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PLAN Généralités
– Objectifs de l ’auscultation
Auscultation de la structure – étude géométrique des fissures : fissurographie
– mesures de déformations locales
– mesure des déformations générales et des mouvements
– mesures semi-globales
– mesure des forces sur ouvrages
GENERALITES
Référentiel
Objectifs de l ’auscultation
4
Référentiel
Instruction technique de 1979 (ITSEOA) 1ère partie, et additif de décembre 1995
Fascicules complémentaires ( 2ème partie ) : • fascicule 01 : dossiers d'ouvrages
• fascicule 03 : Auscultation, surveillance
renforcée , haute surveillance, et mesures
de sécurité immédiate ou de sauvegarde • fascicule 02 : généralités sur la surveillance et
aspects sur la sécurité
•autres fascicules concernent des sujets
spécialisés
5
Référentiel
Auscultation des ouvrages
7
Objectifs Généraux de
l ’Auscultation
AUSCULTATION
MATERIAUX •Identification
•Etat de
dégradation
•Propriétés
STRUCTURE •Etat mécanique
•Comportement
sous chargement
- réponse globale
- comportement local
DIAGNOSTIC Causes et étendue des désordres
évolution probable
définir ou étayer des hypothèses de calcul
=> Situation de départ pour réparer
8
Objectifs spécifiques Apprécier la qualité du (ou des) matériau(x)
en place – études et analyses sur prélèvements
– techniques d ’examen des matériaux en place : » visuel
» méthodes plus raffinées et plus puissantes
(radiographie, auscultation sonique, auscultation électromagnétique, méthodes électrochimiques,…)
Analyser le mode de fonctionnement réel de la structure – mesures topographiques ou géométriques
» (évolution du nivellement ou mesure de déformation générale ou de déplacement sous chargement
– mesures directes de forces
– mesures locales de fonctionnement » (mesures de déformation locale, extensométrie)
AUSCULTATION DE
LA STRUCTURE
fissurographie
11
Fissurographie
Élément très important du
diagnostic
relevé
– nature
– apparition et évolution
– ouverture
plan de fissuration
interprétation
12
Fissuromètres
13
Fissuromètres
Fissuromètre tridimensionnel
Modèle VINCHON (Société Roctest)
14
Fissuromètres
Fissuromètre 3D (type Saugnac)
15
Fissuromètres
Fissuromètre translucide
16
Fissuromètres
Capteur de déplacement à cheval sur une fissure
Mesures de déformation
locales
18
extensomètre
19
jauge électrique
20
Témoin sonore
Corde
vibrante
21
Jauges d ’extensométrie
Corde
vibrante
Jauge
électrique
Fibre
optique
Mesures globales
23
Mesure des déformations
générales et des mouvements Suivi topographique
– mouvements (repérages de cibles)
– mesure de déformations sous chargements » flèches
niveau hydraulique
nivellement topographique
fleximètre mécanique
capteur de déplacement
flexigraphe laser
» rotations clinomètres (appuis et sections
pendule (inclinaison piles et murs)
Mesures de distance fil invar
Infrarouge
Planimétrie Laser
24
Mesure des déformations
générales et des mouvements
Suivi topographique – mouvements (repérages de cibles)
25
Problématique des mesures
de flèche sous chargement – Intérêt réduit de la mesure de flèche sous
chargement en absolu (problème de l ’estimation de l ’inertie réelle….) - sauf si flèche mesurée supérieure au calcul…
– Intérêt de la mesure de flèche sous chargement en relatif (répétition dans le temps permettant de faire du suivi) - exemple de l ’alcali-réaction…
– Ne permet pas de repérer un désordre local (sauf gros désordre visible déjà à l ’œil….) - exemple de fissures dans les joints de ponts en BP...
26
Inclinomètres électriques
Inclinomètre de
précision 10-6 rd
Inclinomètre de
précision 10-8 rd
27
Pendules Pendule direct et
distancemètre vertical
Pendule indirect
28
Mesure des déformations
générales et des mouvements
mesure de distance fil invar
infrarouge
29
Distancemètre à fil invar
Chaîne de mesure
Distancemètre
30
Distancemètre infrarouge
Distancemètre
sur support goniomètrique
Réflecteur
catadioptrique
31
Planimétrie laser
Emetteur
laser en
position
verticale
Mire récepteur de
faisceau laser
Mesures semi-globales
33
Courburemétrie
Permet – d ’évaluer la variation de courbure d ’une
zone de l ’ouvrage sous une variation de moment
Principe – La courbure est égale à la pente du « Navier
de déformations.
– Reliée au moment par la formule :
DC = DM / EI
– Il donne, par le biais d ’une mesure d ’angle, une courbure moyenne sur la demi-envergure de l ’appareil (de 1 à 3 mètres)
Résolution – environ 0,3 10-6 m-1
34
Courburemétrie
Domaine – VIPP pour essayer de détecter la fissuration
de la fibre inférieure en zone centrale
– et d ’une manière générale toute structure dont on veut suivre la variation de la courbure locale
Fonctionnement – mesure de la courbure à l ’aide d ’une règle
posée sur le tablier sur deux points, un troisième point comportant un capteur de déplacement qui mesure la variation de distance entre la règle et le tablier
35
Courburemétrie
Fonctionnement d
C = -------
a 2
Courburemétrie
Courburemètres en place sur une poutre de VIPP
37
Courburemétrie
Courbure
(en 1/EI)
Sollicitations
de flexion (Mf)
EI décroit lentement
la fissure remonte
l'âme de la poutre
EI décroit rapidement
Zone de transition progressive
de l'état quasi-élastique à l'état
d'endommagement mécanique
Exemple des VIPP : Définition de la capacité portante
résiduelle conventionnelle par référence à l’évolution
de la courbure mesurée dans une section critique.
Mesures de Forces
Pesage de forces de
précontrainte
méthode vibratoire
méthode de l ’arbalète
39
Pesage des forces de
précontrainte
Permet – d ’évaluer l ’effort dans le câble ou le
tirant
Principe – tirage de la tête d ’ancrage ou de la
barre
– détermination de la force correspondant au décollement
Matériel – vérin
– capteur de déplacement
Condition – armature non adhérente
40
Pesage de force
Pesage de tirants d’un mur de soutènement
41
Mesure de tension par
méthode vibratoire
Permet – d ’évaluer la tension dans un câble
Principe – principe de la corde vibrante : fréquence
fonction de la tension
Domaine – câbles de ponts suspendus
– haubans
– précontrainte extérieure
– barre ( conditions d ’extrémité)
Voir Méthode d‘essai LPC 35
42
Méthode de l ’arbalète
but
évaluation de la tension résiduelle de câbles
tendus
principe l ’effort nécessaire pour dévier un câble de son
tracé est proportionnel à sa tension
43
Méthode de l ’arbalète
Application sur site
44
Méthode de l ’arbalète
exemple de calibration en
laboratoire
Pesée de réaction d ’appui
46
Pesée de réaction
d ’appui
Redistribution à long terme des efforts dans les
ouvrages hyperstatiques
47
Pesée de réaction
d ’appui
but :
évaluation de la redistribution des efforts
dans les ouvrages hyperstatiques
» valider ou corriger les hypothèses du calcul
à la conception
» expliquer les désordres observés sur la
structure
» détecter des anomalies dans la répartition
des charges permanentes
précautions :
– mesures avec précision
– isoler l ’influence des effets thermiques
48
Pesée de réaction
d ’appui
variation des réactions d ’appui
49
Pesée de réaction
d ’appui
Gradient thermique
50
Pesée de réaction
d ’appui
principe de la mesure
51
Pesée de réaction
d ’appui
graphique
Libération
de l ’appui Flexion du
tablier
52
Pesée de réaction
d ’appui
Double vérin et vérin plat
53
Pesée de réaction
d ’appui
Condition d ’utilisation de la
méthode précision des mesures ( 1% sur culée; 0,1 %
sur appui intermédiaire )
hauteur libre sous le tablier ( au moins 150 mm)
pour pouvoir mettre en place le matériel
surface d ’appui suffisante
résistance suffisante du tablier dans la zone
d ’appui des vérins
absence sur l ’ouvrage de dispositions
incompatibles avec les manœuvres de
soulèvement
Méthode de libération de
contrainte
55
Méthode de libération
de contrainte
But :
évaluation directe de la contrainte
locale dans le béton
Principe de la méthode – réalisation d ’un entaille dans le béton
– libération de la contrainte
– compensation en pression à l ’aide
d ’un vérin plat inséré dans l ’entaille
– suivi en parallèle des déplacements en
surface à proximité de l ’entaille
56
Méthode de libération
de contrainte
Principe de la méthode
57
Méthode de libération
de contrainte
Exemple sur site
58
Méthode de libération
de contrainte
Application de la méthode au cas
d ’un béton comprimé et d ’un
béton tendu
59
Méthode de libération
de contrainte
informations fournies :
– contrainte moyenne locale du béton au niveau de l ’entaille
– profil local des contraintes avec la profondeur
» par des mesures progressives au fur et à mesure de l ’approfondissement de l ’entaille et utilisation d ’un modèle numérique
– distribution des contraintes dans une section transversale de l ’ouvrage
» par application de la méthode à différents niveaux dans une même section
60
Méthode de libération
de contrainte
exemples de contraintes à différents
niveaux dans une poutre de VIPP
61
Méthode de libération
de contrainte Comparaison entre contraintes calculées
et mesurées dans une section de VIPP :
difficulté d ’évaluer l ’effort Normal
62
Méthode de libération
de contrainte
précaution
– stabilité thermique pendant le
sciage (variation retstant
inférieure à 1°C)
précision
– au moins + 0.5 N/mm²
Méthode des moments de
décompression
64
Méthode des Moments
de décompression
but : – évaluer le déficit de résistance à la flexion
d ’une structure précontrainte présentant
des joints ou sections fissurés
principe :
– soumettre ces sections à des moments
fléchissants croissants, obtenus par des
chargements connus ( déplacement
progressif d ’un convoi de camions)
– mettre en évidence le moment qui
provoque l ’ouverture du joint ou de la
fissure
précaution : – suivi de la température
65
Méthode des Moments
de décompression
procédure : deux étapes
– 1ère étape : identifier les sections
les plus critiques
(à l ’aide de capteurs de déplacement,
sous l ’effet du trafic et de la
température)
– 2ème étape : instrumentation
complète des 2 ou 3 sections les plus
critiques => méthode des moments
de décompression
66
Méthode des Moments
de décompression
instrumentation : paires de
jauges/capteurs de
déplacement
(10 à 20 dans chaque
section étudiée)
- complément éventuel
mise en place de
jauge de déformation
sur les câbles
67
Méthode des Moments
de décompression
Difficultés d ’interprétation :
– défauts de contact dûs à l ’effet
des câbles de continuité
– différence de retrait entre parties
d ’épaisseur différente
68
Méthode des Moments
de décompression
graphique jauge/capteur de déplacement
69
Méthode des Moments
de décompression
Variation de la contrainte dans le câble
en fonction du moment fléchissant
CONCLUSION
71
Méthodologie d ’une
intervention
Bien définir et délimiter le problème
posé
» dialogue bureau d ’études - laboratoire
situer les ordres de grandeur des
quantités à mesurer
» choix des techniques de mesure
mettre en œuvre des moyens de
mesure suffisants
» redondance des points de mesure
» recoupement par des dispositifs
indépendants
» mesures annexes ( température par
exemple
72
bibliographie
Maintenance et réparation des ponts
Sous la direction de J.A. Calgaro et R. Lacroix
( publié par Presses de l ’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées en 1997)
voir : chapitre 2 sur l’auscultation
Cahier Interactif
Auscultation des Ouvrages d’art
IFSTTAR / CEREMA
http://www.ifsttar.fr/collections/
CahiersInteractifs/CII1/index.html
COMPLEMENT
Fibres optiques
74
Fibres optiques
Spécificités
– Insensible aux influences
électromagnetiques
– partie sensible du capteur et
support de transmission de
l ’information confondus
– Localisation
– Possibilité de multiplexage
75
Fibres Optiques
gaine optique gaine
mécanique
Cœur
N1 revêtement
primaire
Grandeurs
agissant sur
la
propagation
lumineuse :
• Géométrie du
guide
• Indices de
réfraction
Condition de
propagation
lumineuse
N1 > N2
N2
Principe
76
Fibres optiques
Types
– Microcourbures
– Biréfringence
– Réseaux de Bragg
– Interférométrie
» Fabry-Pérot
» Michelson
– A effet Brillouin
77
Microcourbures
Gaine
mécanique
170 mm
Cœur
100 mm
Hélice
métallique
Gaine optique
140 mm
78
Biréfringence
Fibre optique monomode
Polarisation
initiale
Rubans métalliques
Pression extérieure Polarisation
finale
Température, Pression
79
Réseaux de Bragg
Température
Déformation
Pression
•pour
chaque
réseau :
B = 2.n.
Intensit
é
B1 B2 B3
condition de
Bragg
cœur
gaine
optique
RdB-3 RdB-2 RdB-
1
2 3 1 x
Spectre incident
Intensité
Spectre réfléchi
Spectre transmis Intensit
é
B1 B2 B3
Indice de réfraction
X
80
Interférométrie Fabry - Pérot
Principe du capteur
Capteurs commercialisés noyés ou fixés en surface
d ’ouvrage en béton
cavité Fabry-
Pérot
Micro-
capillaire
fibre optique miroirs semi-
réfléchissants
fibre
optique
câble
fibre
optique
Déformation - Extensométrie
81
Interférométrie
Michelson
structure à surveiller
zone de mesure
miroirs fibre de
mesure
fibre de
référenc
e matériau
Déformation - Extensométrie
82
Fibres optiques
Mise en oeuvre – conditionnement de la partie sensible joue
un rôle dans le fonctionnement du capteur
étalonnage du capteur après
conditionnement
étalonnage du capteur dans son milieu
d ’emploi
Correction des paramètres influençants
dans le milieu d ’emploi (température,..)
83
Fibres optiques
Exemple de schéma
d ’nstrumentation
84
Fibres optiques Détection de fissures
Fonctionnement binaire
de la Fibre optique
Fixation
d ’une valeur seuil
du signal lumineux
arrêt de
transmission
lumineuse
Etablir un lien
physique entre le
signal enregistré
avec la FO et la
caractéristique
physique étudiée
Maîtrise de
l ’interface
matériau/capteur et
capteur/partie sensible
Correction
des effets influençant
85
Fibres optiques
Mise en oeuvre
86
Nouvelle construction BPR en usine
Comportement thermique de la structure
Suivi sur près de 2 ans
Exemple d ’application
87
Fibres optiques
Conclusions
La possibilité de détecter des fissures
à l ’aide de Fibres optiques dépend :
– du conditionnement de la fibre
– de la mise en œuvre sur site
– de l ’étalonnage sur site
88
Jauges d ’extensométrie
Corde
vibrante
Jauge
électrique
Fibre
optique
Recommended