Il existe une procédure pour contrôler un boulon après coup, et la spécification énumère pourquoi elle ne fonctionne pas

Cette page ne donne aucun conseil de contrôle, de serrage ou de réception. Elle lit une section d’une spécification. La question provient d’un site public de questions-réponses de mécanique, consulté par son interface ouverte, les outils de navigation que ce site utilise habituellement étant de nouveau indisponibles. Nous avons lu la question et non ses réponses, et aucun nom d’utilisateur n’apparaît ici.

Le couple d’arbitrage ne se lit pas dans un tableau

La section est courte et conditionnelle. Elle s’applique « lorsqu’on soupçonne, après contrôle… que des boulons d’assemblages précontraints ou résistant au glissement n’ont pas la précharge requise », et même alors la procédure est permise et non obligatoire. Suivent quatre étapes numérotées, et la première chose à remarquer est qu’aucune ne commence par une valeur de couple.

• Cinq ensembles vis-écrou de chaque combinaison de diamètre, longueur, classe et lot en cause sont placés dans un dispositif de mesure de la tension des boulons. Le matériau sous l’élément tourné doit être le même que dans la pose réelle, acier de construction ou rondelle trempée
• Chacun est serré partiellement à environ 15 pour cent de la précharge spécifiée, puis précontraint jusqu’au minimum spécifié
• On applique une clé dynamométrique, et la grandeur relevée est le couple nécessaire pour faire tourner l’écrou ou la tête de vis de cinq degrés par rapport à la pièce associée
• Le couple d’arbitrage est alors la moyenne des trois valeurs centrales, après rejet de la plus haute et de la plus basse
• Ce couple est appliqué à 10 pour cent des ensembles, mais pas moins de deux, choisis au hasard dans chaque assemblage en litige. Si rien ne tourne, l’assemblage est accepté

Le chiffre est donc fabriqué le jour même, à partir du lot réel, sur le matériau réel, puis appliqué à l’assemblage. Ce n’est pas une propriété du boulon qui aurait pu être imprimée dans un tableau.

Trois petits calculs, les nôtres et non ceux de la spécification. Écarter la plus haute et la plus basse de cinq valeurs et faire la moyenne du reste signifie que quarante pour cent de l’échantillon sont jetés. Les cinq degrés sont glosés dans le texte comme environ un pouce à un rayon de douze pouces, et un douzième de radian vaut 4,77 degrés : la parenthèse est donc d’environ quatre et demi pour cent inférieure au chiffre qu’elle explique. Et dix pour cent avec un plancher de deux signifient que, pour tout assemblage de moins de vingt boulons, c’est le plancher qui gouverne.

Le sens est celui du serrage

C’est la partie qui répond à la question. Le couple relevé à l’étape deux et le couple appliqué à l’étape quatre sont tous deux explicitement dans le sens du serrage. La procédure écrite ne mesure jamais de couple de desserrage.

Ce qu’elle mesure, c’est la résistance à aller plus loin. Un boulon correctement précontraint ne bougera pas de cinq degrés sous le couple d’arbitrage, un boulon lâche si. Le test ne demande pas à quel point le boulon est serré. Il demande si le boulon peut être poussé au-delà d’un seuil qu’un boulon correctement posé n’aurait pas franchi.

C’est une autre question que celle à laquelle répond une mesure au desserrage, et la différence compte parce que décoller un assemblage et le resserrer ne sont pas symétriques. Ce site a déjà exposé pourquoi couple et tension se corrèlent mal dans les deux sens : une spécification de construction métallique a retiré son propre tableau de couples en 1954 après avoir constaté des écarts allant jusqu’à quarante pour cent, et la norme des outils électroportatifs affirme clairement que les mesures statiques de couple résiduel se corrèlent mal avec l’état de l’assemblage. Ni l’un ni l’autre n’est répété ici.

Le commentaire énumère ce qui manque

La plupart des spécifications s’arrêtent après avoir exposé une procédure. Celle-ci se retourne et détaille les raisons de s’en méfier. Après avoir noté que l’arbitrage hérite de toutes les incertitudes de la pose au couple, elle dit que la fiabilité est encore réduite par l’absence de nombre des contrôles qui maîtrisent la relation entre couple et précharge, et en nomme trois.

Elle ajoute ensuite que, dans de nombreux cas, le couple d’arbitrage doit être établi à partir de boulons dont « on peut seulement supposer qu’ils sont représentatifs » de ceux du chantier, ou de boulons retirés d’assemblages achevés. Puis vient la phrase en tête de cette page, un aveu d’erreur dans les deux sens aussi clair qu’une spécification en imprimera sans doute jamais.

Une autre disposition mérite d’être retenue. Si la précharge doit être vérifiée après un certain temps écoulé et une exposition, la section indique qu’une procédure d’arbitrage alternative adaptée à la situation doit être utilisée. Les quatre étapes servent à un litige sur un assemblage récent, pas à l’audit d’un ancien.

La méthode précise est une mesure au desserrage, et elle consomme le boulon

Le commentaire décrit ensuite ce qu’il faut faire si l’on veut réellement la précharge et non un indicateur indirect. Un extensomètre à ultrasons, ou un extensomètre mécanique capable de mesurer les variations de longueur du boulon, « peut fournir une mesure très précise de la précharge réelle ».

Et voici comment. « La méthode consiste à mesurer la variation de longueur du boulon pendant le desserrage de l’écrou », combinée soit à un étalonnage en charge de l’ensemble démonté, soit à un calcul de l’effort correspondant au retour élastique mesuré.

La seule méthode qui regarde effectivement dans le sens du desserrage lit donc le boulon en le relâchant. Et la conséquence est énoncée aussitôt : « La repose de l’ensemble boulonné desserré ou la pose d’un ensemble de remplacement est requise. Le desserrage nécessaire suggère de ne recourir à l’usage direct des extensomètres comme outil de contrôle que dans les cas les plus critiques. »

Une réponse précise vous coûte l’assemblage sur lequel vous vous interrogiez. Le commentaire note même que la repose peut imposer un remplacement, sauf si le couple peut être appliqué assez lentement pour rétablir l’allongement d’origine. Voilà la forme de tout le problème en un paragraphe : la mesure bon marché est dans le mauvais sens et reconnue peu fiable, et la mesure fiable est destructive.

Ce qu’il faut en retenir

• Il existe une procédure écrite pour arbitrer un boulon posé ; elle est permise et non obligatoire, et seulement après qu’un contrôle a fait naître un soupçon
• Le couple d’arbitrage est produit le jour même à partir de cinq ensembles du lot en cause, sur le même matériau que sur le chantier, et non lu dans un tableau
• C’est le couple nécessaire pour faire tourner l’écrou ou la tête de cinq degrés, ce que la spécification glose comme environ un pouce à un rayon de douze pouces, soit 4,77 degrés selon notre calcul
• La plus haute et la plus basse valeur sont écartées et les trois centrales moyennées : quarante pour cent de l’échantillon sont donc jetés
• La mesure comme le test se font dans le sens du serrage. La procédure ne mesure jamais de couple de desserrage
• Dix pour cent d’un assemblage sont testés, avec un plancher de deux : en dessous de vingt boulons, c’est le plancher qui gouverne
• Le commentaire nomme trois contrôles qui manquent à un test après coup : rondelles trempées, attention à la lubrification, et effet du temps et de l’exposition
• La spécification dit que la procédure peut rejeter de bons boulons et en accepter de mauvais, et la propose comme la plus praticable disponible
• L’alternative précise mesure la variation de longueur pendant le desserrage de l’écrou, et exige ensuite une repose ou un remplacement

La question était de savoir pourquoi mesurer le couple en desserrant. La réponse écrite de ce coin de l’industrie est qu’on ne le fait généralement pas, que le contrôle reconnu pousse dans l’autre sens, et que le document qui le définit préfère vous dire ses limites plutôt que de vous laisser le prendre pour une mesure.

Cet article ne relève pas d’une seule des six étapes : il en traverse plusieurs ou intervient après l’assemblage. Les décisions qui y conduisent sont présentées dans l’article anglais Specifying a screw.

Questions fréquentes

Existe-t-il une procédure normalisée pour contrôler un boulon déjà posé ?

En boulonnerie de construction métallique, il en existe une, dans la section de la spécification consacrée à l’arbitrage. Elle s’applique lorsqu’un contrôle a fait soupçonner que des boulons d’assemblages précontraints ou résistant au glissement n’ont pas la précharge requise, et même alors la procédure est permise et non obligatoire.

Qu’est-ce qu’un couple d’arbitrage ?

Un chiffre produit par essai plutôt que lu dans un tableau. Cinq ensembles vis-écrou du diamètre, de la longueur, de la classe et du lot en cause sont précontraints dans un dispositif de mesure de la tension des boulons, avec le même matériau sous l’élément tourné que dans la pose réelle, et l’on relève pour chacun le couple nécessaire pour faire tourner l’écrou ou la tête de cinq degrés. La plus haute et la plus basse valeur sont écartées et les trois restantes moyennées.

Est-il mesuré au desserrage ?

Non. La mesure sur l’échantillon comme le test sur l’assemblage sont spécifiés dans le sens du serrage. La procédure relève le couple nécessaire pour faire avancer une fixation déjà précontrainte, et non le couple nécessaire pour la décoller.

Combien de boulons sont testés ?

Dix pour cent des ensembles boulonnés, mais pas moins de deux, choisis au hasard dans chaque assemblage en litige. Selon notre calcul, le plancher de deux gouverne donc pour tout assemblage de moins de vingt boulons. Si rien ne tourne sous le couple d’arbitrage, l’assemblage est accepté ; si quelque chose tourne, tous les boulons de l’assemblage sont testés.

Quelle est sa fiabilité ?

La spécification y répond elle-même. Son commentaire dit qu’un tel arbitrage peut rejeter à tort des ensembles correctement posés ou accepter des ensembles qui ne l’ont pas été, et que la procédure est fournie, malgré ses limites, comme la plus praticable dont on dispose actuellement.

Quels contrôles manquent lors d’une vérification après coup ?

Le commentaire en nomme trois : l’utilisation de rondelles trempées, une attention soigneuse à la lubrification, et l’incertitude sur l’effet du temps écoulé et de l’exposition à l’état posé. Il note aussi que le couple d’arbitrage doit souvent provenir de boulons dont on peut seulement supposer qu’ils sont représentatifs, ou de boulons retirés d’assemblages achevés.

Existe-t-il une méthode plus précise ?

Le commentaire décrit la mesure de la variation de longueur du boulon avec un extensomètre à ultrasons ou mécanique, qui, selon lui, peut fournir une mesure très précise de la précharge réelle. La mesure se fait pendant le desserrage de l’écrou, et la repose de l’ensemble desserré ou la pose d’un ensemble de remplacement est requise ensuite.

Pourquoi cette méthode n’est-elle pas utilisée couramment ?

À cause du desserrage. Le commentaire indique que le desserrage nécessaire suggère de ne recourir à l’usage direct des extensomètres comme outil de contrôle que dans les cas les plus critiques, et note que la repose peut imposer un remplacement, sauf si le couple peut être appliqué assez lentement pour rétablir l’allongement d’origine.

Cela s’applique-t-il à un assemblage ancien ?

Les quatre étapes ne sont pas écrites pour cela. La section indique que, si la précharge doit être vérifiée après un certain temps écoulé et une exposition des assemblages achevés, une procédure d’arbitrage alternative adaptée à la situation particulière doit être utilisée. Elle ne dit pas quelle est cette procédure.

Références

• Research Council on Structural Connections, Specification for Structural Joints Using High-Strength Bolts, 11 juin 2020, 118 pages, gratuite et complète. Section 10, Arbitration, et son commentaire
• La question, sur un site public de questions-réponses de mécanique. Vingt-trois votes, cinq réponses

La spécification de 2020 a été téléchargée en entier et la section 10 avec son commentaire a été lue intégralement ; les passages cités ont été vérifiés sur des images rendues des deux pages imprimées qu’ils occupent. C’est la quatrième fois que ce site utilise ce document, après la définition du serrage au contact (snug-tight), la différence entre types d’assemblages et les commentaires historiques. La section 10 n’avait été abordée par aucune des trois, et rien n’en est répété ici. Les éléments suivants relèvent de notre propre calcul et non d’affirmations de la spécification : qu’un pouce à un rayon de douze pouces vaut 4,77 degrés, soit environ quatre et demi pour cent de moins que les cinq degrés qu’il est censé gloser ; qu’écarter la plus haute et la plus basse de cinq valeurs revient à écarter quarante pour cent de l’échantillon ; et qu’un plancher de deux sur dix pour cent gouverne pour tout assemblage de moins de vingt boulons. Le tableau 5.2 et ses valeurs de précharge ne sont délibérément pas reproduits ici, comme sur une page antérieure utilisant le même document. Les sections 9.1 à 9.3 n’ont été lues que dans la mesure nécessaire pour établir ce qui déclenche l’arbitrage, et leurs méthodes de contrôle ne sont pas résumées. Le commentaire de la section 8.3.2, auquel cette section renvoie pour les incertitudes de la pose au couple, est le passage que ce site a cité séparément pour ses sept variables. Aucun conseil de contrôle, de serrage ou de réception n’est donné ici, aucun fabricant d’équipement n’est nommé bien que le commentaire mentionne que plusieurs produisent un équipement adapté, et cette page ne prend pas position sur l’intérêt d’une mesure au desserrage. La question provient d’un site public de questions-réponses de mécanique, et non des outils de forum que ce site utilise habituellement, qui restent indisponibles. Nous avons lu la question et non ses réponses, et aucun nom d’utilisateur n’apparaît ici.