VALIDATION D'ESSAIS SUR CANDELABRES … · Direction des Opérations Affaire : REI-LUX – Validation d'essais sur candélabres Référence du document : DO / 15-SET-032 / 002-B Rév

Centre Technique Industriel de la Construction Métallique

Espace Technologique - L’Orme des Merisiers - Immeuble Apollo - 91193 Saint-Aubin Tél : +33 (0)1 60 13 83 00 Fax : 33 (0)1 60 13 13 03

« Etablissement certifié qualité ISO 9001, le CTICM

assure un suivi de chaque étude dans le plus strict

respect de ses procédures qualité »

Date : 01/02/2016 Auteur : CR Nombre total de pages (y compris celle-ci)

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Client demandeur : REI-LUX

Référence et date de commande : Commande 1 du 12/06/2015

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VALIDATION D'ESSAIS SUR CANDELABRES

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Direction des Opérations

Affaire : REI-LUX – Validation d'essais sur candélabres

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Révision Date Auteur Objet

A 17/12/2015 CR Émission Originale

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Date : 01/02/2016 Auteur : CR Page : 1 Rév. : B

TABLE DES MATIERES

1. Préambule ................................................................................................................................................................. 2

2. Note d’information du Sétra n°132 .......................................................................................................................... 3

3. Description de la méthodologie Rei-Lux ................................................................................................................... 4

3.1. Généralités – Description des mâts testés ....................................................................................................... 4 3.2. Tests statiques .................................................................................................................................................. 6 3.3. Tests dynamiques par oscillations .................................................................................................................... 8 3.4. Essais dynamiques par génératrice de rotation ............................................................................................... 9 3.5. Caractère non destructif des essais ................................................................................................................ 10

4. Capacité des méthodes d’essai à déceler les défauts ............................................................................................ 11

4.1. Mât atelier avec boulons d’ancrages desserrées ........................................................................................... 11 4.2. Mât alu extérieur avec une tige d’ancrage desserrée .................................................................................... 14 4.3. Mât avec boulons desserrés en partie haute ................................................................................................. 16 4.4. Autres défauts décelables .............................................................................................................................. 17

5. Déroulement des interventions .............................................................................................................................. 18

5.1. Préparation du test ......................................................................................................................................... 18 5.2. Réalisation des essais ..................................................................................................................................... 18 5.3. Interprétation des essais et consignation des résultats ................................................................................. 19

6. Assurance et garantie – Suivi qualité ...................................................................................................................... 20




1. Préambule

Le CTICM (Centre Technique de l’Industrie et de la Construction Métallique), seul organisme habilité par l’état français dans le domaine des normes EN-40 à accréditer les fabricants de supports et candélabres en France dans le cadre du marquage CE de leur fabrication, organisme de référence au travers de ses recommandations en terme de calcul et de conception de mâts de grande hauteur, a conduit une étude permettant de valider la méthodologie de contrôle mécanique et de stabilité des candélabres d’éclairage public développée par Rei-Lux. Le CTICM s’est rendu au siège de l’entreprise Rei-Lux les 7 et 8 octobre 2015. Ce déplacement a permis d’assister à des essais réalisés dans les conditions réelles et d’étudier le fonds documentaire de l’entreprise, concernant tant les protocoles d’essais que l’utilisation des résultats d’essais. Le CTICM a aussi pu examiner, à cette occasion, le management de la qualité mené par l’entreprise : formation du personnel, traçabilité des mats étudiés, suivi de la satisfaction client, etc. Au cours de cette mission, le CTICM a pu constater que la méthodologie d’essais employée par Rei-Lux :

• est en adéquation avec les calculs menés pour déterminer la charge d’essai

• est conforme à la note Setra 132 de Juin 2009 – Révision Décembre 2011

• permet de déceler les défauts mécaniques et de stabilité recherchés au niveau de la fondation, du scellement (platine et tiges d’ancrage, du support, de la fixation des accessoires positionnés le long ou en tête de celui-ci

• permet de réaliser des contrôles non destructifs, non invasifs pour la structure contrôlée. Cette analyse concerne les deux méthodologies développées par Rei-Lux à savoir les contrôles statiques associés à un contrôle dynamique par oscillation et les contrôles dynamiques réalisés à partir d'une génératrice de rotation. Le document suivant développe ce préambule.




2. Note d’information du Sétra n°132

La note d’information n°132 du SETRA, de juin 2009, révisée en décembre 2011 donne des recommandations pour le contrôle de la stabilité des ouvrages d’éclairage public par un essai de charge statique. Dans ce paragraphe, nous en décrivons la teneur et en résumons le contenu. La note rappelle en introduction que les essais mécaniques des ouvrages d’éclairage en place n’ont aucun caractère obligatoire ou réglementaire. Elle définit dans une première partie les principes généraux concernant les essais de chargement, qui visent à garantir la stabilité de l’ensemble de l’ouvrage. Les essais ne dispensent pas d’un examen visuel régulier des boulons d’ancrage et des visseries ainsi que d’un contrôle de leur état de serrage, ni d’une recherche, lors des examens visuels, de tout défaut que pourrait comporter la structure du mât d’éclairage. Le programme d’essai doit permettre de vérifier le bon comportement de la structure sous charges correspondant à un vent d’une intensité voisine de 60% du vent extrême des anciennes règles NV (soit environ 60% du vent ELU des Eurocodes). Pour être complet, un programme d’essais par chargement statique doit en général comporter des essais dans au moins deux directions perpendiculaires et dans les deux sens. Un programme d’essais par chargement statique plus restreint, couplé à des essais complémentaires (essais dynamiques par exemple) peut être envisagé en démontrant son aptitude à déceler les défauts recherchés. L’objectif des essais est de vérifier le comportement du support aux efforts exercés par le vent, et plus spécialement les parties enterrées ou cachées de l’ouvrage, de la jonction fût-platine et de l’assemblage platine-massif de fondation, ainsi que la stabilité du massif de fondation dans le sol. Les efforts mécaniques ne doivent pas créer de sollicitations excessives non représentatives de l’effet du vent, et le risque de rupture au pied du candélabre doit être pris en compte et maîtrisé par le procédé d’essai de charge. L’essai doit pouvoir être interrompu dès l’apparition d’un comportement non linéaire excessif. La méthode d’interprétation des mesures doit permettre de repérer et de distinguer les endommagements du mât ou des tiges d’ancrage, des problèmes de tenue du massif de fondation ou du sol. La note n°132 du SETRA présente également quel doit être le contenu du rapport d’essai, dans le but de permettre la traçabilité et la reproductibilité des essais.




3. Description de la méthodologie Rei-Lux

3.1. Généralités – Description des mâts testés

Ce chapitre décrit la méthodologie Rei-Lux et les essais pratiqués dans le cadre du contrôle des mâts d’éclairage. Deux méthodes sont proposées : 1/ La méthode dite statique, dont le protocole inclut les tests suivants :

- Test statique n°1, en général face à la porte de visite. - Test statique n°2, dans un angle de 90° à 180° à partir de l’axe du premier test, selon l’accessibilité autour

du mât. - Test dynamique par oscillation.

2/ La méthode dite dynamique, réalisée à l’aide d’une génératrice de rotation. Ces différents essais sont décrits dans les paragraphes suivants. Les courbes de résultats présentées dans ce chapitre certaines courbes du §5 correspondent aux essais réalisés lors de la visite que nous avons réalisé au siège de la société Rei-Lux, à Erkelenz (Allemagne) les 7 et 8 octobre 2015. Plusieurs mâts ont été testés.

• Mât Atelier : potence en acier supportant des feux de signalisation. En pied, le mât est fixé par des attaches par boulons, et une attache de continuité similaire est réalisée dans la hauteur du mât.




• Mât alu extérieur : Fixé au sol par quatre tiges d’ancrage.




3.2. Tests statiques

La valeur d’essai est obtenue par calculs et est représentative de l’effet du vent (60% du vent extrême). La charge est appliquée, manuellement à l’aide d’un vérin hydraulique, par paliers de faible amplitude, à une hauteur comprise entre 1 m et 1,20 m du sol. Une sangle maintient la base du support au niveau du sol, permettant d’éviter une sollicitation excessive de la semelle, du massif de fondation ou de la structure.

Station de contrôle, avant mise en charge

Après la phase de chargement, le déchargement se fait lentement. Les mesures de déplacements sont réalisées à l’aide de deux lasers et d’une caméra 3D. Les lasers sont fixés sur le mat, respectivement à 0,20 m et 1,80 m au-dessus du sol. Le dispositif permet la mesure des déplacements avec une précision de 1/1000 mm. Sur les mâts acier, les lasers peuvent être fixés par aimantation sur le fût.

Système d’application de la charge

Sangle

Vérin hydraulique




Dispositif de mesure des déplacements

Les mesures de déplacements sont visibles en temps réel sur l’ordinateur intégré à la station d’essai. Deux types de vues sont proposées pour ces déplacements : une vue vectorielle en fonction du temps, et une vue polaire à 360°.

Lasers

Caméra 3D




Sur les graphiques précédents, qui correspondent à l’essai réalisé le jour de notre visite, sur le mât atelier sans défaut, la courbe rouge représente le déplacement du laser bas, la courbe bleue celui du laser bas. La courbe noire représente la différence entre les deux. Les « dents de scies » du diagramme dans la phase de chargement représentent les pas de chargement via le vérin. Dans cet exemple, les déplacements des deux points du mât le présentent pas de déviation, et montrent un retour de la structure à sa position initiale, c’est-à-dire un comportement élastique du mât et de sa base. Cet essai est réalisé sur le mât dans deux directions perpendiculaires. Il permet de déceler des défauts dans la partie basse du mât (voir §5)

3.3. Tests dynamiques par oscillations

Pour le test dynamique par oscillations, la centrale d’essais et le dispositif de mesure des déplacements sont les mêmes que pour le test précédent. La charge appliquée est alors égale à 30% de la charge précédente. Elle est appliquée progressivement jusqu’au niveau requis, puis relâchée brusquement, afin de générer le comportement oscillatoire de la structure, mesuré là encore en temps réel.

Sur cet enregistrement, réalisé sur le même mât sans défaut, on observe un amortissement rapide de la structure, avec un retour à la position d’origine. Cette méthode peut déceler des défauts situés sur la partie haute du mât, comme par exemple le desserrement de la fixation de la crosse ou du luminaire.




3.4. Essais dynamiques par génératrice de rotation

Ces essais sont réalisés à l’aide d’une génératrice de rotation qui permettra, par l’application d’une charge verticale et circulaire, d’analyser après empilement des harmoniques des différents composants les entrées et sorties de fréquence propre de la structure.

Génératrice de rotation

En fonction du type, de la taille et de l’inertie de la structure du mât, la génératrice peut avoir une masse de 3 à 30 kg. Dans la génératrice, la masselotte est mise en rotation à une vitesse variant progressivement de 0 à 300 t/min (de 0 à 5 Hz). Le principe est alors d’empiler les harmoniques de chaque sous ensemble de la structure, jusqu’à obtenir la fréquence propre globale de l’ouvrage. Les instruments de mesure sont les mêmes que ceux utilisés pour les essais précédents. On montre ci-dessous l’enregistrement réalisé sur le même mât sans défaut que précédemment :

On observe des déplacements centrés autour de la verticale, et un amortissement rapide de la structure, une fois passée la fréquence propre d’excitation.

rotation de la génératrice

excitation du mât seul

excitation de la structure complète

arrêt de la génératrice




3.5. Caractère non destructif des essais

Les sollicitations induites par la charge d’essai au niveau de la base du mât et des fondations sont représentatives de celles créées par le vent normal, et donc ne sont pas préjudiciables pour un mât en état correct. L’utilisation de matériels légers et l’application de charges manuellement via un vérin hydraulique et permet de maîtriser l’application de la charge sur la structure. Le suivi en temps réel des déformations permet de déceler immédiatement tout comportement anormal de l’équipement, y compris dans ses parties enterrées. L’opérateur est alors à même d’interrompre immédiatement l’essai. Toutefois, nous avons constaté que Rei-Lux avait pris en compte la possibilité de mettre en œuvre un système de retenue par sangle de maintien, qui ne bride pas les déplacements liés à l’application de l’effort, mais qui peut agir en cas de défaillance du mât.




4. Capacité des méthodes d’essai à déceler les défauts

Nous avons pu créer des défauts spécifiques sur les mâts testés, afin d’observer les graphes correspondants.

4.1. Mât atelier avec boulons d’ancrages desserrées

Pour cet essai, les boulons desserrés étaient à l’opposé du point d’application de la charge. Essai statique :

Les fixations avec le défaut sont du côté comprimé de la semelle. L’essai statique montre peu de différence avec celui réalisé sur le mât sans défaut. Pour mémoire, enregistrement réalisé sur le mât sans défaut :

Retour à la position d’origine

légère déviation de la déformation




Essai dynamique par oscillations :

On observe un amortissement beaucoup moins marqué de la structure, avec un comportement plus erratique du mât lors du retour à la position d’équilibre. Pour mémoire, enregistrement réalisé sur le mât sans défaut :

Amortissement lent de la structure

Dispersion des déplacements lors du retour en place.




Essai dynamique par génératrice de rotation :

On observe un amortissement beaucoup moins marqué de la structure, avec un comportement plus erratique du mât autour de la position d’équilibre. Pour mémoire, enregistrement réalisé sur le mât sans défaut :

Peu d’amortissement de la structure

Grande dispersion des déplacements

autour de la position centrale




4.2. Mât alu extérieur avec une tige d’ancrage desserrée

On effectue les mesures sur le mât sans défaut, puis sur le mât avec une des quatre tiges d’ancrage desserrée. Essai statique :

- Diagrammes pour le mât sans défaut

- Diagrammes pour le mât avec une tige desserrée

L’amplitude des déplacements est plus grande que pour le mât sans défaut, et surtout, il est mobile dans le sens perpendiculaire à la poussée lors de la mise en charge.




Essai dynamique par oscillations :

- Diagrammes pour le mât sans défaut

- Diagrammes pour le mât avec une tige desserrée

L’amplitude des déplacements est plus grande que pour le mât sans défaut, et surtout, il est mobile dans le sens perpendiculaire à la poussée lors de la mise en charge.




4.3. Mât avec boulons desserrés en partie haute

L’objet de cet essai était de vérifier la capacité de l’essai dynamique à déceler les défauts situés au-dessus du point d’application de la charge ou des points de fixation des lasers. Des boulons ont donc été desserrés dans la partie haute du mât.

On observe un faible amortissement de la structure, et une direction privilégiée dans les déplacements, liés au défaut dans l’assemblage en hauteur.

Peu d’amortissement de la structure

Déplacements accentués dans une direction

donnée




4.4. Autres défauts décelables

Les défauts décrits à la suite n’ont pas été testés lors de notre visite. Les graphes présentés font partie de la documentation proposée par l’entreprise dans le cadre de la formation des opérateurs. 1er cas :

Le laser inférieur montre un comportement normal du mât, tandis que le laser haut montre une torsion du mât passé un seuil de chargement, et un non-retour à la position initiale après déchargement.

� le défaut se situe entre les deux lasers, probablement au niveau de la porte. 2ème cas :

Pour les deux lasers, on observe un comportement linéaire, lors du chargement et du déchargement, mais un déplacement résiduel important à la fin du déchargement, quasiment identique pour les deux lasers.

� défaut de fondation ; déplacement de la base du mât.




5. Déroulement des interventions

5.1. Préparation du test

Dès la mise en place au pied de la structure, l’opérateur géo-localise la structure et relève les éléments nécessaires à son identification :

- N° d’identification propre de la structure. - N° de chrono de l’intervention. - Coordonnées GPS de la structure. - Photo de la structure. - Données géométriques et matériau du support, équipements et éléments additionnels. - Observations visuelles diverses documentées par des photos.

Ces données sont intégrées en temps réel dans le logiciel qui génèrera le rapport, transmises chaque heure via internet à la plateforme accessible au client, et sont donc consultables quasiment en temps réel. Les charges d’essai à appliquer sont déterminées :

- soit par l’utilisation directe du logiciel de calculs objet de l’étude présentée dans notre rapport DO/15-SET-032/001-C, en fonction de la zone de vent, des éléments dimensionnels relevés et des équipements présents sur la structures,

- soit par la lecture d’abaques préétablies, à l’aide de ce logiciel également, dans le cadre de produits et de configurations standards.

Le logiciel implanté dans l’ordinateur présent sur la station de contrôle permet de déterminer la charge d’essai au cas par cas, avant chaque test.

5.2. Réalisation des essais

Les essais tels que décrits au chapitre 4 sont ensuite réalisés. L’opérateur peut suivre en temps réel l’évolution du comportement de la structure sur la station de contrôle, et les charges étant appliquées manuellement, il peut interrompre l’essai en cas de comportement anormal. Les enregistrements réalisés pendant les essais (graphiques vectoriels et polaires tels que décrits précédemment ; valeurs numériques des principales grandeurs) sont enregistrés, conservés et archivés, pouvant ainsi être visualisés à tout moment. Dans le but d’assurer la traçabilité du contrôle, avec les graphes sont enregistrées les informations suivantes :

- Date et nom du technicien - Type de contrôle réalisé - Efforts appliqués - Résultat du contrôle - Observations éventuelles faites lors du contrôle - Numéro des courbes correspondantes.




5.3. Interprétation des essais et consignation des résultats

A l’issue de l’essai, en fonction des observations visuelles et du résultat du contrôle, un code est affecté à la structure : Code A, B, C pour le support :

- A : Parfait état élastique de la structure - B : Premiers signes de déformation plastique - C : Déformation plastique définitive

Code 1, 2, 3 pour le système d’ancrage (massif et tiges de scellement) :

- 1 : Parfait état du scellement. - 2 : Légers défauts de serrage au niveau de la semelle ou de compactage au niveau du massif. - 3 : Défaut important au niveau du scellement ou de la partie enfouie dans le sol.

Le résultat final du contrôle est la combinaison des deux codes : A1 / A2 / A3 / B1 / B2 / B3 / C. Selon le résultat une action à mener peut être programmée, en préventif ou en curatif, avec des degrés d’urgence plus ou moins forts.




6. Assurance et garantie – Suivi qualité

Conformément à la définition du contrôle non destructif, les assurances de l’entreprise couvrent le risque d’endommagement de la structure, si elle venait à être dégradée du fait de son action de contrôle. Pour les structures objet d’un contrôle satisfaisant (A1 selon la classification donnée dans le paragraphe précédent), la durée de la garantie accordée peut aller jusqu’à 6 ans pour une structure ancienne, et jusqu’à 9 ans pour une structure neuve.

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