusieurs types (cire, graisse, polymère...), comble les intervalles existant entre les fils métalliques et la gaine individuelle pour renforcer la protection du toron contre la corrosion.
  • Le produit de remplissage permet soit un glissement des fils métalliques toronnés par rapport à leur gaine individuelle (toron gainé-graissé ou gainé-ciré), soit au contraire une adhérence pour transmettre des efforts de cisaillement entre la gaine et le toron (toron cohérent).
  • Dans le toron cohérent, le produit de remplissage est typiquement un polymère adhérisé sur les fils et sur l'intérieur de la gaine. Le toron cohérent est notamment utilisable lorsqu'il est nécessaire de transmettre des efforts tangentiels de la gaine aux fils métalliques, ce qui est le cas par exemple dans les câbles porteurs de ponts suspendus dans lesquels la charge transmise par chaque suspente provoque un effort tangentiel sur le câble au niveau du collier d'accrochage de la suspente (voir EP-A-0 855 471 ).
  • Dans le toron gainé-graissé ou gainé-ciré, le produit de remplissage est un lubrifiant, ce qui présente plusieurs avantages :
    1. (a) améliorer le comportement en fatigue du toron en lubrifiant les contacts entre ses fils métalliques ;
    2. (b) éviter que la tension à laquelle le toron est soumis engendre, compte tenu de la forme du toron, des concentrations de contrainte de cisaillement et/ ou de traction dans certaines portions du toron, ce qui risque de provoquer une fissuration de la gaine et donc une perte d'étanchéité exposant le métal aux agents corrosifs ;
    3. (c) dans certaines configurations, permettre le remplacement des torons un par un, la gaine restant en place dans la structure.
  • En service, le câble comprenant un ou plusieurs torons gainés-graissés ou gainés-cirés est soumis à des variations de tension et à des variations de température. Ces variations provoquent des allongements différents de la gaine et des fils toronnés puisque la matière plastique et le métal n'ont généralement pas les mêmes coefficients d'élasticité et de dilatation thermique.
  • En particulier, la gaine a habituellement un coefficient de dilatation thermique beaucoup plus élevé que les fils. Si on considère le cas de l'acier et du PEHD couramment utilisés dans ce genre de toron, il y a un rapport de l'ordre de 20 entre les deux coefficients de dilatation thermique. Il peut en résulter un endommagement de la gaine qui s'allonge trop lorsqu'il fait chaud, ou inversement une perte d'étanchéité dans les portions d'extrémité du câble lorsqu'il fait froid, la gaine se rétractant trop.
  • US 4,623,504 décrit un tel toron composé d'un groupement de brins métalliques torsadés et entouré d'une gaine en matière plastique. Un produit anti-corrosif comble des interstices internes situés entre les brins torsadés. Toutefois, ce produit recouvre superficiellement les brins, sans s'étendre jusqu'à la face intérieure de la gaine, si bien que ce toron n'échappe pas aux effets précités liés à la différence de coefficients d'élasticité et de dilatation thermique entre la gaine et les brins.
  • La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients tout en conservant certains au moins des avantages du toron gainé-graissé ou gainé-ciré.
  • Un toron selon l'invention est conforme à la revendication 1.
  • Grâce à ces dispositions il est possible d'obtenir des torons « semi-adhérents », dans lesquels la quantité régulée de produit souple de remplissage permet de conserver les avantages (a) et (b) du toron gainé-graissé tout en assurant que la gaine individuelle suive les déformations macroscopiques des brins métalliques.
  • Les nervures hélicoïdales que présente la face intérieure de la gaine pénètrent dans les gorges formées entre les brins périphériques adjacents. La coopération entre ces nervures et ces gorges permet l'adaptation des déformations macroscopiques. La quantité de produit de remplissage est ajustée de façon que cette pénétration ne soit pas trop importante, ce qui risquerait de bloquer la gaine sur les brins par adhérence de forme et donc d'engendrer dans la gaine des contraintes, notamment de cisaillement, susceptibles de la déchirer.
  • Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la gaine du toron a une épaisseur d'au moins φ/5, où φ est le diamètre de brins situés en périphérie du groupement de brins torsadés.
  • Un autre aspect de l'invention se rapporte à une utilisation d'un toron tel que défini ci-dessus comme élément de structure travaillant en traction dans un ouvrage de construction. Le toron peut notamment faire partie d'un hauban d'un système de suspension de l'ouvrage ou d'un câble de précontrainte de l'ouvrage.
  • Un troisième aspect de l'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un toron conforme à la revendication 6.
  • L'étape d'essuyage est avantageusement accomplie au moyen d'un gabarit libre en rotation, à travers lequel on fait passer le groupement de brins enrobé.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin joint, dans lequel :
    • la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un toron selon l'invention ;
    • la figure 2 est une vue en coupe transversale du groupement de brins métalliques de ce toron ;
    • la figure 3 est un schéma d'une installation adaptée à la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention ; et
    • la figure 4 est un schéma de moyens d'essuyage de l'installation de la figure 3.
  • Le toron 1 représenté en figure 1 est constitué de plusieurs brins 2 d'acier torsadés entre eux, qui sont ici au nombre de sept à savoir un brin central et six brins périphériques.
  • Le groupement de brins torsadés 2 est contenu dans une gaine 4 extérieure de matière plastique flexible qui peut être une polyoléfine, notamment du PE-HD, ou encore un polyamide.
  • Un produit souple de remplissage 3, par exemple un polymère amorphe, une cire ou une graisse pétrolière, comble les interstices définis par les brins 2 à l'intérieur de la gaine. Ce produit 3 présente avantageusement des propriétés de lubrification. Les interstices précités comprennent :
    • des interstices internes 5 de section transversale en forme de triangle curviligne dont les côtés sont constitués par des portions de circonférence de trois brins adjacents ;
    • un interstice périphérique 6 situé entre les brins périphériques du toron et la face intérieure de sa gaine 4.
  • En référence à la figure 2, on note S1 l'aire cumulée des triangles curvilignes précités correspondant aux interstices internes 5, qui sont au nombre de six dans l'exemple considéré. D'autre part, on note S2 l'aire cumulée, dans une section transversale du toron, des intervalles 7 compris entre la périphérie du groupement de brins d'acier 2 et le plus petit cercle C dans lequel s'inscrit ce groupement. Ces intervalles 7 sont aussi au nombre de six dans l'exemple considéré, le cercle C étant tangent aux six brins périphériques du toron. On note enfin P le périmètre extérieur du groupement de brins et φ le diamètre des brins périphériques. Une valeur typique est φ = 5 mm, le brin central ayant un diamètre légèrement supérieur, par exemple de 5,7 mm.
  • L'interstice périphérique 6 présente, dans la section transversale du toron, une aire comprise entre P × emin et 0,6 × S2, où emin représente une épaisseur minimale de produit 3, qui est égale à 0,05 mm. L'épaisseur minimale e de la gaine extérieure 4 est de préférence de φ/5 ou plus.
  • Pour réaliser un tel toron, on part d'un groupement de brins toronnés obtenu par des procédés classiques de tréfilerie. Ces brins 2 peuvent avoir été, de façon connue, soumis à un traitement électrochimique tel que galvanisation ou galfanisation, visant à améliorer leur résistance à la corrosion.
  • En référence à la figure 3, on détord un tronçon du toron avant de le passer dans la filière 10 d'extrusion de la matière plastique de la gaine 4, afin d'écarter ses brins 2. Ceci peut être effectué en serrant les extrémités du tronçon dans deux mâchoires 11 soumises à un couple relatif de torsion dans le sens inverse du pas de toronnage. Le produit souple de remplissage est introduit par projection ou injection dans le tronçon détordu. Après libération des mâchoires 11, les brins se resserrent en emprisonnant le produit 3 dans les interstices internes 5 et en faisant déborder ce produit sur la périphérie du groupement de brins. On fait ensuite circuler le tronçon ainsi traité dans un gabarit d'essuyage 12 servant à laisser la quantité adéquate de produit 3 sur le groupement de brins torsadés. En aval du gabarit 12 se trouve le système 16 d'injection de la matière plastique de la gaine 4 puis la filière d'extrusion 10 à travers lequel le toron est tiré pour définir sa forme extérieure ainsi que l'épaisseur e de la gaine.
  • La quantité de produit 3 laissée par le gabarit d'essuyage 12 représente, par unité de longueur du toron, un volume compris entre Smin = S1 + (P × emin) et Smax = S1 + (0,6 × S2) afin de satisfaire la condition précitée sur la dimension de l'interstice périphérique 6.
  • Le gabarit d'essuyage 12 est illustré sur la figure 4. Il est monté sur la bague interne d'un roulement à billes 13 afin d'être libre en rotation. Le toron enrobé du produit 3 passe dans une ouverture 14 du gabarit 12, dont l'aire est comprise entre S+Smin et S+Smax, où S est l'aire cumulée des sections des sept brins 2. La forme de cette ouverture 14 épouse celle du groupement de brins associé à l'interstice périphérique 6. Son pourtour présente ainsi six dents 15 qui viennent se loger dans les gorges existant entre les brins périphériques du toron. La libre rotation du gabarit 12 lorsque le toron est tiré permet à ces dents 15 de suivre la trajectoire hélicoïdale des gorges en maintenant la quantité désirée de produit 3.
  • Le toron ainsi réalisé est adapté pour former un élément de structure travaillant en traction dans un ouvrage de construction, qui répond bien aux exigences exposées en introduction. In sera avantageusement utilisé dans des haubans (voir par exemple EP-A-0 323 285 ) ou des câbles de précontrainte.

Claims (8)

  1. Toron comportant un groupement de brins métalliques torsadés (2), une gaine en matière plastique (4) contenant ledit groupement, et un produit souple de remplissage (3) présentant des propriétés de lubrification et comblant des interstices internes (5) situés entre les brins torsadés du groupement et un interstice périphérique (6) situé entre la périphérie du groupement et la face intérieure de la gaine, caractérisé en ce que ledit interstice périphérique présente, dans une section transversale du toron, une aire ayant une valeur, comprise entre P × emin et 0,6 × S2, telle que la gaine suive les déformations macroscopiques des brins métalliques, où P est le périmètre extérieur du groupement de brins, emin = 0,05 mm et S2 est l'aire cumulée des intervalles (7) compris entre la périphérie du groupement et le plus petit cercle (C) dans lequel s'inscrit le groupement.
  2. Toron selon la revendication 1, dans lequel la gaine (4) a une épaisseur (e) d'au moins φ/5, où φ est le diamètre de brins situés en périphérie du groupement.
  3. Utilisation d'un toron selon la revendication 1 ou 2 comme élément de structure travaillant en traction dans un ouvrage de construction.
  4. Utilisation selon la revendication 3, dans laquelle le toron (1) fait partie d'un hauban d'un système de suspension de l'ouvrage.
  5. Utilisation selon la revendication 3, dans laquelle le toron (1) fait partie d'un câble de précontrainte de l'ouvrage.
  6. Procédé de fabrication d'un toron (1), comprenant les étapes suivantes :
    - enrober un groupement de brins métalliques torsadés (2) avec un produit souple de remplissage (3) présentant des propriétés de lubrification de façon que ledit produit de remplissage comble des interstices internes (5) situés entre les brins torsadés du groupement et déborde sur la périphérie du groupement ;
    - essuyer la périphérie du groupement enrobé de façon à laisser une quantité régulée de produit de remplissage par unité de longueur du groupement, ladite quantité représentant un volume par unité de longueur ayant une valeur, comprise entre S1 + (P x emin) et S1 + (0,6 X S2), telle que la gaine suive les déformations macroscopiques des brins métalliques, où S1 est l'aire cumulée desdits interstices internes sur une section transversale du toron, P est le périmètre extérieur du groupement de brins torsadés, emin = 0,05 mm et S2 est l'aire cumulée des intervalles (7) compris entre la périphérie du groupement et le plus petit cercle (C) dans lequel s'inscrit le groupement ;
    - extruder une gaine en matière plastique (4) autour du groupement de brins enrobé de ladite quantité de produit de remplissage, de façon à ce que le produit de remplissage comble un interstice périphérique (6) situé entre la périphérie du groupement et la face intérieure de la gaine.
  7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'étape d'essuyage est accomplie au moyen d'un gabarit libre en rotation (12), à travers lequel on fait passer le groupement de brins enrobé.
  8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, dans lequel on donne à la gaine (4) une épaisseur (e) d'au moins φ/5, où φ est le diamètre de brins situés en périphérie du groupement.
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