Auscultation nondestructive au géoradar des arcs principaux (FR)

ENAC FACULTE ENVIRONNEMENT NATUREL, ARCHITECTURAL ET CONSTRUIT
Pont Adolphe, Luxembourg-Auscultation nondestructive au géoradar des arcs principaux.
Rapport de mesures, d’analyse et d’interprétation des résultats.
Rapport N° MCS No 230903.
Mandant :
Ministère des Travaux Publics, M. G. Toussin , Administration des ponts et
chaussées, 43-45 bd G.-D. Charlotte, L-1331 Luxembourg
Auteurs :
Alexis Kalogeropoulos, géophysicien dipl. Université Joseph Fourier
Alix Grandjean, ing. civile dipl. EPFL
Eugen Brühwiler, Prof. Dr. ing. civil dipl. EPFZ/SIA
Lausanne, le 10 Février 2010
Ce rapport (y inclus les annexes) comprend 11 pages.
Adresse postale : EPFL ENAC IS MCS, GC B2 402 (Building GC), Station 18, CH‐1015 Lausanne /
tél: +41 (0)21.693.28.85 fax:+41 (0)21.693.58.85 http://mcs.epfl.ch
I. Motivation et objectifs
Motivation: En premier lieu, le pont Adolphe présente des indices d’une probable délamination sous
forme de fissures affleurant sur la face latérale interne des deux arcs principaux du pont. A-cela, il
faut ajouter que :
-Une ouverture à partir de 1 mm est considérée comme étant une délamination.
-Une telle délamination pourrait, selon son étendue, porter atteinte à la capacité portante de l’arc
principal.
-L’étendue des délaminations n’est pas connue avec exactitude.
Le géoradar à été proposé comme outil d’investigation. Sa capacité à apporter une information
spatiale détaillée sur l’ensemble des arcs principaux doit permettre de déterminer l’ampleur de la
délamination,.
Objectif: L’objectif de ce mandat est d’effectuer une cartographie non destructive au géoradar
localisant la présence d’une délamination entre les trois rouleaux de maçonnerie constituant les deux
arcs principaux du pont Adolphe.
II. Etude de faisabilité
L’objectif de cette étude est de déterminer la faisabilité d’une cartographie non destructive au
géoradar de l’ouvrage, ainsi que de calibrer l’appareillage de mesure en vue d’optimiser la prise de
mesure. Pour ce faire, un site test a été choisi (photo 1 & figure 1) en raison de la présence de
fissures affleurant à la face latérale interne de l’arc. La campagne de mesure s’est déroulée le 4 juin
2009.
Photo 1 : site de test
Figure1 : configuration des mesures sur le site
test
Analyse : Dans le cas présenté à titre d’exemple la délamination se situe plus en profondeur que la
limite du bloc (figure 2-3) une réflexion distincte apparaît alors au delà de la limite du bloc dans le
rouleau central, sa profondeur correspond à celle de la délamination observée sur le bord de l’arc. En
outre il est possible d’observer sur le profil 20 que la délamination se dédouble à proximité du bloc,
comme observé sur la photo 1. Il est donc possible non seulement de déterminer la présence ou non
d’une délamination, mais lorsqu’elle se situe autour d’un mètre de profondeur il est possible aussi de
déterminer sa géométrie et d’observer des ramifications.
D’autres objets sont visibles dans ces données, au niveau de la limite des blocs, il est possible de voir
des formes hyperboliques se croisant (figure 4) ces formes correspondent aux réflexions des coins de
chaque bloc s’éloignant et se rapprochant au cours du déplacement du Géoradar. L’intersection des
hyperboles correspond au centre du bloc, l’antenne est alors équidistante de chaque bord. Cet effet
est provoqué par le cône d’émission radar, les ondes se propagent selon une forme conique dans le
bloc et non uniquement verticale, les réflexions principales sont à la verticale de l’antenne, ces
hyperboles sont des réflexions secondaires provenant du « bord » du cône d’émission.
Limite bloc
Délamination
Figure2 : Profil 20
Figure 3 : représentation schématique du profil 20
Figure4 : génération d’hyperboles sur le radargramme par les coins des blocs
Bilan du test de détectabilité : Cette étude, nous confirme donc la possibilité de détection d’une
délamination au sein des blocs de grès constituant le pont Adolphe. Cependant, cette dernière n’est
détectable qu’entre 0 et un maximum de 1.2 m de profondeur. Il sera donc nécessaire, dans la
mesure du possible, d’ausculter le pont depuis chaque face de l’arc (intrados et extrados), afin
d’obtenir une information complète sur la présence d’une délamination. Enfin les premiers et
derniers centimètres de chaque profil ne sont pas interprétables, car de la même manière que les
bords des blocs créent des réflexions hyperboliques (figure 2-3-4), les faces latérales des arcs créent
une interférence (réflexion) importante masquant les réflexions sous-jacentes (fissures). Ainsi les 1015 premiers et derniers centimètres de chaque profil ne sont pas pris en compte dans la
cartographie.
III. Campagne de mesure.
La campagne de mesure s’est déroulée sur une période de 10 jours. Elle a été effectuée en présence
d’un géophysicien ainsi que d’un ingénieur civil. Les mesures ont nécessité l’utilisation d’une
plateforme élévatrice positive, d’une plateforme élévatrice négative, et d’un accès en rappel (à l’aide
de la société Voltige SA) sur l’extrados de l’ouvrage.
Photo 2-3-4-5 : campagne de mesures
La cartographie finale comporte 3 types de zones de mesures définies comme-suit :
Zones non scannées : Ces zones (indiquées en blanc) n’ont pas pu être scannées car la présence de
plaques métalliques y empêchait la réalisation de profils continus. En outre, ces zones ont déjà été
étudiées lors de la campagne de carottages réalisée lors de l’installation des barres de renforcement.
Enfin une zone entre le premier tiers et le deuxième tiers de l’arc aval côté ville n’a pas pu être
scannée, l’accès étant trop éloigné pour la plateforme élévatrice positive et entravé par la présence
d’un réverbère pour la plateforme négative.
Zones de haute résolution : Les zones de haute résolution (en rouge), correspondant à un profil
toutes les 2 assises de blocs (soit env. tous les 0.6 m), ont été implantées dans des secteurs de l’arc
où des fissures ont été observées sur les faces extérieures.
Zones de résolution intermédiaire : Les zones de résolution intermédiaires (en gris), correspondant à
un profil toutes les 3 assises (soit env. tous les 0.9 m), ont été implantées dans des secteurs de l’arc
ne présentant pas de fissuration apparente. Enfin dans le cas ou des dommages ont été détectés sur
les radargrammes ainsi établis, des profils supplémentaires permettant de caractériser ces
dommages ont alors été réalisés (principalement sous les piles d’appuis des arcs secondaires).
Figure 3 Implantation des profils géoradar.
IV. Interprétation géoradar de la base des arcs côté ville.
Après avoir été traitées (gain, suppression du bruit, et correction d’amplitudes) les données ont été
assemblées dans une représentation 3D, à l’échelle, se basant sur les plans Autocad 2D fournis. Les
zones identifiées comme possiblement fissurées ont été relevées sur chaque profil, puis reliées d’un
profil à l’autre, en fonction de la profondeur du dommage détecté (remarque : les zones fissurées
ainsi obtenues ne sont donc qu’une extrapolation ayant pour but une meilleure visualisation, elles ne
représentent qu’une approximation de l’état réel du pont). Ainsi il a été possible de distinguer 3
niveaux de fissuration indiqués sur la figure suivante.
-
Le niveau de fissuration bleu se situe entre 0.4 et 0.6 m depuis l’extrados du pont, au centre
du rouleau supérieur.
Le niveau de fissuration rouge se situe entre 0.7 et 0.9 m depuis l’intrados du pont, ce niveau
correspond à la limite du joint de mortier entre le rouleau inférieur et le rouleau central.
Le dernier niveau de fissuration en jaune se situe entre 0.4 et 0.6 m depuis l’intrados du
pont, au centre du rouleau inferieur.
Enfin, il nous faut préciser que la profondeur de pénétration du radar variant entre 1 à 1.2 m, nous
ne possédons pas ou peu d’informations sur le rouleau central.
Figure 4 Représentation cartographique 3D des défauts des deux arcs du pont côté ville
Au vu de ces résultats, une campagne de carottage à été mise en place afin d’observer les niveaux de
fissures constatés au radar mais n’affleurant pas sur la face interne du pont. Dernier point, le
traitement de l’ensemble des données n’a pas encore été achevé, la priorité ayant été donnée à
l’investigation des niveaux de fissuration constatés.
V. Carottages et analyses En se basant sur les données de la représentation cartographique précédente, une série de 14 forages ont été implantés et leurs carottes respectives analysées. Une comparaison entre les fissures observées sur les carottes et les zones endommagées détectées au géoradar a permis de confirmer la présence d’un niveau de fissure situé au sein du rouleau inférieur des arcs, à une profondeur comprise entre 0.4 et 0.6 m. La figure jointe en annexe I illustre ce propos. VI. Conclusions. Après une analyse des résultats géoradar, ainsi que la campagne d’investigation consécutive, il a été observé que plusieurs niveaux de fissuration sont présents dans les arcs principaux du pont. Ceci non seulement à l’interface entre les différents rouleaux mais aussi au sein même du rouleau inférieur. L’ensemble des résultats fournis en annexe indiquent la position, l’extension et la profondeur des différents niveaux de fissures observés. Ces trois niveaux de fissurations se retrouvent à la naissance des deux arcs côté Ville ainsi qu’à la naissance des deux arcs côté Gare. La partie centrale des deux arcs comprend principalement un niveau de fissuration situé entre 0.7 et 0.9 m de profondeur depuis l’intrados de l’arc ceci au niveau de la limite du joint de mortier entre le rouleau inférieur et le rouleau central. Enfin certaines zones n’ont pas pu être interprétées, ceci est dû à la présence excessive d’eau et/ou de chlorures dans la maçonnerie. Ces zones sont alors indiquées en gris dans la représentation cartographique fournie en annexe. Une étude plus poussée permettrait d’évaluer les changements de teneur en eau contenue dans les blocs de maçonnerie, en se basant sur l’analyse de l’atténuation des signaux radar. Lausanne, le 10 Février 2010 Alexis Kalorgeropoulos
Alix Grandjean
Eugen Brühwiler
MSc. Géophysicien U Grenoble
ing. civile dipl. EPF
Prof. Dr., ing. civ. dipl. EPF/SIA
Annexes I : Comparatif des résultats géoradar et des forages
ANNEXE II
PONT ADOLPHE -LUXEMBOURG
CARTOGRAPHIE DES RESULTATS
DE L'ANALYSE GEORADAR
Extention latérale des fissures
~1.30 m
~0.80 m
~0.50 m
Vues Générales
Arc aval
Alexis Kalogeropoulos, 2010
Gare
Profondeur moyenne
des plans de fissures
depuis l'intrados de
l'arc
zones non interprétées
Arc amont
Ville
Extrados 1:500
Intrados 1:500
Gare
Gare
Gare
Arc aval
Arc amont
Arc aval
Ville
Ville
Ville
Arc amont
Arc amont
Arc aval
Elévation 1:200
Elévation et détails
Arc aval
Alexis Kalogeropoulos, 2010
Détail 1:50
Détail 1:100
Détail 1:100
Elévation 1:200
Elévation et détails
Arc amont
Alexis Kalogeropoulos, 2010
Détail 1:50
Détail 1:100
Détail 1:100