L'AUSCULTATION DES AERODROMES

Ministère de l'Equipement, des Transports et du Tourisme. Direction Générale de l'Aviation Civile. Service Technique des Bases Aériennes

L'AUSCULTATIONDES AERODROMES

Méthodes françaisesd'évaluation de la portance

de la glissance et de l'unides chaussées d'aérodromes

Septembre 1994

Ministère de l'Equipement, des Transports et du Tourisme. Direction Générale de l'Aviation Civile. Service Technique des Bases Aériennes

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Le Service Technique des BasesAériennes (STBA) est un servicede l'administration française dé-pendant de la Direction Généralede l'Aviation Civile.

Il exerce en particulier le rôle d'in-génieur conseil au profit des admi-nistrations centrales des Transports(Service des Bases Aériennes), del'Armée de l'Air (Direction Centra-le de l'Infrastructure de l'Air) et del'Aéronautique Navale (DirectionCentrale des Travaux ImmobiliersMaritimes).Il est, sur leur demande, leconseiller et le bureau d'études desservices extérieurs de l'AviationCivile, des collectivités ou établis-sements créateurs ou gestionnairesd'aérodromes.

Le ServiceTechniquedes Bases

Aér iennes

Il exécute aussi des études et desconsultations à l'étranger dans lecadre essentiellement des activitésde Sofréavia, société exportatricedu savoir-faire français dans le do-maine aéroportuaire et dont les sta-tuts lui permettent de faire appelaux services techniques de laDGAC.

Compétent pour tout ce qui toucheles infrastructures civiles et mili-taires, le STBA mène l'essentiel dela recherche faite en France dansces domaines.

Le STBA apporte sa contribution àl'amélioration des méthodes utili-sées au niveau international(OACI) notamment sur la résistan-ce des chaussées et sur leur état desurface.

Répondre rapidement aux pro-blèmes posés, élaborer les solu-tions, assister les gestionnairesd'aérodromes, les compagnies aé-riennes et les industriels construc-teurs d'avions sont des objectifsconstants pour lesquels le STBAmet à disposition son expérience etson efficacité.

Sommaire

Ausculter...

Evaluation de la portance

La remorque de portance

Le matériel léger d'auscultationpour l'étranger et l'outre-mer

Les essais de portance

Evaluation de la glissanceL'IMAG

Evaluation de l'uniL'analyseur de profil en long

Références

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Ausculter...

Pour satisfaire ces besoins, leSTBA a conçu des méthodes et desmatériels spéciaux d’auscultationdes chaussées :- la remorque de portance (matérielSTBA) intervient pour en définir laportance,- l’IMAG (Instrument de MesureAutomatique de Glissance - brevetSTBA-Aéroports De Paris) mesurele coefficient de frottement longi-tudinal au titre de la glissance,- l’analyseur de profil en long (misau point par le Laboratoire Centraldes Ponts et Chaussées) contrôlel’uni du profil en long des pistes.

Le STBA dispose d’équipes spé-cialisées capables d’intervenir enmétropole et hors-métropole. Sonsavoir-faire lui permet égalementd’améliorer constamment ses ma-tériels de mesure pour les adapteraux exigences des gestionnaires,aux particularités des chaussées,aux contraintes du trafic. Facilité de transport, automatisa-tion, rendement et fiabilité sont lesprincipales qualités vers lesquellesont tendu ses efforts de conception.

Ausculter...

Le gestionnaire peut provoquerune auscultation de ses chausséesaéronautiques :- pour réactualiser les charges ad-missibles ou PCN (portance),- pour définir des travaux de ren-forcement ou d’allongement (por-tance, uni),- pour contrôler la qualité d’unchantier (portance, uni, glissance),

Gérer son patrimoine :Ausculter ses chaussées

Les chaussées aéronautiques(pistes, voies de circulation, airesde stationnement) constituent unepart importante des infrastructuresopérationnelles d’un aérodrome.

Afin de préserver et d’utiliser aumieux son patrimoine de chausséesaéronautiques, le gestionnaire d’unaérodrome doit :- connaître leur capacité portantepour les adapter à l’évolution dutrafic en entreprenant en tempsvoulu les travaux nécessaires,- contrôler les caractéristiques anti-dérapantes et la qualité du profil enlong des pistes d’envol pour préve-nir tout accident.

aérienne et sont dotées des moyensradio indispensables à la sécuritédes aéronefs sur les plates-formesaéronautiques.Ces matériels peuvent libérer lapiste en moins de 20 minutes.

- si une compagnie aérienne sou-haite mettre en service un avionplus contraignant (portance),- si les chaussées présentent dessignes de fatigue (portance, uni),- si le climat les a soumises à rudeépreuve : gel, forte chaleur, inon-dation... (portance, uni),- suite à des plaintes de pilotes :piste glissante par temps de pluie,vibrations des avions... (glissance,uni).

A moindre coût

Le coût d’une auscultation est trèsvariable : il dépend de la nature del’intervention, du lieu (France mé-tropolitaine, outre-mer, étranger),du site, du type des chaussées(souples ou rigides), des sujétionsdues au trafic, etc.Dans tous les cas, l’auscultation nereprésente qu’un faible pourcenta-ge du coût total d’entretien ou deremise en état des chaussées maissurtout permet de fournir au ges-tionnaire des indications précisessur le montant et l’échéance opti-male des travaux : le coût d’uneauscultation est toujours largementrentabilisé.

Avec de faibles contraintes

Intervenir sur un aérodrome posetoujours des problèmes de gêne etde sécurité pour le trafic.Les matériels décrits dans ce docu-ment servent à réaliser des essaisnon destructifs. Les équipes spé-cialisées du STBA sont habituéesaux procédures de la navigation 5

Le STBA a mis au point une mé-thode d’évaluation de la portance(décrite dans le Manuel deConception des Aérodromes del’OACI, 3e partie - Chaussées).Cette méthode fait appel à des ma-tériels différents pour la métropoleet l’outre-mer ou l'étranger. Ellecomporte, en général, pour un aé-rodrome moyen, les étapes sui-vantes :

Etude préliminaire

- étude du site et du climat (hydro-métrie, possibilité de gel ou deforte chaleur, etc.),- inspection du système de draina-ge,- classement des chaussées enzones homogènes en structuresd’après l’historique des ouvrages

Evaluationde la portance

(étude des archives techniques del’aérodrome),- classement des chaussées enzones homogènes en état de surfa-ce d’après le relevé des dégrada-tions.

On peut alors faire intervenir lesappareils de mesure à grand rende-ment.Selon l’importance des installa-tions, l’auscultation complète durede 2 à 3 semaines. Elle comprend :- des essais non destructifs de char-gements de plaque (essais ponc-tuels) (photo 1),- le classement des chaussées enzones homogènes en comporte-ment.

On attribue à chaque zone homo-gène une charge admissible “RoueSimple Isolée”. Le calcul descharges sous jumelage et boggie etla détermination du PCN (Pave-ment Classification Number) né-cessitent une connaissance exactedes structures de chaussée et descaractéristiques du sol de fondationque l’historique des ouvrages nedonne pas en général. Toutefois,lorsque les travaux ont été récem-ment effectués et suivis avec ri-gueur on peut se contenter de cette“auscultation partielle”. L’auscul-tation complète comprend de plus :- des essais complémentaires dechargement de plaque,- la réalisation de sondages(photo 2) de 1,5 m2 de section auxpoints représentatifs des zones ho-mogènes (environ 6 sondages parpiste),6

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- et le contrôle des caractéristiquesgéotechniques des couches dechaussées et du sol de fondation(essais in situ, CBR ou module deréaction, et en laboratoire, suréchantillons intacts ou remaniés).

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L’appareil est destiné à l’ausculta-tion des chaussées aéronautiques.La portance d’une chaussée estévaluée pour une roue simple paranalogie avec son comportementsous chargements répétés d’uneplaque.La charge de service d’une chaus-sée est la charge admissible pourun trafic de référence de 10 mou-vements par jour pendant 10 ans.Ces 36 500 mouvements corres-pondent à peu près à 10 000 appli-cations de charges en un pointcompte-tenu de la dispersion despassages d'atterrisseurs sur la lar-geur de la piste.Les points d’essais sont réaliséstous les 50 m en quinconce, à 4 menviron de l’axe de cheminementdes avions (exemple axe de piste).

La remorquede portance

Description

La remorque de portance com-prend :- un véhicule tracteur de 220 KW,- une cabine laboratoire équipée demicro-ordinateurs permettant le pi-lotage automatique des essais, lasaisie, le prétraitement et l’enre-gistrement des mesures,- une remorque de 200 KN respec-tant les normes routières françaises(charge par essieu et dimensions)et comprenant :- une citerne de 40m3 permettant

de disposer d’un massif de réactionde 600 KN,- un vérin hydraulique, un capteurd’efforts et une plaque de 42 cm ou65 cm de diamètre placés sous soncentre de gravité,- quatre vérins d’angle abaisséspendant les essais,- un groupe électrogène de 16kVA,- une poutre de référence de 10 mde portée en alliage métalliqueléger,- des capteurs de déformation ver-ticale et d’élongation horizontale,précis respectivement au centièmeet au millième de mm.

Performances

Chaque essai dure environ 30 mi-nutes. La mise en oeuvre du dispo-sitif d’essai ou son démontagepour les déplacements routiers né-cessite 2 heures.La remorque peut libérer une pisted’aviation avec un préavis demoins de 20 minutes.8

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Ce matériel peut réaliser plus de5 000 cycles chargement-décharge-ment consécutifs.La remorque fonctionne avec untechnicien opérateur et un chauf-feur opérateur.

Matériel à trouver sur place

- engin lourd (300 à 500 KN) pourservir de massif de réaction(exemple : grue, camion pétrolier,véhicule incendie, porte-chars)- véhicule utilitaire.

Transport

Le matériel apporté par le STBAloge dans six caisses, transpor-tables par voie aérienne ou mariti-me, d’un poids total de 15 KNpour un volume total de 5 m3 envi-ron.

Personnel

L’auscultation des chaussées dansles pays étrangers et outre-mer né-cessite quatre techniciens duSTBA et trois ou quatre personneslocales, deux chauffeurs et un opé-rateur non qualifié.

L’évaluation de la portance d’unaérodrome situé outre-mer ou àl’étranger reste basée sur les essaisde chargements de plaque.Les modalités d’exécution de cesessais sont différentes. Un équipe-ment de mesure apporté par leSTBA est complété par du maté-riel courant trouvé localement.

Matériel apporté par le STBA

- pompe hydraulique et vérin- groupe électrogène de 1 kVA depuissance- plaque d’essai- poutre servant de référence pourla mesure des déformations

- instruments électroniques de mesureet d’enregistrement :- capteurs d’efforts et de déformations- système d'acquisition des mesures- imprimante- table traçante.

Le matériel léger d'auscultation

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Chaussées souples et semi-ri-gides

Principe de l’essaiL’essai consiste à tester le com-plexe sol/chaussée à la fatigue souschargement répété.

Mode opératoireLa chaussée est soumise à 10cycles de chargement-décharge-ment.

Les essaisde portance

Chaque cycle est programmé etcontrôlé par micro-processeur(photo 1). Il comprend :- la mise en charge à vitesseconstante, en général 20 KN/s,- un palier à charge d’essai pendant10 s,- le déchargement rapide,- un palier à effort nul pendant10 s.

Les déformations verticales sontmesurées par des capteurs disposésl’un au travers de la plaque, lesautres à des distances de 30, 60 et90 cm de son bord (photo 2). Ellessont enregistrées graphiquement etnumériquement.

Exploitation des mesures

Les tassements résiduels en fin decycle, sous la plaque, sont extrapo-lés à 10 000 cycles pour chaquecharge, suivant une loi logarith-mique expérimentale de la forme :y = a + b log n, où y est le tasse-ment résiduel au bout d’un nombren de cycles, et a + b des coeffi-cients définissant la loi d’évolutiondes tassements de la chaussée.

La charge de service de la chaus-sée est alors celle qui produit après10 000 applications un tassementrésiduel admissible choisi selon letype de chaussée et la forme de lacourbe : tassement = f (charge ré-pétée 10 000 fois). Ce tassementmaximal est en général de l’ordrede 5 mm pour une chausséesouple.

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Chaussées rigides

Principe de l’essaiL’essai consiste à déterminer lacharge qui produit, dans le béton,la contrainte de traction admis-sible. On obtient ainsi la charge deservice.

Mode opératoireLa partie la plus sensible de ladalle est en général en coin dedalle. La contrainte maximale detraction est alors obtenue sur labissectrice de l’angle.La dalle est soumise à des cyclesde chargement-déchargementcroissants, tendant vers la chargeadmissible.Les élongations horizontales sontmesurées par cinq jauges disposées

de 30 cm en 30 cm à partir du bordde la plaque (photo 3).Quatre capteurs de déformationsverticales sont placés au droit ducoin de la dalle chargée et des troiscoins de dalles adjacents et per-mettent d’apprécier la déformabili-té de la dalle et les transferts decharges.

Exploitation des mesures

Les mesures d’élongations enfonction des charges sont interpo-lées après enregistrement et traite-ment.La charge de service est détermi-née en fonction du critère le pluspénalisant entre les déformationsverticales et l’élongation horizon-tale.

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L’IMAG

L’Instrument de Mesure Automa-tique de Glissance - IMAG - (bre-vet STBA/Aéroports De Paris) estdestiné à la mesure des caractéris-tiques de frottement des chausséesaéronautiques.L’essai consiste à mesurer le coef-

Evaluationde la glissance

L'IMAGficient de frottement longitudinal(CFL).Ce dernier permet d’estimer lesperformances de freinage desavions sur piste mouillée avec1 mm d’eau.

Description

L’IMAG se présente sous la formed'une remorque tractée constituée :

-d'un châssis à 2 roues porteusessupportant :- un bras de mesure articulé équi-pé d'une roue de mesure,- une roue de référence de vitesse(et mesure de distance),- un module électronique et unmicro-ordinateur permettant lecontrôle du processus d’essais,l’acquisition, le traitement, l’enre-gistrement et la restitution instan-tanée des mesures,- un système électronique intégréde contrôle du système hydrau-lique de freinage de la roue demesure,

- d'un véhicule tracteur (vitesse demesure jusqu’à 130 km/h),

- des équipement optionnels :- système de mouillage automa-tique,- module de transmission desmesures en temps réel à la tour decontrôle par voie hertzienne.

Mode opératoire :Le procédé de mesure consiste àfreiner la roue de mesure afin delui imposer un taux de glissementconstant, à vitesse stabilisée du vé-hicule tracteur.12 ph

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l Le dispositif de freinage hydrau-lique confère à l’IMAG une maîtri-se parfaite des paramètres d’essais.l La conception géométrique del’appareil permet des mesures envirage sans affecter leur fiabilité nileur précision.lPour des essais expérimentaux surchaussée humide, le véhicule-trac-teur est équipé d’un système demouillage qui peut assurer unmouillage jusqu’à 1 mm d’épais-seur sous la roue de mesure (auto-nomie de 5 000 m).l Les programmes informatiquesd’exploitation de cet appareil per-mettent une adaptation très simpleà toutes les configurations aéropor-tuaires (nombre, orientation, lon-gueur de pistes, etc.).

La mesure en continu du couple defreinage et de la charge appliquée àla roue de mesure permet uneconversion automatique en coeffi-cient de frottement.Dans le cadre d’une surveillanceprogrammée de la glissance, unfilm d’eau d’épaisseur constanteest répandu devant la roue de me-sure, à l’aide d’un système demouillage asservi à la vitesse duvéhicule tracteur.L’appareil est également utilisable,sans ce dernier dispositif, pour lamesure en temps réel du CFL surpiste contaminée.

Performances :lLes mesures de l’IMAG sont peucoûteuses et fournissent des résul-tats immédiatement exploitablespar la navigation aérienne.lLe contrôle instantané du systèmede freinage permet d’initier oud’interrompre l’acquisition desmesures, sans relevage de la rouede mesure.

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L’analyseur de profil en long

L’appareil est destiné à l’étude del’uni des pistes en liaison avec leconfort et la sécurité des aéronefset les techniques de mise en œuvredes matériaux.Il a été conçu et est mis en oeuvrepar le Laboratoire Central desPonts et Chaussées (LCPC).Le principe de l’essai consiste àrelever puis analyser plusieursprofils en long de manière à carac-tériser et localiser les défautsd’uni.

Description

L’APL 72 utilisé sur piste comporte :- un véhicule tracteur : Citroën XMBreak,

Evaluationde l'uni

L'analyseurde profilen long

- deux remorques APL intégrantles systèmes de captage des irré-gularités de surface,- un système d’enregistrementdes informations provenant desremorques APL, de la vitesse etde la distance.

Exploitation des mesures

Les mesures sont exploi téessous 2 formes :- en note d’uni, qui consiste àcalculer par tronçon de 200 m,trois notes de qualité d’uni (de 1à 10) après filtrage du signalprofi l dans 3 bandes de lon-gueurs d’ondes (1 à 3,3 m, 3,3 à13 m, 13 à 40 m), puis calculd’énergie dans chaque bande.L’exploitation en notes permetune interprétation générale desmesures d’uni.- en sor t ie graphique, quiconsiste à visualiser sur papierle signal profil qui contient lescomposantes de 0,70 m à 70 mde longueur d’onde du profil enlong, de façon à permettre uneappréciation détaillée des dé-fauts d’uni et une applicationdirecte au choix des travaux.On notera que le signal APL 72se prê te b ien à d iverses re-cherches : analyse spectrale ouintroduction dans des dispositifsde simulation ou dans des mo-dèles mathématiques.

Performances

- la vitesse de mesure est de 72km/h,14

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- l’APL 72 ausculte une piste en 2heures mais peut dégager la pisteen moins de 3 minutes, si le traficaérien l’exige.

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Interventions duSTBA

outre-mer et àl'étranger

MAROCTANGERRABAT AGADIR MARRAKECHCASABLANCA FES MEKNES KENITRA

Papeete

Hao

Mururoa

Cap Haïtien

Pointe-à-Pitre

Fort-de-France

Cayenne Cotonou

KinshasaSt Denis

Bujumbura

Kigali

Djibouti

St Pierre

Bâle

Berlin

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Ces cinq dernières années, le Ser-vice Technique des Bases Aé-riennes a réalisé au total :

- 33 interventions pour l’évalua-tion de la portance en France Mé-tropolitaine :Ajaccio. Aix-les Milles. Avignon.Avord. Belfort. Bordeaux. Cam-brai. Clermont-Ferrand. Colmar.Cuers. Creil. Dijon. Figari.Hyères. Istres. Lille. Luxeuil.Mont-de-Marsan. Metz. Nancy.Nice. Nîmes. Orange. Périgueux.Perpignan. Propriano. Saint-Di-zier. Saint-Nazaire. Solenzara.Toul. Toulouse. Tours. Villacou-blay.

- 9 interventions pour l’évaluationde la glissance :Carcassonne. Colmar. Istres. Lyon.Marseille. Metz. Paris (Orly etRoissy). Toulouse.

Pour tous renseignements sur lesauscultations, adressez-vous :Pour la France SERVICE TECHNIQUE DESBASES AERIENNES31, avenue du Maréchal Leclerc94381 BONNEUIL SUR MARNE CEDEXTél : 49.56.80.00 Fax : 49 56 82 19Télex : 262 481 F

Pour l’étrangerSOFREAVIA3, carrefour de Weiden BP592130 ISSY LES MOULINEAUX Tél : 41.23.46.00 Télex : 634 328

Références

Nouméa

Wallis

Surabaya

DIRECTION GENERALE DE L'AVIATION CIVILESERVICE TECHNIQUE DES BASES AERIENNES

31 avenue du Maréchal Leclerc94381 BONNEUIL-SUR-MARNE CEDEX

Tél. 49 56 80 00 - Fax 49 56 82 19