La mise sous haute surveillance du pont Neuf de Foix

R E S U M E

Le pont Neuf de Foix construit en 1962 permet à la route départementale 117 de franchir l'Ariège. À partir de 1995, il a dû sup­porter le trafic de la route nationale 20 pour une durée de cinq ans, le problème de s a sécurité s'est alors posé. Après investiga­tions, il est apparu qu'un risque de rupture de poutres par effort tranchant lié à la rupture de fils des câbles de précontrainte pouvait se produire.

Il a donc été décidé d'installer sur l 'ouvrage un système de survei l lance acoust ique per­mettant de détecter en temps réel les rup­tures de fils.

Parallèlement, un dispositif de veille perma­nente a été créé, destiné à assurer la ferme­ture de l'ouvrage dans les plus brefs délais si un nombre jugé critique de ruptures de fils sur un même about de poutre se produisait. L 'ensemble fonctionne de façon satisfaisante depuis deux ans.

M O T S CLÉS : 67-53 - Pont - France -Surveillance acoustique - Détection - Rupture -Fil - Altération (gén.) - Équipement - Alerte -Sécurité.

Jean-Louis ROBERT Assistant

Chef de la section Essais et contrôles Division Métaux, armatures et câbles pour ouvrages d'art

Laboratoire central des Ponts et Chaussées

Maurice COURT Chargé de mission

Service Infrastructure Direction départementale de l'Équipement de l'Ariège

Nhon VO DINH Responsable de la gestion des ouvrages d'art

Service Infrastructure Direction départementale de l'Équipement de l'Ariège

Bruno GODART Ingénieur divisionnaire des Travaux publics de l'État

Chef de la division Focntionnement et durabilité des ouvrages d'art

Laboratoire central des Ponts et Chaussées

Présentation générale de l'ouvrage Le pont Neuf de Foix a été construit pendant les années

1962-1963. Il permet à la route départementale 117 de

franchir l 'Ariège dans la ville de Foix (fig. 1) et supporte

actuellement le trafic de la route nationale 20 dans le sens

nord-sud (Toulouse-Andorre), soit environ 17 500 véh/j et

le double en période estivale.

" ^ R N 20 Toulouse

RD 117 Foix (centre)

RN 20 Andorre

Fig. 1 - Le pont Neuf de Foix sur lAriège, viaduc indépendant à poutres précontraintes sous haute surveillance.

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Fig. 2 • Schéma du tablier

du pont Neuf de Foix.

Carrefour R N 20

Centre ville

Ce pont a une longueur de 36,80 m, une largeur de 15,60 m et un biais de 69,10 grades. Son tablier a une structure de type V I P P (viaduc indépendant à poutres précontraintes), et comporte cinq poutres précontraintes par post-tension de 2,18 m de hau­teur et espacées de 3,12 m ; i l possède également cinq entretoises biaises dont deux d'about. Cet ouvrage a la particularité d 'être bordé de chaque côté par un bandeau de hauteur variable, appuyé sur les culées et liaisonné aux extrémités de chaque entretoise (fig. 2).

Chaque poutre est précontrainte par douze câbles constitués de sept torons de sept fils de 3,6 m ; chaque câble a une section de 500 m m 2 , une force à la rupture garantie de 960 k N et une force maximale sous l'ancrage de 825 k N . Sur les douze câbles, cinq sont ancrés aux extrémités de la poutre et sept sont relevés et ancrés en table supérieure. Les cinq entretoises et les deux ban­deaux sont également précontraints. L a dalle, qui a une épaisseur de 0,16 m, ne comporte pas d'aciers passifs de continuité transversale, mais possède, en revanche, une précontrainte transver­sale à raison d'un câble F 0 2 (quatre torons de sept fils de 3 mm) tous les 0,80 mètres.

Pathologie présentée par l'ouvrage Les désordres externes constatés sont peu impor­tants, mais la présence de ces quelques défauts, conjuguée à la période de construction de ce pont, ont incité le gestionnaire à poursuivre des investigations.

Les principaux défauts sont les suivants : fissuration longitudinale des talons ;

3 - présence de stalactites actives ;

>- fissure sur trois des extrémités des bandeaux ; » - aucune fissuration caractéristique de flexion ou d'effort tranchant.

De nombreuses investigations et études ont été réalisées entre 1993 et 1995 à l 'initiative des ser­vices du département ou de l 'État qui souhaitait y faire passer le trafic de la route nationale 20 :

>> le contrôle gammagraphique effectué par le Laboratoire régional des Ponts et Chaussées ( L R P C ) de Blois a conclu à des défauts dans l'injection des gaines (aucune ne présente un remplissage correct) et à une absence totale de coulis au niveau des ancrages ; >- deux reconnaissances endoscopiques ont été réalisées par le L R P C de Toulouse ; >- le calcul de l'ouvrage a été effectué à deux reprises par Europe Études Gecti et un essai de chargement a été réalisé. Ces études ont conduit à réduire la largeur du pont pour ne permettre qu'une seule voie poids lourds.

Contexte de la mise sous haute surveillance Compte tenu de la faiblesse du ferraillage passif existant dans ce type d'ouvrage, c'est essentiel­lement la précontrainte qui participe à la reprise des efforts tranchants. Les câbles de précon­trainte étant peu ou mal protégés, en particulier à proximité des ancrages, les risques de rupture de câbles par corrosion au voisinage des ancrages sont importants. Il existe donc un risque de rup­ture fragile des poutres par effort tranchant et, dans la mesure où i l n 'y a pas de solution écono­miquement satisfaisante de confortement de l'ouvrage, ce dernier est condamné et doit donc être remplacé à plus ou moins long terme.

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L a Direction départementale de l 'Équipement (DDE) avait prévu, au début de 1995, de faire passer le trafic de la route nationale 20 sur l'ouvrage ; i l convenait donc d'examiner les décisions à prendre sachant que la réalisation du giratoire (fig. 1) avait été envisagée pour améliorer la fluidité du trafic dans la traversée de Foix, en attendant la construction de la déviation dont la mise en service interviendra en l 'an 2000. L a question posée était donc de savoir s ' i l était possible ou non d'exploiter cet ouvrage et dans quelles conditions ju squ ' à cette échéance. U n comité technique, présidé par M . Bois de l'Inspection générale des Ouvrages d'art, a été institué pour donner un avis sur ce point.

L a Divis ion des Ouvrages d'art du Centre d 'é tudes techniques de l 'Équipement ( C E T E ) du Sud-Ouest a effectué des calculs pour le comité technique. Ces calculs montrent que, pour une exploitation à deux voies (largeur de la chaussée de 8 m), l'ouvrage avec une précontrainte intègre reste réglementaire vis-à-vis des contraintes de cisaillement à l 'état limite de service (ELS) , mais que l'insuffisance d'étriers passifs n'assure pas de comportement ductile de la structure en cas de rupture due à l'effort tranchant. De plus, dans cette configuration, la rupture d'un câble dans une poutre conduit à la ruine de celle-ci par effort tranchant. Pour une exploitation à une voie centrée (largeur de chaussée de 4,90 m), l 'ou­vrage avec une précontrainte intègre est régle­mentaire vis-à-vis des contraintes de cisaillement à T E L S , mais la ductilité en cas de rupture par effort tranchant n'est pas assurée par les étriers passifs. Cependant, dans cette configuration, les calculs montrent que la rupture d'un câble dans une poutre ne conduit qu ' à un faible dépasse­ment des limites réglementaires de cisaillement à T E L S , en restant largement en deçà des critères de rupture.

L a rupture de deux câbles situe le cisaillement entre la limite réglementaire et le critère de rupture, et la rupture de trois câbles peut faire atteindre le niveau de cisaillement de rupture. Le comité technique a donc estimé que l 'ou­vrage pouvait être exploité avec une chaussée à deux voies centrée sur le tablier, sous réserve que soit mis en place un dispositif de haute surveillance permettant de détecter en temps réel la rupture des aciers de précontrainte, en distinguant la rupture d'un f i l seul de la rup­ture d'un toron, pour pouvoir déclencher des alertes ou des alarmes aboutissant à la ferme­ture de l'ouvrage sans délais dans les situations suivantes :

>- rupture d'un toron, >• rupture d'un huit ième f i l à l 'un des abouts de poutre.

Moyens mis en œ u v r e pour assurer la haute surveillance Pour assurer la mise sous haute surveillance du pont Neuf de Foix, i l a été décidé d'utiliser un moyen de surveillance permettant de distinguer la rupture d'un f i l seul de la rupture d'un toron. Ce moyen est la surveillance acoustique, qui a été mise au point au L C P C et a déjà été employée pour surveiller les câbles de plusieurs ponts suspendus et pour surveiller un pont en béton précontraint.

• Le principe de ce système de surveillance acoustique est le suivant.

Toute rupture engendre à l'instant où elle se pro­duit des ondes élastiques transitoires qui se pro­pagent dans les câbles et le béton. Des capteurs répartis sur l ' âme des poutres détectent ces ondes et l'analyse des signaux qu'ils délivrent permet de localiser l 'origine des ondes et d'es­timer approximativement l 'énergie libérée par une mesure d'amplitude.

L'appareillage installé comporte : >- une armoire de gestion, qui enregistre et ana­lyse les signaux des capteurs. El le teste, en outre, automatiquement leur bon fonctionnement toutes les 24 heures ; >• une série de capteurs répartis aux endroits criti­ques sur l'ouvrage à surveiller (dans le cas présent, les sections les plus dangereuses étaient situées, pour chaque poutre, à environ 3 m de la culée).

Pour chaque onde détectée, les mesures sui­vantes sont systématiquement effectuées :

>- différences des temps d 'arr ivée des ondes aux différents capteurs ; * - amplitude crête de la première alternance ; >> amplitude maximale du signal.

L'armoire de gestion calcule alors la vitesse de pro­pagation et localise l 'origine des ondes détectées.

Toutes ces informations sont stockées sur une mémoire de masse et immédiatement imprimées.

L'armoire de gestion est commandée à distance à partir d'un micro-ordinateur par une liaison modem et émet automatiquement un message d'alerte vers un centre de surveillance, lorsque les ondes détectées peuvent provenir d'une rupture.

Les critères de sélection sont :

>~ la vitesse de propagation des ondes, >- le nombre de capteurs atteints, * - l'amplitude crête du signal.

L a valeur de ces critères peut varier d'un ouvrage à l'autre selon les conditions de propa­gation des ondes. Pour le pont Neuf de Foix, ils ont été définis ainsi :

>- vitesse de propagation comprise entre 3 600 et 6 000 mètres par seconde ;

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F/g. 3 -Implantation

des capteurs de surveillance

acoustique. Poutre 5 1 9

Poutre 4

Aval

A \

20

Rive gauche Poutre 3 1 g,

Poutre 2 0 4

Poutre 1

23

,13 3 14 3,5 15 ^ 19,5 \ 1

9 \ 19,5 \ 1 0

25 3 26 3,9 27 \ 19,3 \ 28 4 2 9 4 3 0

21 \ \ 22

Capteurs Cotes en mètre

7 4 8 4 9 \ 19,5 \ 1 0 4 11 4 12

4 4 \ 19,15 \ 3,7 3

6 4 17 4 18 0,5 Rive droite

2,05

Amont

»> au moins trois capteurs consécutifs atteints ; >- amplitude crête du signal supérieur à 8 g.

Le capteur comporte un accéléromètre associé à une électronique permettant les mesures de temps et d'amplitudes et leur transmission à l'armoire de gestion sous forme numérique v ia un bus.

• Installation du système de surveillance sur le pont Neuf (fig. 3)

Les abouts de chacune des cinq poutres ont été équipés de trois capteurs fixés en ligne sur les âmes des poutres tous les 4 m. L'ensemble de l'ouvrage est donc surveillé en permanence par trente capteurs reliés à une armoire de gestion située près de la culée rive gauche.

L'ouvrage a également été équipé d'un dispositif permettant de surveiller l 'évolution des fissures des deux bandeaux. Ce dispositif ne rentre pas dans l'organisation technique de l'alerte, nous n'en parlerons donc pas ic i .

Organisation de l'alerte et de l'intervention L a surveillance du pont Neuf de Foix et le dispo­sitif d'alerte et d'intervention ont fait l'objet de l 'é laborat ion d'un plan de surveillance, qui a été approuvé par un arrêté préfectoral le 20 mai 1995.

Le plan d ' alerte est schématisé sur la figure 4. Il est adapté aux contraintes imposées pour assurer la sécurité de la circulation sur le pont, à savoir pou­voir fermer le pont dans les plus brefs délais en cas de rupture d'un toron ou d'un huit ième f i l à l'about d'une poutre. Cec i impose un dispositif de surveil­lance permanent et fiable et une capacité à décider

et à intervenir très rapidement, d 'où la mobilisa­tion de plusieurs partenaires dans l'organisation de la surveillance et de l'alerte. Les principaux parte­naires sont les suivants.

• Direction départementale de l 'Équipement de l 'Ariège

Cet organisme est responsable du dispositif de surveillance et d'alerte. Son rôle est le suivant : >- le cadre de permanence à la D D E doit pouvoir être joint 24 h/24 h pour prendre connaissance des informations délivrées par le micro-ordinateur implanté au Centre opérationnel du service dépar­temental d'incendie et de secours (CODIS) et prendre la décision de fermeture du pont, si cela est indispensable ; s* la Subdivision de l 'Équipement de Foix est mobilisée, si nécessaire, pour gérer les pro­blèmes de circulation et de trafic.

• Service départemental d'incendie et de secours (SDIS)

U n micro-ordinateur relié à l'armoire technique du pont Neuf est installé au Centre opérationnel permanent du SDIS. I l déclenche l'alerte et fournit les informations suivantes : * • localisation de la rupture ; >- amplitude acoustique permettant de déter­miner s ' i l s'agit d'une rupture de f i l ou de toron ; >~ vitesse de propagation de l'onde.

Le SDIS assure l'interface entre l'armoire tech­nique du pont Neuf qui enregistre les événe­ments et le cadre de la D D E qui prend les déci­sions nécessaires. E n cas d'absence de réponse du cadre de permanence de la D D E dans un délai de 10 min, la permanence du SDIS informe la permanence préfectorale.

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Fig. 4 -Organigramme décisionnel pour la surveillance.

Armoire technique

Centre opérationnel départemental d'incendie

et de secours CODIS 09

Sous-préfet de permanence

SNCF Foix + Régie des eaux

Maire de Foix + Président du

Conseil général

Cadre DDE de permanence

Cadre DDE de permanence

Subdivisions DDE de Pamiers,

Mirepoix et Lavelanet

Fermeture du pont Organisation du trafic urbain

Si nécessaire, déviation du trafic de transit

Fig. 5 -Ruptures observées depuis la mise sous surveillance acoustique du pont Neuf de Foix (position et date).

(R7) 15,50 m-30/03/96

36,60 m

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• Commissariat de police de Foix

Il dispose lui aussi, en secours, d'un micro-ordinateur identique à celui du SDIS. Il reçoit les mêmes informations. A la demande du cadre de perma­nence de la D D E , i l est chargé d'assurer, si cela est indispensable, la fermeture du pont sans délai, ce qui peut être fait dans les 5 minutes qui suivent l 'appel.

Bilan de la surveillance Le dispositif de surveillance et d'alerte est opéra­tionnel depuis le 20 mai 1995. Depuis cette date, dix ruptures de f i l ont été enregistrées (fig. 5). Dans un premier temps, le seuil d'alerte a été situé relativement haut pour caler le dispositif. Les trois premières ruptures ont été détectées par le L C P C . Les dernières ruptures enregistrées dans les abouts de poutre ont montré un bon fonctionnement du dispositif en dépit des heures de ces alertes en milieu de nuit (23 h 47 et 1 h 47). Enfin, on peut noter que, depuis deux ans, quatre ruptures de f i l ont été enregistrées au m ê m e about de poutre.

• Les principaux problèmes que pose ce sys­tème de surveillance sont les suivants.

• Contraintes fortes pour le cadre de perma­nence de la DDE qui doit être en mesure de réagir 24 h/24 h. Par contre, l 'utilisation d'un service d'urgence comme le SDIS est un gage de fiabilité du dispositif.

• Fiabilité technique : les plus gros problèmes rencontrés durant la première année sont d'ordre technique, notamment pendant les quatre pre­miers mois : — problèmes de communication, — panne de capteur, — alimentation électrique coupée.

• U n ensemble de dispositifs de sécurité ont été mis en place pour pallier ces différentes pannes.

• Doublement de la ligne de communication par implantation d'un second micro-ordinateur au commissariat de police.

• Recablage des capteurs du pont pour per­mettre d'isoler un about de poutre, lorsqu'un capteur est en panne.

• Mise en place d'un onduleur et système d'alerte téléphonique en cas de coupure d 'é lec­tricité.

Conclusions Le dispositif de surveillance et d'alerte mis en place au pont Neuf de Foix est original et unique, bien qu ' i l utilise une technique acoustique déjà éprouvée dans d'autres cadres de surveillance d'ouvrages d'art.

Le fonctionnement technique est relativement complexe et a nécessité une période de rodage avant d'atteindre une fiabilité qui paraît désor­mais satisfaisante. C'est la D D E qui assure la maintenance générale. Des essais réguliers sont effectués au moins une fois par mois pour tester le matériel .

En termes d'organisation, la contrainte est relati­vement forte. Le cadre de permanence de la D D E doit être en mesure de prendre une décision de fermeture du pont 24 h/24 h, sa mobilisation doit être constante et ne pas s 'émousser dans le temps.

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

COURT M., GREZES B., LOSSET P. (1996), Surveillance des ouvrages et des sites : pont Neuf de Foix, Ouvrages d'art, Bulletin de liaison du SETRA, 25, novembre.

ROBERT J.-L., BRUHAT D., GERVAIS P., LALOUX R., RUMIANO N., DESMAS M. (1990), Surveillance acoustique des câbles, Bulletin de liaison des Laboratoires des Ponts et Chaussées, 169, sept.-oct., pp. 71-78.

ROBERT J.-L., LE BARS G. (1997), Surveillance acoustique des câbles - Méthodologie et appareillage, Congrès COFREND, Essais non destructifs, Nantes, 22 sept., pp. 21-25.

A B S T R A C T

Close monitoring of the Pont Neuf In Foix

L. ROBERT - M. COURT - N. VO DINH - B. GODART

The Pont Neuf in Foix was constructed in 1962 and takes the D117 Department Road over the river Arriege. From 1995 it also began to carry the traffic from the RN 20 Trunk Road for a five year period, which raised the question of its safety. Inspection revealed there could be a risk of beams falling as a result of shearing stresses induced by the breakage of wires in prestressing cables.

It was therefore decided to install an acoustic surveillance system on the bridge In order to detect wire breakages in real time.

A permanent monitoring system was also set up In order to close the bridge to traffic as rapidly as possible if the number of wire breakages on a given beam butt exceeded a critical threshold. The entire setup has been operating satisfactorily for two years.

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