Surveiller,
diagnostiquer & renforcer
les structures précontraintes
Journée Technique
Vendredi 25 septembre 2015
à l’Amphithéâtre de la SMABTP
Méthodes d’auscultation des câbles de
précontrainte :
Impact-écho et tomographie
(Recherche de vides d’injection)
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Sommaire
Introduction & problématique
Techniques existantes
Méthode 1: Impact Echo
• Généralités
• Théorie
• Retour d’expériences
Méthode 2 : Tomographie Ultrasonore
• Généralités
• Théorie
• Retour d’expériences
Avancées technologiques récentes
Limites des méthodes
Conclusions
Bibliographie
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M. Grill Recherche de vides dans les gaines de précontrainte vendredi 25 septembre 2015
Introduction & problématique
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Désordres recherchés
Absence de coulis
Vide
Pollution (Cl-)
Eau Corrosion
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Coulis
Alcalinité élevé
Atmosphère sèche
Protection
Techniques existantes
Gammagraphie Impact-écho
Endoscopie Tomographie Ultrasonore
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Méthodes traditionnelles Méthodes acoustiques
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Méthode 1
Impact-écho
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Impact-écho : Généralités
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Fondée sur la propagation des ondes de compression
Développée par le Dr Maria Sansalone
Analyse de spectre
Utilisée pour détecter
Délaminations
Vides dans le béton
Vides d’injection dans les gaines
de précontrainte
Propagation des ondes P
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Equations de base (1)
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Cas d’une interface béton/air
Equations de base (2)
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Cas d’une interface béton/acier
Steel plate
Equipement
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Exemple d’une dalle
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* Données In-Situ SA et Germann Instruments AS
Construction du spécimen
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Gaine vide
8 armatures , diamètre 16 mm,
enrobage 40 mm Nid de graviers Gaine injectée
avec 10 torons
Réponse de la dalle sans gaine
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Réponse de la dalle à 5.37 kHz, épaisseur solide de la dalle
Réponse de la gaine vide
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Réponse d’une gaine vide à 19,5 kHz
+ décalage de la fréquence solide vers la gauche
Réponse de la gaine pleine
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Réponse d’une gaine pleine à 9,3 kHz
+ fréquence solide de la dalle
Gaine partiellement vide
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Réponse métallique des torons
+ décalage de la fréquence solide vers la gauche
Méthode 2
Tomographie Ultrasonore
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Tomographie ultrasonore : Généralités
Méthode ultrasonore fondée sur la propagation d’ondes de cisaillement
Méthode proche de l’écho d’impact
Antenne multi-capteurs
Analyse point par point des signaux temporels
Algorithme Saft
Image d’intensité
Reconstruction 3D des objets
Utilisée pour détecter
Délaminations
Vides dans le béton
Vides d’injection dans les gaines de précontrainte
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L’antenne
Une antenne avec un tableau de transducteurs émetteurs/récepteurs
Ondes de cisaillement à 50kHz (pour le béton)
Gamme de fréquences entre 20 et 100kHz
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400 mm
100 mm
400 mm
100 mm
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Principe de propagation des ondes
Emission n°1
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Principe de propagation des ondes
Emission n°2
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Principe de propagation des ondes
Emissions et réceptions multiples
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Principe de propagation des ondes
Détection d’un désordre
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Equation de base
Localisation d’un désordre : d 1-4 = f(dt,C,dX)
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Résultats
Traitement des données
Algorithme SAFT (Synthetic
Aperture Focusing Technique)
Données transformées en B, C
et D - scans
Les coordonnées et les
niveaux de signal en tout point
sont reconstruits dans les
images
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Visualisation 3D des résultats
B-scan, C-scan, D-scan
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Equations de base, cas des gaines
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Impédance acoustique Coefficient de réflexion
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|Rs| (air) > |Rs| (acier)
Ondes de cisaillement
Exemple d’une dalle
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Procédure du test Résultats
Représentation 3D (unité mm)
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* Données In-Situ SA et Germann Instruments AS
Résultats
D-scan de la gaine vide
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D-scan, de la gaine injectée
(Unité en mm)
Résultats
B-scan de la gaine vide
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(Unité en mm)
Avancées technologiques récentes
Analyse de phase
Théorie des ondes de propagation
Automatisation et robot
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Equations de base, analyse de phase
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Impédance acoustique Coefficient de réflexion
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Ondes de cisaillement
Rs (air) > 0 & Rs (acier) <0
* Données In-Situ SA et Germann instrument AS
Analyse de phase
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Résultats d’un pont caisson
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Image d’intensité
Image de phase
Vides probables
Théorie des ondes de propagation
Les avancées théoriques récentes ont permis de mieux comprendre
les phénomènes de propagation des ondes, notamment les travaux
de Gibson sur les ondes de LAMB.
Notion de rigidité et influence des gaines dans la rigidité
Utilisation d’une nouvelle analyse des signaux : la transformée en
ondelette; elle permet de :
mieux appréhender ces phénomènes
avoir une représentation temps - fréquence
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Automatisme
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* Données In-Situ SA et Germann Instruments AS
Structures de grandes dimensions
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Limites des méthodes
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Limites liées aux conditions de chantier
Accès
Structure épaisse
Zone engorgée ou superposition des gaines dans la profondeur
Ferraillage passif dense
Profondeur des gaines
Etat de surface
Géométrie du massif / positionnement des gaines / superposition
des fréquences théoriques / discrimination difficile
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Limites liées aux limites des techniques et
des appareils
Difficultés à discriminer certains cas de figure
Limite en profondeur de la détection
Qualité des signaux et de leur traitement
Validation nécessaire par sondage ou gammagraphie
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Conclusions
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Etat de l’art
Plusieurs techniques non destructives ont montré leur pertinence
Des équipements sont disponibles sur le marché
La recherche continue :
L’analyse de phase est la méthode la plus prometteuse
Les versions automatisées sont prêtes
Recherche fondamentale
La problématique du contrôle de l’injection des gaines reste un
challenge pour les tests non destructifs
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Réflexion sur les pistes d’amélioration possibles
Pour les futures constructions :
Améliorer la qualité de la mise en œuvre
Intégrer les problèmes de durabilité dès la conception
Promouvoir le contrôle non destructif afin qu’il soit intégré au moment du
chantier dans les phases de réception (gain de temps, d’argent et de
durabilité)
Pour l’existant :
Sensibiliser les exploitants aux dernières avancées
Appliquer les dernières avancées sur des ouvrages réels
Multiplier les campagnes de tests pour engranger des retours
d’expérience
Instrumenter les ouvrages pour détecter en amont les problèmes et
orienter les investigations à mener sur site
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Bibliographie (1)
Méthodologie d’évaluation non destructive de l’état d’altération des
ouvrages en béton, O. Abraham, D. Breysse, éd. Presses de l’école
nationale des ponts et chaussées
Handbook on non-desctrutive testing of concrete, V.M. Malhotra, N.J.
Carino, CRC Press
Impact-Echo, non-destructive evaluation of concrete and masonry,
M.J. Sansalone, W. B. Streett, Bullbrier Press
Sciences pour le génie civil, Evaluer l’état de la précontrainte
Avancées récentes dans le développement de méthodes non
destructives d’auscultation, programme coordonné par Jean-Louis
Chazelas, Stéphane Fortier et Jean Salin
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Bibliographie (2)
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Basics: Schickert M, Krause, M (2010) Ultrasonic techniques for evaluation of reinforced concrete structures. In : Maierhofer Ch, Reinhardt, H-W, Dobmann, G (eds.); Non-destructive evaluation of reinforced concrete structures. Woodhead Publishing Limited, Cambridge, Part II.22, pp. 490-530
Imaging :
Schickert, M.; Krause, M.; Müller, W. : Ultrasonic Imaging of concrete Elements Using Reconstruction by Synthetic Aperture Focusing technique. Journal of Materials in Civil Engineering (JMCE) 15 (2003), H. 3, S; 235-246
Mayer, K. : Langenberg, K.-J.; Krause, M.; Milmann, B.; Mielentz, F. : Characterization of reflector Types by Phase-Sensitive Ultrasonic Data Processing and Imaging. Journal of Non Destructive Evaluation 27 (2008) H. 1-3, S. 35-45.
Linear Array : Bishko, A.V.; Samokrutov, A.A; Shevaldkin, V.G. : Ultrasonic Echo-Pulse Tomography of Concrete Using Shear Wave Low-Frequency Phased Antenna Arrays. 17th World Conf. On NDT, 25-28-Oct. 2008, Shanghai, China, 5 pages
Concrete slabs, Foundations : Taffe, A., Krause, M., Milmann, B. and E. Niederleithinger, Assessment of foundation slabs with US-echo in the re-use process, In : Alexander, M., Beushausen, H-D., Dehn, F. and P. Moyo {(eds);} Proceedings of the International Conference on Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting (ICCRRR), 21.-23,11,05, Cape Town, South Africa, pp, 525-530, 2005
Investigation of Tendon ducts by ultrasonic imaging : Krause, M., Mayer, K., Friese, M., Milmann, B., Mielentz, F. and G. Ballier, progress in ultrasonic tendon duct imaging, European Journal of Environmental and Civil engineering, Vol. 15 (2011)4, p. 461-485, 2011