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Surveiller, diagnostiquer & renforcer les structures précontraintes Journée Technique Vendredi 25 septembre 2015 à l’Amphithéâtre de la SMABTP
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Surveiller,
diagnostiquer & renforcer
les structures précontraintes
Journée Technique
Vendredi 25 septembre 2015
à l’Amphithéâtre de la SMABTP
Etat de développement
Attentes raisonnables
Perspectives
Bernard Tonnoir - Lerm Setec
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Trois méthodes d’essai
pour l’évaluation
mécanique des ouvrages
en béton précontraint
Sommaire
La mesure de contrainte dans le béton par la méthode dite
« de libération »
La mesure de la tension des armatures de précontrainte par
essai à l’Arbalète
L’évaluation en place des caractéristiques d’inertie d’une
poutre par la courburemétrie
vendredi 25 septembre 2015Surveiller, diagnostiquer & renforcer les structures précontraintes
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La mesure de contrainte par la
méthode de libérationPrincipe de la mesure et application
vendredi 25 septembre 2015Surveiller, diagnostiquer & renforcer les structures précontraintes
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Principe de la mesure Application sur site
La mesure de contrainte par la
méthode de libération
Liées à la nature même du béton à tester
Retrait différentiel entre la peau et le cœur des pièces
=> déformations gênées => gradient de contrainte dans l’épaisseur
Hétérogénéités du matériau => aléas de distribution des contraintes
Dues aux conditions opératoires de l’entaille
Maîtrise du paramètre « température » lors du sciage à sec
Métrologiques
La coupure locale d’effort normal ne peut provoquer que des
perturbations « micrométriques » en surface de la pièce entaillée
(au maximum ± 15 µm/m/MPa)
Le dispositif de mesurage est très peu sensible à la contrainte
profonde (celle que l’on recherche), beaucoup plus aux contraintes
de surface (très perturbées par le retrait différentiel)
Les difficultés à surmonter
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La mesure de contrainte par la
méthode de libération
En s’appuyant sur un large dispositif de mesures de surface
(mais seulement « de surface »), réalisées pour plusieurs
profondeurs d’entaillage, l’objectif était de :
« Tracer le profil de contrainte dans l’épaisseur de la pièce
testée, depuis la surface jusqu’à 80 mm de profondeur »
Cet objectif n’a jamais pu être approché car il aurait nécessité
une précision de mesurage impossible à atteindre, compte
tenu des conditions opératoires de l’essai.
Un objectif initial trop ambitieux
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La mesure de contrainte par la
méthode de libérationDes ambitions désormais plus raisonnables
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La modélisation, de même que les mesures de laboratoire, ont montré
que l’effet perturbateur du retrait différentiel sur les pressions de
rétablissement mesurées, et donc la compression locale recherchée,
pouvait atteindre de 0 à 4 MPa (de traction).
Sur la base de considérations relatives au béton (qualité, âge) et à la
géométrie de la partie testée (épaisseur locale, rayon moyen de la
section …), la fourchette d’incertitude peut être réduite à l’amplitude
[-1;+1] MPa, voire [-0,5;+0,5] MPa pour les vieux bétons.
Toutefois … cette incertitude ne s’applique qu’à la contrainte locale
qui a été coupée lors de l’entaillage. A partir de là, il reste encore du
chemin à faire pour évaluer au mieux la précontrainte agissant sur la
poutre testée.
La mesure de la tension par essai à
l’Arbalète
Document de référence pour les mesures à l’Arbalète :
Guide Technique « Mesure de la tension des armatures de
précontrainte à l’aide de l’Arbalète »(Techniques et Méthodes des Laboratoire des Pont et Chaussées - Avril 2009)
Le guide spécifie notamment la nécessité de calibration de la
chaîne de mesure et les conditions de cette calibration.
Par ailleurs, au chapitre 7, sont données quelques indications sur
les calculs d’incertitude concernant les tensions évaluées.
Ce sont ces deux points qui seront davantage développés ci-après
sur un exemple.
L’assurance de la précision des résultats
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La mesure de la tension par essai à
l’ArbalètePrincipe de l’essai à l’Arbalète
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La mesure de la tension par essai à
l’ArbalèteUne Arbalète en action sur un ouvrage
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La mesure de la tension par essai à
l’ArbalèteLes composantes de l’effort de déviation F
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La mesure de la tension par essai à
l’Arbalète
Exemple d’un fil de diamètre 8 mm (élément d’un câble « 12f8 »)
qui serait testé à l’Arbalète à mi-portée d’un VIPP
Armature tendue, en 1968, à 62 kN (1240 MPa)
Tension finale à mi-portée, toutes pertes
déduites, évaluée à la même époque à 42 kN (- 32%)
En général, mesurée à +50 ans autour de 45 kN (OK !)
Seuil critique pour l’ouvrage (?) 40 kN (- 5%/NdC)
Exigence de précision (bien) inférieure à 2 kN
Les exigences de justesse et de précision
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La mesure de la tension par essai à
l’Arbalète
Pour le fil de 8 mm où il reste 42 kN, l’exploitation de la pente de la
courbe enregistrée sur site fournit une valeur par excès de la tension de
l’armature, soit, pour p = 0,95 kN, T = p/2l = …. 66 kN
A déduire les paramètres d’influence :
1. Les effets parasites de la flexion (et de la
surtension) causée(s) par l’essai à l’Arbalète - 20 kN
2. L’incidence du mode de pilotage de la machine
utilisée pour la calibration (ici pilotage « en force ») - 2 kN
3. La surtension provoquée par la « préparation »
de l’armature en vue de l’essai (écarteurs) - 2 kN
4. Ecarts imprévus entre les conditions de la
calibration et les essais sur site (géométrie, coulis) ± 0 kN
soit une tension évaluée « au plus juste » à 42 kN
De l’enregistrement de la courbe brute à
l’évaluation au plus juste de la tension
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éliminés par
l’essai de
calibration
prise en
compte de
termes
correctifs à
évaluer
La mesure de la tension par essai à
l’ArbalèteAssurer justesse et précision
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Calibration
machine de traction : étalonnage, type de pilotage
exactitude de la similitude des conditions d’essai (respect de lm
spécifié dans la procédure d’exécution)
Correctifs
de pilotage de la force (correctif de calibration)
de préparation pour l’essai (écarteur)
de différences géométriques éventuelles entre les conditions de
calibration et les conditions d’essai : distance entre écarteurs,
longueur de câble dégagée
de mauvaise qualité, voire d’absence de coulis
L’ordre de grandeur de chacun de ces correctifs est de ±1 à ±2 %
La mesure de la tension par essai à
l’ArbalèteAssurer justesse et précision
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Documents à établir et à référencer dans le rapport d’essais
PV d’étalonnage de la machine de traction
PV de calibration (type d’armature, type de machine, domaine de
validité en forces, conditions géométriques …)
Procédure interne d’évaluation des différents correctifs à apporter
aux résultats
Calculs d’incertitude
Incertitude sur les valeurs individuelles : difficile, même lorsque la
calibration est bien faite et tous les correctifs bien appliqués, de
descendre sous la valeur de 1 %
Incertitude sur la moyenne de l’échantillon, qui dépend de son
effectif, et au-delà, incertitude sur la population totale
L’évaluation des caractéristiques d’inertie
d’une poutre par courburemétrie
Définition et mesure de la courbure
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L’évaluation des caractéristiques d’inertie
d’une poutre par courburemétrie
Définition et mesure de la courbure
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L’évaluation des caractéristiques d’inertie
d’une poutre par courburemétrie
Quelques usages confirmés de la courburemétrie
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Alternative à la mesure des flèches lors d’une épreuve de chargement.
Le courburemètre est un instrument sensible et précis, aisément
déplaçable. Il peut être positionné sur les zones les plus sollicitées
lors des épreuves, à l/2 des travées en M+, comme sur appui en M-
Instrumentation d’un joint, ou d’une zone suspectée de décompression.
Dans cet usage, remplace notamment l’alignement vertical de 5 à 6
capteurs de déplacement dans la « mesure des moments de
décompression ». Au besoin, sa position peut être ajustée, ce qui n’est
pas possible pour une batterie de capteurs
Surveillance à long terme d’un ouvrage.
Détection d’un accident mécanique ou d’une dérive exagérée de la
précontrainte
L’évaluation des caractéristiques d’inertie
d’une poutre par courburemétrie
Applications de la courburemétrie
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Epreuves de chargement
d’un tablier du VIPP de
l’Yonne sur l’autoroute A6
Essais jusqu’à la rupture d’une poutre
préservée du viaduc de Merlebach
L’évaluation des caractéristiques d’inertie
d’une poutre par courburemétrie
Un échec et une nouvelle perspective
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Un objectif désormais abandonné
La mise en évidence du dépassement éventuel du seuil de
décompression à l/2 d’une poutre lors d’une épreuve de
chargement … ce qui aurait pu permettre de « remonter » à la
précontrainte résiduelle
Cet objectif est contrarié par la résistance à la traction du béton (et
l’adhérence des armatures actives). L’usage du courburemètre est
désormais réservé à l’instrumentation d’un joint identifié (fissure
franche ou joint de voussoir)
L’évaluation des caractéristiques d’inertie
d’une poutre par courburemétrie
Un échec et une nouvelle perspective
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Un objectif envisageable (faisabilité à tester)
Le courburemètre témoigne de la variation des rotations des
sections chevauchées, mais il est aussi influencé par le glissement
d’effort tranchant provoqué par une charge lourde présente sur
son emprise
Au voisinage de la mi-portée d’une poutre de VIPP, le déplacement
mesuré par le capteur du courburemètre est, pour plus de 90 %, dû
aux rotations de flexion.
Mais à proximité d’un appui, rotations de flexion et glissement
d’effort tranchant agissent sur le capteur dans des proportions
comparables
L’évaluation des caractéristiques d’inertie
d’une poutre par courburemétrie
Un échec et une nouvelle perspective
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Un objectif envisageable (faisabilité à tester)
Serait-ce donc une piste réaliste, pour évaluer objectivement :
l’insuffisance de la résistance à l’effort tranchant de
l’âme d’une poutre
voire même
l’efficacité d’un renforcement à l’effort tranchant
