MATERIAUX

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Matériel de contrôles et

d’auscultation des chaussées

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1 PRESENTATION

Ce document présente les matériels dont dispose la société Rincent BTP Services Matériaux pour assurer les missions de contrôles, d’auscultation et d’expertise des chaussées routières, portuaires, et aéroportuaires. Le matériel couvre à la fois les mesures des caractéristiques de surface, le relevé de désordres, les paramètres d’adhérence et de structures des chaussées.

2 MESURES SANS CONTACT

2.1 Présentation générale du matériel

Le matériel présenté est un appareil multifonction d’auscultation des chaussées. Sa vitesse d’évolution varie entre 10 Km/h et 90 Km/h, selon l’environnement et les vitesses autorisées

2.2 Décomposition fonctionnelle du véhicule

Les fonctions suivantes sont développées par l’appareil :

Profil transversal et géométrie Profil longitudinal et uni Images de la chaussée et de son environnement Macro texture Relevé des dégradations de surface Intégration des mesures avec repérage et supervision

2.3 Véhicule support de mesures

Le véhicule utilisé est un véhicule d’auscultation à grand rendement capable d’opérer des mesures à une vitesse comprise entre 40 et 90 Km/h.

Le châssis est un véhicule utilitaire de marque NISSAN et de type NV 400 équipé de la signalisation adaptée à l’environnement des chaussées. Il est équipé d’un système de mesure multifonctions intégrant les équipements suivants :

Poutre équipée de lasers pour les mesures des profils en travers en long et de l’adhérence Caméra vidéo pour la capture d’images des chaussées Système de relevé de désordres de chaussées

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2.4 Paramètres mesurés Selon le référentiel normatif en vigueur, le véhicule peut procéder aux mesures des paramètres suivants :

Profils en long des chaussées Mesures d’uni en IRI et NBO selon WB NOTE 46 et NF P 98 218-3, MO LCPC n°46. Profils en travers des chaussées selon NF P 98 219-2 Adhérence des chaussées (PMP et PMT) selon NF EN ISO 13473. Relevés de dégradations selon le mode opératoire LPC n°38.2 de M1 à M7

Les caractéristiques des matériels de mesures de profil classifie l’appareil en classe 2 selon la norme NF P 98219-1.

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2.5 Profils en long et en travers - géométrie Le principe de la mesure est le relevé profilomètrique en continu avec une exploitation des mesures selon les référentiels normatifs.

Une centrale inertielle, composée d’un gyroscope et d’un accéléromètre vertical, intégrée au châssis du véhicule définit en continu une référence de plan horizontal, tandis que des lasers transducteurs positionnés sur une poutre liée au véhicule mesurent sans contact le profil de la chaussée.

Les éléments qui contribuent à la mesure :

Poutre équipée de lasers transducteurs au nombre de 9

Centrale inertielle équipée d’un gyroscope et d’un accéléromètre vertical

Ordinateur de pilotage et d’acquisition de données

Logiciels d’exploitation

GPS

La poutre de mesures est équipée de neuf lasers dont sept travaillent à une fréquence de 16 KHz et deux à 62.5 KHz. La répartition transversale des lasers est symétrique et couvre une largeur de mesures de 3.20 m.

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2.6 Macrotexture

Le principe de la mesure est le relevé profilomètrique en continu à l’aide de deux lasers transducteurs, positionnés au droit des bandes de roulement.

Les lasers transducteurs, positionnés sur une poutre liée au véhicule, mesurent sans contact le profil de la chaussée sur une longueur/largeur correspondant à la surface de contact pneumatique/chaussée.

Une ligne horizontale de référence, prenant en compte le sommet de la plus haute aspérité sur une longueur définie (base de 100 mm) est définie. Le calcul est effectué comme explicité ci-dessous.

Les éléments qui contribuent à la mesure :

Poutre équipée de lasers transducteurs à 62.5KHz, au nombre de 2

Centrale inertielle équipée d’un gyroscope et d’un accéléromètre vertical

Ordinateur de pilotage et d’acquisition de données

Logiciels d’exploitation

GPS permettant d‘intégrer les mesures dans le cadre d’un système SIG.

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2.7 Images vidéo Le principe de la mesure est le relevé vidéo en continu avec prise d’informations de positionnement.

Une centrale inertielle, composée d’un gyroscope et d’un accéléromètre vertical, associée à un GPS définit en continu les coordonnées géographiques du lieu filmé.

Les éléments qui contribuent à la mesure :

Camera vidéo

Centrale inertielle équipée d’un gyroscope et d’un accéléromètre vertical

GPS

Ordinateur de pilotage et d’acquisition de données

Logiciels d’exploitation

La caméra vidéo est positionnée à l’intérieur du véhicule, elle est équipée d’un système anti éblouissement. Les images acquises au pas de 5m, au format JPEG et d’une résolution suffisante pour déceler les détails de la chaussée et de son environnement.

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2.8 Relevé de dégradations de surface

2.8.1 Relevé de surface

Le relevé des dégradations visibles de la chaussée est réalisé par un opérateur spécialisé muni d’une tablette PC entièrement personnalisable avec clavier déporté, localisation GPS et logiciel de paramétrage et d’acquisition. Il permet tout type de relevé (chaussée, ouvrage, signalisation, ...).

Un module de visualisation d’une session de relevé sur un schéma d’itinéraire, permet d’ajouter, de corriger ou de supprimer des évènements.

Une localisation systématique en PR + abscisse de début et de fin (et par déduction en distance cumulé depuis l’origine de la route) des dégradations constatées est associée au relevé. Les méthodes de relevé sont conformes au mode opératoire LCPC 38. A l’issue d’un relevé, la tablette permet de visualiser celui-ci immédiatement sur un schéma d’itinéraire, de vérifier l’exactitude et de corriger les anomalies. Fenêtre affichée pour la visualisation des mesures sous forme de tableau. Fenêtre affichée pour l’acquisition des dégradations de la route par les opérateurs

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2.8.2 Exploitation et restitution des résultats Le logiciel L2R Base est le support pour l’exploitation des relevés.

Ce logiciel est une base de données routière à double référentiel synchronisé (linéaire et géographique), intégrant les outils de restitution cartographique et sur schéma d’itinéraire.

Un module permet l’agrégation des relevés par un large éventail de procédés statistiques (moyenne, médiane, mini/maxi, extension relative…) et les met au format permettant une introduction dans la base de données.

Exploitation des relevés et mesures

Les données provenant des autres mesures sont agrégées et intégrées dans la base de données routière.

Stockage et restitution des données

Les données sont conservées. Le logiciel réalise des requêtes simples, complexes ou personnalisées. Il restitue les données sur des schémas d’itinéraire ou des cartes.

3 MESURES D’ADHERENCE

3.1 Coefficient de frottement longitudinal

3.1.1 Type de mesures et référentiel technique

Mesures dynamiques en continu : Mesures sur une trace

Normes : NF 98-220-2

Domaine de vitesse de mesures : de 40 Km/h à 130 Km/h.

3.1.2 Support et principes de mesures

Véhicule de mesure : Véhicule de traction + remorque SARSYS STFT 318 Equipement de sécurité : gyrophare et tri-flash Vitesse de mesure : 40 à 130 Km/h Le principe de la mesure consiste à déterminer l’effort qui s’exerce entre une roue bloquée équipée d’un pneumatique de type automobile et la chaussée préalablement mouillée.

La réalisation de l’essai élémentaire consiste à lancer le véhicule à la vitesse stabilisée requise, mouiller la chaussée, bloquer la roue et mesurer l’effort nécessaire pour la traîner. Cet effort de traînée divisé par la charge sur la roue représente le CFL roue bloquée.

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3.1.3 Caractéristiques de la remorque

Dénomination : remorque Sarsys STFT 318 Numéro d’agrément : 10-582 Année de fabrication : 2010

Niveaux minimaux admissibles :

Roue de mesure :

3.1.4 Précisions des mesures

La précision des mesures est définie par les paramètres statistiques suivants :

Répétabilité : 0,044

Reproductibilité : 0,065

Pour des valeurs de cfl comprises entre 0.70 et 0.20.

3.1.5 Restitution des résultats

Fichiers de mesures intégrables dans une base de données

CFL Moyen par section unitaire prédéfinie

Analyse statistique

Intégration au schéma itinéraire

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4 MESURES DE MICRORUGOSITE

4.1 Type de mesures et référentiel technique

Mesures stationnaires ponctuelles : Mesures sur une zone

Normes : NF EN 13036-4

4.2 Support et principes de mesures

Pendule avec patin de caoutchouc normalisé : mesure de la résistance au frottement

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Un pendule portant à son extrémité un patin de caoutchouc normalisé est lâché sans élan d'une position horizontale fixe (Fig. 1). Après une rotation d'un quart de tour, le patin entre en contact avec la surface de la chaussée à mesurer avec une vitesse de glissement de l'ordre de 10 km/h. Au cours de cette phase de glissement, des forces de frottement se développent entre le patin et la surface de chaussée, un ressort appliquant le patin sur cette surface avec une force déterminée. Un dispositif de réglage permet de maintenir la longueur de glissement dans des limites déterminées. La hauteur maximale de remontée du pendule, qui dépend de l'énergie absorbée par le frottement, est repérée par une aiguille placée devant un cadran gradué directement en valeurs de « coefficient de frottement mesuré avec le pendule ».

4.3 Caractéristiques du matériel Dénomination : pendule SRT Marque STANLEY Numéro de matériel : 16.01 Année de fabrication : 2002 Nombre d’essais par point : cinq lâchés

4.4 Précisions des mesures La précision des mesures est définie par les paramètres statistiques suivants :

Répétabilité : 7%,

Reproductibilité : 16%, Pour des valeurs de SRT comprises entre 0,54 et 0,72.

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4.5 Restitution des résultats

Valeurs ponctuelles

SRT Moyen par section unitaire prédéfinie

Analyse statistique

Intégration au schéma itinéraire

5 CAROTTEUSE ROUTIERE

Dans le cadre de chantiers autoroutiers, d’expertises ou d’un nombre important de carottes en grande profondeur, la société Rincent BTP Services Matériaux dispose d’une carotteuse routière.

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6 MESURES RADAR DE CHAUSSEES

Le matériel radar utilisé est un radar de type multifréquences, c’est-à-dire capable d’investiguer avec un même matériel des profondeurs variables de chaussées.

6.1 Principe simplifié d’un radar

multifréquences :

Le principe du radar multifréquences ou à saut de fréquence (step frequency radar) est de : - 1 : Réaliser un balayage de fréquences de quelques centaines de MHz à quelques GHz.

- 2 : Mesurer la phase et l’atténuation du signal reçu.

- 3 : Convoluer le résultat avec une impulsion numérique.

- 4 : Revenir au domaine temporel à l’aide d’une transformée de Fourier.

Les deux premières étapes sont réalisées par un analyseur de réseau en effectuant une mesure du paramètre S12 et les deux dernières par le logiciel de dépouillement après les essais.

Figure 1 : Principe simplifié d'un radar multifréquences.

Les avantages de la technique sont, en autre :

- Un très faible bruit thermique de mesure car l’acquisition du signal se fait sur une bande très courte, 10 à 100Khz, comparé à plusieurs GHz pour un système impulsionnel. Il est alors possible d’amplifier fortement les signaux atténués et profonds.

- Un contenu fréquentiel plus important affiché dans le radargramme qui se traduit par un aspect multi échelle où une grande résolution est obtenue avec une grande profondeur d’investigation.

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- Une grande diversité d’applications. Les applications radar profond (>3m) et mesure de

couche mince (< 3cm) sont possibles avec seulement trois antennes correctement choisies et un même analyseur de réseau.

6.2 Support de mesures Le matériel Euradar multifréquence (800 MHz à 2 GHz) a été mis en œuvre sur un véhicule porteur.

Le radar est une technique d’auscultation du sous-sol et des ouvrages qui est basée sur la réflectométrie d’ondes électromagnétiques.

Le radar de type GPR envoie une onde électromagnétique vers le sol et mesure le temps d’arrivé des échos générés par l’interface entre deux matériaux de nature différente. Les profondeurs des différentes interfaces sont mesurées à partir du temps de retour de l’écho.

Ce matériel peut être utilisé sur terrain naturel.

6.3 Exploitation des mesures L’exploitation des mesures est élaborée à partir de l’outil d’interprétation rassemblé dans le logiciel Euradar.

Le logiciel est pensé pour une optique de productivité, simplifications des traitements (seules la suppression de la trace moyenne et le gain sont implantés), gestion des flux vidéo et voix, positionnement GPS sur carte et outils de génération de rapport.

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Le choix a été fait de ne pas automatiser les opérations de pointage des interfaces durant l’interprétation. Il est en effet plus efficace d’incorporer au logiciel des fonctionnalités de contextualisations avec l’apport de la vidéo et du positionnement GPS.

La compréhension de la structure reste l’étape la plus longue de l’interprétation (>50%) et souvent une structure peut être rapidement expliquée par un ouvrage visible aux abords de la route.

Figure 2 : Le logiciel Euradar avec GPS et vidéo.

6.4 Restitution des mesures

6.4.1 Exemple pour la mesure d’épaisseurs de couches minces avant fraisage :

La mesure de l’épaisseur de la couche de roulement à fraiser pour son remplacement est une activité régulière de ce matériel sur les réseaux départementaux et nationaux.

Nous spécifions généralement une épaisseur minimal mesurable de 4 cm mais qui peut descendre à 2 cm dans un cas idéal où les permittivités des matériaux sont très différentes entre les couches et donc présentant des interfaces avec des forts coefficients de réflexion électromagnétique.

La f igure ci-aprésdonne un exemple de ce type d’auscultation où une couche de roulement de 2,5 cm est clairement visible.

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Couche Sous-couche Matériaux

AS12,5 BB 0/14 5 cm

AS20-1 BB 0/20 7 cm

AS20-2 BB 0/20 7 cm

CDF-1

CDF-2

CDF-3

PST-1

PST-2

PST-3

PSTvariable 10

à 20 cm70 cm

Grave

crayeuse

Grave non

traité

Structure de la chaussée

Epaisseur typique

AS 19 cm

CDF 45 cmvariable 10

à 20 cm

Figure 3 : Détection d’une couche mince d’enrobé de 2,5 cm.

Figure 4 : Radargramme complexe avec de multiples interfaces.

Figure 3 : Interprétation d’une structure entière.

Table 1 : Structure de la chaussée de la figure précédente.

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7 MESURES DE DEFLEXIONS

Les mesures de déflexions sont effectuées à l’aide d’un déflectographe à masse tombante ou FWD.

7.1 Types de mesures et référentiel technique L’essai consiste à réaliser des mesures des déflexions en surface engendrées par une masse tombante. Le principe de la mesure est basé sur la mesure du bassin de déflexion d’une chaussée à l’occasion de l’impact d’une charge dynamique dont l’énergie est identique à celle d’un essieu de 13 tonnes à 70Km/h. Une poutre de 4 mètres de long, munie de 9 géophones mesures la déflexion de la chaussée. Trois impacts permettent de valider la mesure.

Norme de mesure : ASTM D4694, NF P 98-200-2

7.2 Support et principes de mesures Véhicule de mesure : RENAULT TRAFIC avec remorque déflectographe Equipement de sécurité : panneau de signalisation métrique avec double flash et gyrophare Vitesse de mesure : entre 500 m et 1 Km/h

7.3 Précisions des mesures

Répétabilité sur une mesure : inférieure à 2/100 mm

Reproductibilité : entre 5/100 mm et 12/100 mm selon la nature des chaussées

Pas d’acquisition : de 5 m à 50 mètres

Précision de la distance : 0.50m

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7.4 Restitution des résultats

Fichiers de valeurs de déflexion (Excel, ou Access )

Fichiers de valeurs de rayons de courbure (Excel, ou Access )

Déflexions caractéristiques, minimum, maximum

Histogrammes de mesures