Surveiller, diagnostiquer & renforcer les structures ...©cho et... · La problématique du...

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)

2

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

3

M. Grill Recherche de vides dans les gaines de précontrainte vendredi 25 septembre 2015

Introduction & problématique

4


Désordres recherchés

Absence de coulis

Vide

Pollution (Cl-)

Eau Corrosion

vendredi 25 septembre 2015 M. Grill Recherche de vides dans les gaines de précontrainte

5

Coulis

Alcalinité élevé

Atmosphère sèche

Protection

Techniques existantes

Gammagraphie Impact-écho

Endoscopie Tomographie Ultrasonore


Méthodes traditionnelles Méthodes acoustiques

6

Méthode 1

Impact-écho

7


Impact-écho : Généralités


8

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


9

Equations de base (1)


10

Cas d’une interface béton/air

Equations de base (2)


11

Cas d’une interface béton/acier

Steel plate

Equipement


12

Exemple d’une dalle


13

* Données In-Situ SA et Germann Instruments AS

Construction du spécimen


14

Gaine vide

8 armatures , diamètre 16 mm,

enrobage 40 mm Nid de graviers Gaine injectée

avec 10 torons

Réponse de la dalle sans gaine


15

Réponse de la dalle à 5.37 kHz, épaisseur solide de la dalle

Réponse de la gaine vide


16

Réponse d’une gaine vide à 19,5 kHz

+ décalage de la fréquence solide vers la gauche

Réponse de la gaine pleine


17

Réponse d’une gaine pleine à 9,3 kHz

+ fréquence solide de la dalle

Gaine partiellement vide


18

Réponse métallique des torons

+ décalage de la fréquence solide vers la gauche

Méthode 2

Tomographie Ultrasonore

19


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


20

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

21

400 mm

100 mm

400 mm

100 mm


Principe de propagation des ondes

Emission n°1

22



Emission n°2

23



Emissions et réceptions multiples

24



Détection d’un désordre

25


Equation de base

Localisation d’un désordre : d 1-4 = f(dt,C,dX)

26


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


27

Visualisation 3D des résultats

B-scan, C-scan, D-scan

28


Equations de base, cas des gaines


Impédance acoustique Coefficient de réflexion

29

|Rs| (air) > |Rs| (acier)

Ondes de cisaillement

Exemple d’une dalle


Procédure du test Résultats

Représentation 3D (unité mm)

30


Résultats

D-scan de la gaine vide

31


D-scan, de la gaine injectée

(Unité en mm)

Résultats

B-scan de la gaine vide

32


(Unité en mm)

Avancées technologiques récentes

Analyse de phase

Théorie des ondes de propagation

Automatisation et robot

33


Equations de base, analyse de phase


Impédance acoustique Coefficient de réflexion

34

Ondes de cisaillement

Rs (air) > 0 & Rs (acier) <0

* Données In-Situ SA et Germann instrument AS

Analyse de phase


35

Résultats d’un pont caisson


36

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


37

Automatisme


38


Structures de grandes dimensions


39

Limites des méthodes

40


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


41

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


42

Conclusions

43


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


45

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


46

Bibliographie (2)


47

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

Merci de votre attention …


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