Les méthodes
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Les méthodes
d’auscultation
structurelle
MPREP
Bruno GODART / André ORCESI
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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
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GENERALITES
Référentiel
Objectifs de l’auscultation
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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
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5
Référentiel
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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
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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
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Auscultation de la Structure
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Fissurographie
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FissurographieÉlément très important du diagnostic
relevé– nature
– apparition et évolution
– ouverture
➔ plan de fissuration
interprétation
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Fissuromètres
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Fissuromètres
Fissuromètre translucide
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Fissuromètres
Fissuromètre tridimensionnel
Modèle VINCHON (Société Roctest)
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Fissuromètres
Fissuromètre 3D (type Saugnac)
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Fissuromètres
Capteur de déplacement à cheval sur une fissure
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Mesures de déformation locales
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Extensomètre
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Jauge électrique
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Témoin sonore
Corde vibrante
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Jauges d’extensométrie
Corde
vibrante
Jauge
électrique
Fibre
optique
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Mesures globales
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Mesure des déformations
générales et des mouvements
Suivi topographique– mouvements (repérages de cibles)
Cibles
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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
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24
Inclinomètres électriques
Inclinomètre de
précision 10-6 rd
Inclinomètre de
précision 10-8 rd
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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...
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Mesure des déformations générales et
des mouvements
mesure de distancefil invar
infrarouge
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Distancemètre à fil invar
Chaîne de mesure
Distancemètre
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29
Distancemètre infrarouge
Distancemètre
sur support goniomètrique
Réflecteur
catadioptrique
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30
Planimétrie laser
Emetteur
laser en
position
verticale
Mire récepteur de
faisceau laser
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Mesures semi-globales
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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)
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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
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Courburemétrie
Courburemètres en place sur une poutre de VIPP
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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
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Mesures de Forces
Pesage de forces de
précontrainte
Méthode vibratoire
Méthode de l'arbalète
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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
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Pesage de force
Pesage de tirants d’un mur de soutènement
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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
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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
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41
Méthode de l’arbalète
Applications sur site
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42
Méthode de l’arbalète
Exemple de calibration en laboratoire
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Pesée de réaction d’appui
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Pesée de réaction d'appuiObjectif initial : Redistribution à long terme des
efforts dans les ouvrages hyperstatiques
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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
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Pesée de réaction d’appui
variation des réactions d’appui
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Pesée de réaction d’appui
Gradient thermique
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Pesée de réaction d’appui
Principe de la mesure
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49
Pesée de réaction d’appui
graphique
Libération de
l'appuiFlexion du
tablier
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50
Pesée de réaction d’appui
Double vérin et vérin plat
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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
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Méthode de libération de contrainte
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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
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54
Méthode de libération de contrainte
Principe de la méthode
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55
Méthode de libération de contrainte
Exemple sur site
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56
Méthode de libération de contrainte
Application de la méthode au cas d’un
béton comprimé et d’un béton tendu
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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
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58
Méthode de libération de contrainte
Exemples de contraintes à différents niveaux dans
une poutre de VIPP
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59
Méthode de libération de contrainteComparaison entre contraintes calculées
et mesurées dans une section de VIPP :
difficulté d'évaluer l’effort Normal
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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
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Méthode des moments de
décompression
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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
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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
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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
![Page 65: Les méthodes](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022012410/616a5c6711a7b741a351a7fe/html5/thumbnails/65.jpg)
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
![Page 66: Les méthodes](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022012410/616a5c6711a7b741a351a7fe/html5/thumbnails/66.jpg)
66
Méthode des Moments de
décompression
Graphique jauge/capteur de déplacement
![Page 67: Les méthodes](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022012410/616a5c6711a7b741a351a7fe/html5/thumbnails/67.jpg)
67
Méthode des Moments de
décompression
Variation de la contrainte dans le câble
en fonction du moment fléchissant
![Page 68: Les méthodes](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022012410/616a5c6711a7b741a351a7fe/html5/thumbnails/68.jpg)
CONCLUSION
![Page 69: Les méthodes](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022012410/616a5c6711a7b741a351a7fe/html5/thumbnails/69.jpg)
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)
![Page 70: Les méthodes](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022012410/616a5c6711a7b741a351a7fe/html5/thumbnails/70.jpg)
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
![Page 71: Les méthodes](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022012410/616a5c6711a7b741a351a7fe/html5/thumbnails/71.jpg)
Vue de la page d’accès au
site internet
http://www.ifsttar.fr/collections/CahiersInteractifs/CII1/
![Page 72: Les méthodes](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022012410/616a5c6711a7b741a351a7fe/html5/thumbnails/72.jpg)
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.
![Page 73: Les méthodes](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022012410/616a5c6711a7b741a351a7fe/html5/thumbnails/73.jpg)
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
![Page 74: Les méthodes](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022012410/616a5c6711a7b741a351a7fe/html5/thumbnails/74.jpg)
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)
![Page 75: Les méthodes](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022012410/616a5c6711a7b741a351a7fe/html5/thumbnails/75.jpg)
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
![Page 76: Les méthodes](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022012410/616a5c6711a7b741a351a7fe/html5/thumbnails/76.jpg)
Exemple de fiche « méthode CND » relative aux
câbles
![Page 77: Les méthodes](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022012410/616a5c6711a7b741a351a7fe/html5/thumbnails/77.jpg)
Exemple de fiche « méthode CND » relative aux
câbles
![Page 78: Les méthodes](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022012410/616a5c6711a7b741a351a7fe/html5/thumbnails/78.jpg)
Exemple de fiche « méthode CND » relative aux
câbles
![Page 79: Les méthodes](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022012410/616a5c6711a7b741a351a7fe/html5/thumbnails/79.jpg)
Exemple de fiche « méthode CND » relative aux
câbles
![Page 80: Les méthodes](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022012410/616a5c6711a7b741a351a7fe/html5/thumbnails/80.jpg)
Exemple de fiche « méthode CND » relative aux
câbles
![Page 81: Les méthodes](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022012410/616a5c6711a7b741a351a7fe/html5/thumbnails/81.jpg)
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).