les méthodes

Les méthodes

d’auscultation

structurelle

MPREP

Bruno GODART / André ORCESI

PLAN

Généralités– Référentiel

– 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,

révisée en 2010

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

6

Objectifs Généraux de

l'Auscultation

AUSCULTATION

MATERIAUX•Identification

•Etat de

dégradation

•Propriétés

STRUCTURE•Etat mécanique

•Comportement

sous chargement- réponse globale

- comportement local

DIAGNOSTICCauses et étendue des désordres

évolution probable

définir ou étayer des hypothèses de calcul

=> Situation de départ pour réparer

7

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

10

FissurographieÉlément très important du diagnostic

relevé– nature

– apparition et évolution

– ouverture

➔ plan de fissuration

interprétation

11

Fissuromètres

12

Fissuromètres

Fissuromètre translucide

13

Fissuromètres

Fissuromètre tridimensionnel

Modèle VINCHON (Société Roctest)

14

Fissuromètres

Fissuromètre 3D (type Saugnac)

15

Fissuromètres

Capteur de déplacement à cheval sur une fissure

Mesures de déformation locales

17

Extensomètre

18

Jauge électrique

19

Témoin sonore

Corde vibrante

20

Jauges d’extensométrie

Corde

vibrante

Jauge

électrique

Fibre

optique

Mesures globales

22

Mesure des déformations

générales et des mouvements

Suivi topographique– mouvements (repérages de cibles)

Cibles

23

Mesure des déformations

générales et des mouvements

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)

Mesure de distance » fil invar

» Infrarouge

» planimétrie Laser

24

Inclinomètres électriques

Inclinomètre de

précision 10-6 rd

Inclinomètre de

précision 10-8 rd

25

PendulesPendule direct et

distancemètre vertical

Pendule indirect

(ou inverse)

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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...

27

Mesure des déformations générales et

des mouvements

mesure de distancefil invar

infrarouge

28

Distancemètre à fil invar

Chaîne de mesure

Distancemètre

29

Distancemètre infrarouge

Distancemètre

sur support goniomètrique

Réflecteur

catadioptrique

30

Planimétrie laser

Emetteur

laser en

position

verticale

Mire récepteur de

faisceau laser

Mesures semi-globales

32

Courburemétrie

Permet– d’évaluer la variation de courbure d'une zone de l’ouvrage

sous une variation de moment

Principe– 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

Voir Méthode d’essai IFSTTAR ME 82 (2014)

33

Courburemétrie

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)

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

Résolution– environ 0,3 10-6 m-1

34

Courburemétrie

Courburemètres en place sur une poutre de VIPP

35

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

37

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

38

Pesage de force

Pesage de tirants d’un mur de soutènement

39

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

40

Méthode de l’arbalète

But:

Evaluation de la tension résiduelle de câbles tendus

Principe:L’effort nécessaire pour dévier un câble de son tracé est proportionnel à sa tension

41

Méthode de l’arbalète

Applications sur site

42

Méthode de l’arbalète

Exemple de calibration en laboratoire

Pesée de réaction d’appui

44

Pesée de réaction d'appuiObjectif initial : Redistribution à long terme des

efforts dans les ouvrages hyperstatiques

45

Pesée de réaction d’appui

But :

Evaluation 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

46

Pesée de réaction d’appui

variation des réactions d’appui

47

Pesée de réaction d’appui

Gradient thermique

48

Pesée de réaction d’appui

Principe de la mesure

49

Pesée de réaction d’appui

graphique

Libération de

l'appuiFlexion du

tablier

50

Pesée de réaction d’appui

Double vérin et vérin plat

51

Pesée de réaction d’appui

Condition d'utilisation de la méthodeprécision 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

53

Méthode de libération de contrainte

But :

évaluation directe de la contrainte locale dans le

béton

Principe de la méthode– réalisation d’une 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

54

Méthode de libération de contrainte

Principe de la méthode

55

Méthode de libération de contrainte

Exemple sur site

56

Méthode de libération de contrainte

Application de la méthode au cas d’un

béton comprimé et d’un béton tendu

57

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

58

Méthode de libération de contrainte

Exemples de contraintes à différents niveaux dans

une poutre de VIPP

59

Méthode de libération de contrainteComparaison entre contraintes calculées

et mesurées dans une section de VIPP :

difficulté d'évaluer l’effort Normal

60

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

62

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

63

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

64

Méthode des Moments

de décompression

Instrumentation :couples de jauges/capteurs de déplacement (10 à 20 dans chaque

section étudiée)

- complément éventuel mise en place de jauge de déformation sur les câbles

65

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

66

Méthode des Moments de

décompression

Graphique jauge/capteur de déplacement

67

Méthode des Moments de

décompression

Variation de la contrainte dans le câble

en fonction du moment fléchissant

CONCLUSION

69

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)

70

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

Vue de la page d’accès au

site internet

http://www.ifsttar.fr/collections/CahiersInteractifs/CII1/

PRESENTATION DU GUIDE SUR L’AUSCULTATION

Il comporte deux grandes parties :

➢ - la présentation des méthodes d’auscultation sous

forme d’une fiche synthétique par méthode

➢ - la présentation des méthodologies de diagnostic à

appliquer dans des cas de reconnaissance de structure

ou d’éléments de structure, ainsi que dans les cas les

plus fréquents ou les plus importants de pathologies

Nota : Parmi les méthodes existantes, seules les méthodes

ayant fait l’objet d’une validation suffisante par l'IFSTTAR et

le CEREMA font l’objet d’une fiche.

Fiches synthétiques sur les Méthodes

d’auscultation

A ce jour, plus d’une centaine de fiches ont été rédigées pour chacune des

méthodes d’auscultation classées en trois grandes catégories

A Méthodes d’auscultation sur prélèvements

1. - Béton

2. - Métal

3. - Maçonnerie

Fiches synthétiques sur les Méthodes

d’auscultation

A ce jour, plus d’une centaine de fiches ont été rédigées pour

chacune des méthodes d’auscultation classées en trois grandes

catégories

B Méthodes d’auscultation du matériau en place

- par type de matériau (béton, béton armé, acier, bois)

- par éléments de structure et de protection (câbles,

chapes d’étanchéité, peintures, sol armé)

Fiches synthétiques sur les Méthodes

d’auscultation

A ce jour, plus d’une centaine de fiches ont été rédigées pour

chacune des méthodes d’auscultation classées en trois grandes

catégories

C Méthodes d’auscultation de la structure.

1. reconnaissance de la géométrie,

2. types de mesure (déformations générales et mouvements,

mesures locales de fonctionnement, forces)

3. essais (essais statiques de chargement, essais dynamiques)

4. auscultations de fondation

Exemple de fiche « méthode CND » relative aux

câbles

Exemple de fiche « méthode CND » relative aux

câbles

Exemple de fiche « méthode CND » relative aux

câbles

Exemple de fiche « méthode CND » relative aux

câbles

Exemple de fiche « méthode CND » relative aux

câbles

Fiches sur les Méthodologies de Diagnostic

A ce jour, une trentaine de fiches ont été rédigées pour chacune des

méthodologies de diagnostic classées en deux grandes catégories

Diagnostic de l’état des matériaux (série D)

Béton (D1)

Acier (D2)

Maçonnerie (D3)

Bois (D4)

Eléments de protection (D5)

Diagnostic structurel (série E)Problèmes Génériques (E1)

Ouvrages en béton (E2)

Ouvrages métalliques et mixtes (E3)

Ouvrages en maçonnerie (E4)

Ouvrages à câbles (E5)

Fondations et ouvrages de soutènement (E6).