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1 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Michaël BROUTIN Chef du programme Auscultation des chaussées Service.

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1 1 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Michaël BROUTIN Chef du programme Auscultation des chaussées Service technique de laviation civile (STAC) Département Infrastructures Aéroportuaires Division Etudes et Recherche Formation HWD Principe de mesure 12 Juin 2012, CST Colas, Magny les Hameaux

2 2 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Introduction générale : de lauscultation des chaussées I - Présentation des matériels de mesure de déflexions II -Présentation du SHWD 1- Schéma général 2- Fonctionnement des capteurs 3- Charge appliquée et enregistrement des données 4- Fonctionnement du logiciel Conclusion générale : vers la phase danalyse Organisation de la présentation

3 3 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Introduction générale : de lauscultation des chaussées I - Présentation des matériels de mesure de déflexions II -Présentation du SHWD 1- Schéma général 2- Fonctionnement des capteurs 3- Charge appliquée et enregistrement des données 4- Fonctionnement du logiciel Conclusion générale : vers la phase danalyse Organisation de la présentation

4 4 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Auscultation des chaussées Introduction générale : de lauscultation des chaussées Evaluations régulières des chaussées nécessaires afin doptimiser leur gestion. Historiquement : sondages destructifs Années : apparition des premiers appareils dauscultation non destructive des chaussées (NDT devices) Politique de gestion communément admise : coupler les inspections visuelles (méthode de relevé des dégradations suivant la méthode Indice de Service (IS)) avec des appareils dauscultation structurelle non destructive des chaussées.

5 5 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Critères de choix dun NDT Introduction générale : de lauscultation des chaussées 1- Le test réalisé doit simuler le plus fidèlement possible les charges roulantes accueillies par la chaussée, 2- Un appareil à haut rendement est nécessaire, afin de pouvoir atteindre un échantillonnage spatial des essais compatible avec la détection de zones faibles et de défauts, 3- Les précisions de mesures doivent être compatibles avec lanalyse ultérieure, et les informations recherchées.

6 6 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Critère 1 : Simuler le passage dune charge réelle Introduction générale : de lauscultation des chaussées Lessai doit reproduire le plus fidèlement le passage dune charge réelle, en termes de : Forme et durée de la sollicitation reçue par la structure, Durée de sollicitation : paramètre fondamental dans le cas de lauscultation des chaussées bitumineuses (matériaux fortement viscoélastiques) Niveaux de déformation.

7 7 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Forme et durée de la sollicitation appliquée à la chaussée Introduction générale : de lauscultation des chaussées Du fait de la forte dépendance en fréquence des matériaux bitumineux, il convient, pour lauscultation des chaussées souples de : - Réaliser les essais dans une gamme de durée de sollicitation cohérente avec les passages des charges réelles, - Appliquer, pour la phase danalyse ultérieure, des corrections en fréquence.

8 8 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Forme et durée de la sollicitation appliquée à la chaussée Introduction générale : de lauscultation des chaussées Critère : déformation relative de traction à la base des matériaux bitumineux t

9 9 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Niveaux de sollicitation Introduction générale : de lauscultation des chaussées Les matériaux granulaires et le sol support peuvent présenter des comportements non-linéaires avec les niveaux defforts appliqués. Il convient donc : - dappliquer à la structure des niveaux defforts comparables aux efforts réels reçus par la chaussée, - si possible, de réaliser des essais à différents niveaux de chargement, afin dappréhender le caractère non-linéaire de ces matériaux.

10 10 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Critère 2 : Rendement de lappareil Introduction générale : de lauscultation des chaussées Mesures en continu vs discrètes Cas de mesures discrètes : Importance de resserrer les points [Bay and Stokoe, 2008]

11 11 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Critère 3 : Appareils de précision Introduction générale : de lauscultation des chaussées Veiller à ce que lessai soit adapté aux attentes en terme de précisions sur les résultats de lanalyse (propriétés matériaux, portance, durée de vie résiduelle de la chaussée) qui sera faite des données : Justesse des mesures « Bonnes » répétabilité/reproductibilité

12 12 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 3 grands types de NDT Introduction générale : de lauscultation des chaussées Etudes de lévolution des déformations permanentes du complexe chaussée/structure Méthodes sismiques Mesures de déflexion

13 13 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Introduction générale : de lauscultation des chaussées I - Présentation des matériels de mesure de déflexions II -Présentation du SHWD 1- Schéma général 2- Fonctionnement des capteurs 3- Charge appliquée et enregistrement des données 4- Fonctionnement du logiciel Conclusion générale : vers la phase danalyse Organisation de la présentation

14 14 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Appareils de mesure de déflexion I – Présentation des matériels de mesure de déflexions

15 15 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Quatre types dappareils : En fonction du type de sollicitation appliquée à la chaussée : Chargements statiques, ou charges roulantes quasi-statiques Chargements vibratoires Mesures de déflexion en continu sous charges roulantes Chargements impulsionnels I – Présentation des matériels de mesure de déflexions

16 16 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Appareils à chargement quasi-statiques, ou charges roulantes lentes A – Mesures « manuelles » Mesures de déflexion au passage dune roue + placement « manuel » de : Poutre Benkelman [A.C Benkelman, US Bureau of Public Roads, 1953] Système inclinométrique du STAC Autres ?.. I – Présentation des matériels de mesure de déflexions

17 17 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Poutre Benkelman I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Photo LCPC Photo John Harvey Système de poutre à balancier avec base de référence Comparateur au 1/100mm ; d = valeur lue × 2 Mesures ponctuelles Ligne dinfluence ; pas de bassin de déflexion

18 18 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Système inclinométrique du STAC I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Système dinclinomètres dans le sens transverse Obtention dun bassin de déflexion par intégration spatiale STAC : utilisation du jumelage A340 dAirbus Photos D. Guédon ; LR Toulouse

19 19 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux B – Mesures « automatisées » Déflectographe -France : Déflectographe Lacroix, [Lacroix, 1963] ; nombreuses versions, jusquà lactuelle, « Flash ». -RU : Traveling Deflectometer [Zube & Forsyth, 1966] Curviamètre - CEBTP ; cf [Paquet, 1977] I – Présentation des matériels de mesure de déflexions

20 20 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Appareils à chargement vibratoire Application de chargements vibratoires par : -Masses excentrées mises en rotation -Systèmes hydrauliques Différents types de sollicitations : -Différents niveaux deffort moyen -Différentes amplitudes de la partie variable I – Présentation des matériels de mesure de déflexions

21 21 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Appareils à chargement vibratoire Principaux appareils : Vibreur WES 16-kips Dynaflect RoadRater Rolling Dynamic Deflectometer (RDD) I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Essai stationnaire Charge roulante

22 22 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Vibreur WES 16 kips I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Photo : US army website

23 23 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Mesures de déflexion en continu (charges roulantes) Différentes techniques de mesure: -Mesures de distances à laide de lasers -Utilisation de lasers à effet Doppler -Lumière structurée Principaux appareils : -Traffic Speed Deflectometer (TSD), Rolling Wheel Deflectometer, Rolling Weight Deflectometer; Road Deflection Tester, …. I – Présentation des matériels de mesure de déflexions

24 24 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux TSD I – Présentation des matériels de mesure de déflexions

25 25 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Mesures de déflexion en continu (charges roulantes) Technologies davenir Pas encore au point + coût prohibitif Pour le moment : relevé à grand rendement pour découpage en zones homogènes ; en préparation de campagnes HWD I – Présentation des matériels de mesure de déflexions

26 26 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Avantages/inconvénients des différents NDT Introduction générale : de lauscultation des chaussées Tableau récapitulatif

27 27 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Introduction générale : de lauscultation des chaussées I - Présentation des matériels de mesure de déflexions II -Présentation du SHWD 1- Schéma général 2- Fonctionnement des capteurs 3- Charge appliquée et enregistrement des données 4- Fonctionnement du logiciel Conclusion générale : vers la phase danalyse Organisation de la présentation

28 28 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux SYSTÈME DE MASSE TOMBANTE Création dun chargement impulsionnel supposé simuler le passage dune roue davion ENREGISTREMENT DES DEFLEXIONS SURFACIQUES A laide de géophones * Principe de mesure II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général Tampons caoutchouc Hauteur de chute H 0 Masse M 0 Plaque de chargement Plaque de chargement ; Capteur deffort + géophone G1 au centre G9G9 G8G8 G7G7 G6G6 G5G5 G4G4 G3G3 G2G2 Chaussée * Schéma = Cas des chaussées souples : utilisation de G 1 à G 9 (Version « standard » du HWD)

29 29 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Mesures de déflexion en continu (charges roulantes) Disposition des géophones vs type de structure auscultée II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général G8G8 G1G1 Sens de déplacement Véhicule tracteur G 4b G 8b G 6b Barre de mesure principale Barre de rallonge G9G9 G7G7 G6G6 G5G5 G4G4 G3G3 G2G2 G1G1 Géophones Joints (chaussées rigides) Partie utile (chaussées souples) Partie utile (chaussées rigides)

30 30 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux SHWD sur chaussées souples Configuration par défaut (9 géophones) II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général Configuration STAC (13 géophones + 2 déportés) GéophoneG1G1 G2G2 G3G3 G4G4 G5G5 G6G6 G7G7 G8G8 G9G9 d [cm] GéophoneG1G1 G2G2 G3G3 G4G4 G5G5 G6G6 G7G7 G8G8 G9G9 G 10 G 11 G 12 G 13 G 17 G 18 d [cm]

31 31 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux SHWD sur chaussées souples Barre déportée : II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général

32 32 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Exemple de résultats bruts t La réponse de la chaussée dépend du signal deffort appliqué, i.e. principalement de F max et t Il faut donc cibler pour lessai, pour ces deux paramètres, des valeurs cohérentes avec le trafic attendu II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général

33 33 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Représentativité de lessai HWD en termes de temps de chargement Le chargement HWD doit être représentatif du passage dune roue -en termes damplitude -en termes de temps dimpulsion Relation t HWD vs V roue dépendante de la chaussée Structure de chaussée utilisée pour létude : Charge HWD de référence : 300kN sur plaque de 45cm II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général

34 34 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Relation vitesse / temps de chargement Relation entre t HWD et les pseudo-fréquences « ressenties » par les matériaux 1 - Calcul théorique (PREDIWARE, STAC) Charge HWD de référence : 300kN sur plaque de 45cm Signal t [ms] f [Hz] Effort F(t) 29,75 33,6 Déflexion d(t) 37 38,5 Déformation relative de traction à la base du BB XX_BB (t)= YY_BB (t) 26 31,5 Déformation relative de traction à la base de la GB XX_GB (t)= YY_GB (t) 31,75 33,6 Déformation relative verticale de compression au sommet de la GRH ZZ_GRH (t) 29,75 30,3 Déformation relative verticale de compression au sommet du sol ZZ_Sol (t) 3327,0 II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général

35 35 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Relation vitesse / temps de chargement Relation entre t HWD et les pseudo-fréquences « ressenties » par les matériaux 2 – Validation expérimentale (Planche dessais de Bonneuil) Signal t [ms] f [Hz] Effort F(t) 30 33,6 Déflexion d(t) A compléter Déformation relative de traction à la base du BB XX_BB (t)= YY_BB (t) Non dispo Déformation relative de traction à la base de la GB XX_GB (t)= YY_GB (t) 31 32,25 Déformation relative verticale de compression au sommet de la GRH ZZ_GRH (t) 31 32,25 Déformation relative verticale de compression au sommet du sol ZZ_Sol (t) 34 29,5 Très bonne validation expérimentale Conclusion : légère augmentation de t avec la profondeur due à des problèmes de diffusion ; cependant, au premier ordre, t considéré comme constant II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général

36 36 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Relation vitesse / temps de chargement Relation entre t HWD et la vitesse de passage de la roue -V = ×f avec V vitesse de passage de la roue, la largeur du « bassin de déformation relative » considéré, et f la pseudo-fréquence. - augmente avec la profondeur (phénomène de diffusion), -On considère pour la relation V vs f, la déformation relative longitudinale à la base des matériaux bitumineux : XX (bas GB) /2 µdéfs] II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général

37 37 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Relation vitesse / temps de chargement II – Présentation du SHWD 4 – Charge appliquée et enregistrement des données Calcul théorique de (PREDIWARE) => ~ 1,5m

38 38 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Relation vitesse / temps de chargement Validation expérimentale (planche STAC) => Valeur de 1,5m confirmée II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général

39 39 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Relation vitesse / temps de chargement Quelques valeurs numériques : => Pour atteindre une gamme de variation de vitesses simulées de 20 à 200km/h, prévoir des variations de t de 30 à 500ms Temps dimpulsion du signal deffort HWD [ms] Vitesse de la roue [km/h] Rappel : valeurs obtenues sur la structure de référence choisie => légèrement variables suivant les épaisseurs et propriétés mécaniques II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général

40 40 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Incidences sur F max et t de la configuration matérielle Les caractéristiques du signal deffort dépendent de 4 paramètres : la masse statique M 0 laissée tomber, sa hauteur de chute H 0, le système damortissement (tampons en caoutchouc, de rigidité surfacique apparente k), la chaussée. Le dernier élément est imposé et subi. Les trois autres sont des paramètres de lessai, ajustables. II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général

41 41 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Incidences sur F max et t de la configuration matérielle Leur influence relative peut être résumée ainsi : Une augmentation de M 0 induit une augmentation de F max et de t, Une augmentation de H 0 induit une augmentation de F max et une diminution de t, Une augmentation de k induit une augmentation de F max et une diminution de t, II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général

42 42 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Incidences sur F max et t de la configuration matérielle Dans la pratique changements de masses et de système de tampons fastidieux -> Faire varier H 0 STAC : système de tampons « durs » (dureté SHORE 75) + M 0 = 720 kg -> t~30 ms ; 70 Avec la gamme de t fournie par le matériel, essai représentatif du passage dune roue sur piste

43 43 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Utilisation des résultats Détermination des caractéristiques mécaniques des matériaux constitutifs par calcul inverse Méthodes courantes = pseudo-statiques, i.e. -Reconstitution dun bassin de déflexion pseudo-statique -Modélisation de la chaussée sous effort statique Fmax, -Minimisation de f : => Voir deuxième jour pour les détails de la résolution II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général

44 44 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Introduction générale : de lauscultation des chaussées I - Présentation des matériels de mesure de déflexions II -Présentation du SHWD 1- Schéma général 2- Fonctionnement des capteurs 3- Charge appliquée et enregistrement des données 4- Fonctionnement du logiciel Conclusion générale : vers la phase danalyse Organisation de la présentation

45 45 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Capteurs du HWD Capteur deffort Intégré à la plaque de chargement Capteur deffort C6A de HBM, 500kN* Géophones Solidaires de la surface de la chaussée Géophones SM-6 *, gamme de mesure 4mm * Pour le matériel Carl Bro II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs

46 46 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Fonctionnement dun géophone II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Noyau cylindrique aimanté dans une bobine Dessins Georges Kouroussy, 2004

47 47 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Fonctionnement dun géophone II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Le fonctionnement mécanique du géophone peut être modélisé ainsi :

48 48 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Fonctionnement dun géophone II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Mise en équations : x = déplacement de la masse aimantée ; y = déplacement du boîtier du géophone En posant : z = (x y), et sachant que la tension induite u est proportionnelle au déplacement relatif de laimant par rapport à la bobine, il vient, en posant H( ) la fonction de transfert tension/vitesse de déplacement du géophone : avec et respectivement la pulsation propre du géophone et lamortissement réduit

49 49 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Fonctionnement dun géophone II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Le géophone est donc un capteur de vitesse de déplacement La fonction de transfert H( ) définit la sensibilité du capteur ; elle sapparente à un filtre passe-haut

50 50 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Fonctionnement dun géophone II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Corrections possibles : Matérielle : utilisation dun pré-amplificateur avec une courbe de réponse inverse à celle du géophone Numérique : application dune fonction de transfert corrective, en post-traitement

51 51 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Mesures lors dun essai 1- Buffering sur la valeur deffort mesurée ; écrasement boucle et en continu des données sur une période de 3? ms 2- Lorsque la valeur seuil est atteinte : déclenchement de la mesure : A – Tare sur les différents signaux B – Acquisition : - Fréquence déchantillonnage = 4 kHz/voie -Ancienne version (2005) du HWD : mesure démultiplexée ; nouvelle version : mesures en parallèle C – Traitement : - Tous capteurs : application des gains et corrections - Géophones : application des fonctions de transfert + intégration des signaux de vitesse pour obtenir les historiques de déflexions Intégré à la plaque de chargement Capteur deffort C6A de HBM, 500kN* Géophones Solidaires de la surface de la chaussée Géophones SM-6 *, gamme de mesure 4mm * Pour le matériel Carl Bro II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs

52 52 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Etalonnage de la voie de mesure II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Comparaison de la réponse du géophone + de sa chaîne de mesure avec celle dun LVDT étalonné Géophones et LVDT mis en parallèle Balayage en fréquence Ajustement de la fonction corrective de la voie

53 53 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Fréquence détalonnage II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Apparaît être de la sur-qualité Possibilité de vérifier son matériel, et ne procéder au ré-étalonnage quen cas de dérive supérieure aux tolérances Ex : site du STAC -Système de pesage dynamique de précision -Ancrages profonds Fréquence détalonnage préconisée par les constructeurs = 1 an

54 54 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Introduction générale : de lauscultation des chaussées I - Présentation des matériels de mesure de déflexions II -Présentation du SHWD 1- Schéma général 2- Fonctionnement des capteurs 3- Charge appliquée et enregistrement des données 4- Fonctionnement du logiciel Conclusion générale : vers la phase danalyse Organisation de la présentation

55 55 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Etendue des mesures acceptables II – Présentation du SHWD 3 – Charge appliquée et enregistrement des données Effort appliqué - Variable entre 70 et 300 kN environ (cf structure) - Nécessité dappliquer une charge en adéquation avec la structure et le trafic accueilli Déflexions mesurées - Gamme de mesure : µm - Déflexion cible 1500µm (cf problèmes dhomogénéité) Logigramme

56 56 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Incertitudes en fonction des structures II – Présentation du SHWD 3 – Charge appliquée et enregistrement des données Mesure très répétable/reproductible Différence entre 2 essais provient en général des hétérogénéités de la structure (épaisseurs, propriétés des matériaux)

57 57 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Interprétation des formes de courbe II – Présentation du SHWD 3 – Charge appliquée et enregistrement des données Détection de comportements non-linéaires et/ou de présence de substratum peu profond : utilisation des modules de surface

58 58 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Interprétation des formes de courbe II – Présentation du SHWD 3 – Charge appliquée et enregistrement des données Détection de comportements non-linéaires et/ou de présence de substratum peu profond Apparent pavement stiffness Apparent subgrade modulus

59 59 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Interprétation des formes de courbe II – Présentation du SHWD 3 – Charge appliquée et enregistrement des données Comment isoler la non-linéarité de la présence dun substratum peu profond :

60 60 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Correction des déflexions en fonction de la charge II – Présentation du SHWD 3 – Charge appliquée et enregistrement des données Normalisation des résultats (pour détection de zones homogènes pas exemple) = Problème complexe car concurrence entre F max et t Préconisation STAC : ne pas normaliser Decreasing fall height

61 61 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Introduction générale : de lauscultation des chaussées I - Présentation des matériels de mesure de déflexions II -Présentation du SHWD 1- Schéma général 2- Fonctionnement des capteurs 3- Charge appliquée et enregistrement des données 4- Fonctionnement du logiciel Conclusion générale : vers la phase danalyse Organisation de la présentation

62 62 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Logiciel dacquisition des données Carl Bro II – Présentation du SHWD 4 – Fonctionnement du logiciel Présentation de la version 2005 Remarque : version 2011 ; nouvelle interface ; gestion des fichiers en bases de données

63 63 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Logiciel dacquisition des données Carl Bro II – Présentation du SHWD 4 – Fonctionnement du logiciel Configuration du logiciel avant essai

64 64 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Logiciel dacquisition des données Carl Bro II – Présentation du SHWD 4 – Fonctionnement du logiciel Entrée des données dessais

65 65 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Logiciel dacquisition des données Carl Bro II – Présentation du SHWD 4 – Fonctionnement du logiciel Lancement dun essai

66 66 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Logiciel dacquisition des données Carl Bro II – Présentation du SHWD 4 – Fonctionnement du logiciel Résultats A lécranFichiers de sortie Maxima (fichier.fwd) Historiques (fichier.his)

67 67 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Tableau récapitulatif Conclusion générale Bilan Vers la phase danalyse

68 68 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Merci de votre attention

69 69 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Study framework

70 70 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Study framework

71 71 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Study framework

72 72 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Remorque de portance du STAC Introduction générale : de lauscultation des chaussées

73 73 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Principe de lessai sur chaussées souples Introduction générale : de lauscultation des chaussées Tester le complexe sol/chaussée à la fatigue sous chargements répétés Séries de 10 cycles de chargt-déchargt => charge admissible Charge P nulle Chargement + Palier de 10 s Déchargement rapide + palier à effort nul 1er cycle

74 74 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Principe de lessai sur chaussées rigides Introduction générale : de lauscultation des chaussées Déterminer la charge produisant dans le béton une contrainte de traction à la flexion égale à la contrainte admissible Charge de service déterminée en fonction du critère le plus pénalisant entre les déformations verticales et lélongation horizontale Mise en PlaceEssai sur chaussée rigide

75 75 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Avantages/inconvénients Introduction générale : de lauscultation des chaussées Essais en vraie grandeur Méthode empirique : analyse simplifiée Application de charges très lentes => problèmes de fluage pour les chaussées souples avec fortes épaisseurs de matériaux bitumineux, à température élevée, … Interpolation 10->10 4 cycles Faible rendement (30min/point dessai)

76 76 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Méthodes sismiques Introduction générale : de lauscultation des chaussées Analyse de la propagation des ondes de surface [Hildebrand, 2002]

77 77 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Méthodes sismiques Introduction générale : de lauscultation des chaussées Analyse de la propagation des ondes de surface [Yuan et al., 1998]

78 78 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Avantages/inconvénients Introduction générale : de lauscultation des chaussées Essai simple ; bon rendement Détermination des propriétés mécaniques de lensemble des couches de la structure Sollicitation très éloignée des chargements réels : -Fréquences de lexcitation très élevées -> influence sur le comportement matériaux bitumineux -Niveaux de déformation très faibles (facteur 1000) -> problème de comportement non linéaire des matériaux non liés

79 79 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Méthodes sismiques Introduction générale : de lauscultation des chaussées Non linéarité des matériaux granulaires et du sol [Puech et al., 2004]

80 80 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Déflectographe I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Tests à la poutre Benkelman automatisés au passage des demi- essieux arrière (i.e. 1 poutre Benkelman par demi-essieu)

81 81 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Caractéristiques du chargement : Vitesse de déplacement : 5km/h déflectographe Lacroix ; 8km/h pour la version Flash Charge : kN Réalisation dun essai: Mise en place de la poutre devant le demi-essieu Mesure Benkelman sous passage de la roue Enlèvement de la poutre => Mesures discrètes ; 1 essai / 4m Déflectographe

82 82 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Exploitation standard : Outil de suivi de réseau : études dhomogénéité sur de grandes sections ; détection de zones faibles Utilisation de la courbure : C(x) = d(x)/V 2 d = la dérivée seconde spatiale de la déflexion V = la vitesse de déplacement du véhicule Déflectographe

83 83 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Inconvénients de ce matériel : Vitesse de déplacement très lente : -Faible rendement -Problèmes dopérabilité -Fréquence de sollicitation non représentative du trafic réel : apparition de problèmes de fluage Longueur de poutre trop faible pour sassurer dune référence fiable, i.e. la référence supposée est en réalité dans la zone dinfluence du demi-essieu Charges trop faibles pour des auscultations de chaussées aéronautiques Mesures discrètes et non continues Déflectographe

84 84 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Curviamètre I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Tests de déflexion automatisés, à laide dun géophone au passage dun demi-essieu Configuration matérielle : 3 géophones sur une chaîne de 15m ; chaîne au sol 2,5m devant le demi-essieu jusquà 1,5m derrière

85 85 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Caractéristiques du chargement : Vitesse de déplacement : 18km/h Charge : 65 kN Curviamètre Tare sur le géophone devant lessieu (à 2,5m) Passage de lessieu ; mesure par le géophone, entre +2,5m et -1,5m de la vitesse verticale de déplacement surfacique de la chaussée (-> déflexion par intégration temporelle) Géophone suivant en place, après 1/15 tour, i.e. 1 m plus tard pour la mesure suivante => Mesures discrètes ; 1 essai / 5m

86 86 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Exploitation standard : Idem que déflectographe Inconvénients de ce matériel : Idem que pour le déflectographe Vitesse de déplacement plus élevée néanmoins Curviamètre

87 87 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Lumière structurée I – Présentation des matériels de mesure de déflexions h = p p - p a / tan

88 88 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Reconstitution dun bassin pseudo-statique r II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général

89 89 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Système de pesage dynamique de précision II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs

90 90 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Système de pesage dynamique de précision II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs

91 91 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Système de pesage dynamique de précision II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs

92 92 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Ancrages profonds II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs schéma D.Guédon, LR Toulouse


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