Formation HWD Principe de mesure Michal BROUTIN Chef

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

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

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

Introduction générale : de l’auscultation des chaussées Auscultation des chaussées Ø Ø Evaluations régulières des chaussées nécessaires afin d’optimiser leur gestion. Historiquement : sondages destructifs Années 60 -70 : apparition des premiers appareils d’auscultation 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 d’auscultation structurelle non destructive des chaussées. Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 4

Introduction générale : de l’auscultation des chaussées Critères de choix d’un NDT Ø Ø Ø 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 l’analyse ultérieure, et les informations recherchées. Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 5

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

Introduction générale : de l’auscultation des chaussées Forme et durée de la sollicitation appliquée à la chaussée Ø Critère : déformation relative de traction à la base des matériaux bitumineux Dt Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 7

Introduction générale : de l’auscultation des chaussées Forme et durée de la sollicitation appliquée à la chaussée Du fait de la forte dépendance en fréquence des matériaux bitumineux, il convient, pour l’auscultation 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 d’analyse ultérieure, des corrections en fréquence. Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 8

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

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

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

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

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

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

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

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

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

I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Système inclinométrique du STAC Ø Ø Ø Système d’inclinomètres dans le sens transverse Obtention d’un bassin de déflexion par intégration spatiale STAC : utilisation du jumelage A 340 d’Airbus Photos D. Guédon ; LR Toulouse Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 18

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

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

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

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

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

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

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

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

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

II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général Principe de mesure Masse M 0 SYSTÈME DE MASSE TOMBANTE Création d’un chargement impulsionnel supposé simuler le passage d’une roue d’avion Hauteur de chute H 0 Tampons caoutchouc Plaque de chargement ENREGISTREMENT DES DEFLEXIONS SURFACIQUES Plaque de chargement ; Capteur d’effort + géophone G 1 au centre G 2 G 3 G 4 G 5 G 6 G 7 G 8 G 9 A l’aide de géophones* Chaussée * Schéma = Cas des chaussées souples : utilisation de G 1 à G 9 (Version « standard » du HWD) Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 28

II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général Mesures de déflexion en continu (charges roulantes) Ø Disposition des géophones vs type de structure auscultée Barre de mesure principale Barre de rallonge Partie utile (chaussées souples) G 9 G 8 G 7 G 6 G 5 G 4 G 3 G 2 G 1 G 8 b Véhicule tracteur G 1 Sens de déplacement G 4 b Partie utile (chaussées rigides) Géophones Joints (chaussées rigides) G 6 b Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 29

II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général SHWD sur chaussées souples Ø Ø Configuration par défaut (9 géophones) Géophone G 1 G 2 G 3 G 4 G 5 G 6 G 7 G 8 G 9 d [cm] 0 30 40 60 90 120 150 180 210 Configuration STAC (13 géophones + 2 déportés) Géophone G 1 G 2 G 3 G 4 G 5 G 6 G 7 d [cm] 0 G 8 G 9 G 10 G 11 G 12 G 13 G 17 G 18 30 40 50 60 75 90 105 120 150 180 210 240 -4000 -6000 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 30

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

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

II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général Incidences sur Fmax et Dt de la configuration matérielle Ø Ø Les caractéristiques du signal d’effort dépendent de 4 paramètres : la masse statique M 0 laissée tomber, sa hauteur de chute H 0, le système d’amortissement (tampons en caoutchouc, de rigidité surfacique apparente k), la chaussée. Le dernier élément est imposé et subi. Les trois autres sont des paramètres de l’essai, ajustables. Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 33

II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général Incidences sur Fmax et Dt de la configuration matérielle Leur influence relative peut être résumée ainsi : Ø Une augmentation de M 0 induit une augmentation de Fmax et de Dt, Ø Une augmentation de H 0 induit une augmentation de Fmax et une diminution de Dt, Ø Une augmentation de k induit une augmentation de Fmax et une diminution de Dt, Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 34

II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général Utilisation des résultats Ø Détermination des caractéristiques mécaniques des matériaux constitutifs par calcul inverse Ø - Méthodes courantes = pseudo-statiques, i. e. Reconstitution d’un 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 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 35

Organisation de la présentation Introduction générale : de l’auscultation des chaussées I - Présentation des matériels de mesure de déflexions II - Présentation du SHWD 1 - Schéma général 2 - Fonctionnement des capteurs 3 - Fonctionnement du logiciel 4 - Charge appliquée et enregistrement des données Conclusion générale : vers la phase d’analyse Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 36

II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Capteurs du HWD Ø Capteur d’effort Intégré à la plaque de chargement Capteur d’effort C 6 A de HBM, 500 k. N* Ø Géophones Solidaires de la surface de la chaussée Géophones SM-6 *, gamme de mesure 4 mm * Pour le matériel Carl Bro Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 37

II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Fonctionnement d’un géophone Ø Capteur d’effort Intégré à la plaque de chargement Capteur d’effort C 6 A de HBM, 500 k. N* Ø Géophones Solidaires de la surface de la chaussée Géophones SM-6 *, gamme de mesure 4 mm * Pour le matériel Carl Bro Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 38

II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Fonctionnement d’un géophone Ø Noyau cylindrique aimanté dans une bobine Dessins Georges Kouroussy, 2004 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 39

II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Fonctionnement d’un géophone Ø Le fonctionnement mécanique du géophone peut être modélisé ainsi : Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 40

II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Fonctionnement d’un géophone Ø 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 l’aimant par rapport à la bobine , il vient, en posant H(w) la fonction de transfert tension/vitesse de déplacement du géophone : avec et respectivement la pulsation propre du géophone et l’amortissement réduit Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 41

II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Fonctionnement d’un géophone Ø Le géophone est donc un capteur de vitesse de déplacement Ø La fonction de transfert H(w) définit la sensibilité du capteur ; elle s’apparente à un filtre passe-haut Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 42

II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Fonctionnement d’un géophone Ø Ø Corrections possibles : Matérielle : utilisation d’un pré-amplificateur avec une courbe de réponse inverse à celle du géophone Numérique : application d’une fonction de transfert corrective, en post-traitement Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 43

II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Mesures lors d’un essai Ø 1 - Buffering sur la valeur d’effort mesurée ; écrasement boucle et en continu des données sur une période de 3? ms Ø 2 - Lorsque la valeur seuil est atteinte : déclenchement de la mesure : A – Tare sur les différents signaux B – Acquisition : -Fréquence d’échantillonnage = 4 k. Hz/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 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 44

II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Etalonnage de la voie de mesure Ø Comparaison de la réponse du géophone + de sa chaîne de mesure avec celle d’un LVDT étalonné Ø Ø Ø Géophones et LVDT mis en parallèle Balayage en fréquence Ajustement de la fonction corrective de la voie Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 45

II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Fréquence d’étalonnage préconisée par les constructeurs = 1 an Ø Ø Apparaît être de la sur-qualité Possibilité de vérifier son matériel, et ne procéder au ré-étalonnage qu’en cas de dérive supérieure aux tolérances Ex : site du STAC - Système de pesage dynamique de précision Ancrages profonds Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 46

Organisation de la présentation Introduction générale : de l’auscultation des chaussées I - Présentation des matériels de mesure de déflexions II - Présentation du SHWD 1 - Schéma général 2 - Fonctionnement des capteurs 3 - Fonctionnement du logiciel 4 - Charge appliquée et enregistrement des données Conclusion générale : vers la phase d’analyse Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 47

II – Présentation du SHWD 3 – Fonctionnement du logiciel Logiciel d’acquisition des données Carl Bro Ø Présentation de la version 2005 Remarque : version 2011 ; nouvelle interface ; gestion des fichiers en bases de données Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 48

II – Présentation du SHWD 3 – Fonctionnement du logiciel Logiciel d’acquisition des données Carl Bro Ø Configuration du logiciel avant essai Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 49

II – Présentation du SHWD 3 – Fonctionnement du logiciel Logiciel d’acquisition des données Carl Bro Ø Entrée des données d’essais Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 50

II – Présentation du SHWD 3 – Fonctionnement du logiciel Logiciel d’acquisition des données Carl Bro Ø Lancement d’un essai Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 51

II – Présentation du SHWD 3 – Fonctionnement du logiciel Logiciel d’acquisition des données Carl Bro Ø Résultats A l’écran Fichiers de sortie Ø Maxima (fichier. fwd) Ø Historiques (fichier. his) Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 52

Organisation de la présentation Introduction générale : de l’auscultation des chaussées I - Présentation des matériels de mesure de déflexions II - Présentation du SHWD 1 - Schéma général 2 - Fonctionnement des capteurs 3 - Fonctionnement du logiciel 4 - Charge appliquée et enregistrement des données Conclusion générale : vers la phase d’analyse Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 53

II – Présentation du SHWD 4 – Charge appliquée et enregistrement des données Relation vitesse / temps de chargement Ø - Le chargement HWD doit être représentatif du passage d’une roue en termes d’amplitude en termes de temps d’impulsion Ø Relation Dt HWD vs Vroue dépendante de la chaussée Structure de chaussée utilisée pour l’étude : Charge HWD de référence : 300 k. N sur plaque de 45 cm Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 54

II – Présentation du SHWD 4 – Charge appliquée et enregistrement des données Relation vitesse / temps de chargement Ø Relation entre Dt HWD et les pseudo-fréquences « ressenties » par les matériaux 1 - Calcul théorique (PREDIWARE, STAC) Signal Effort F(t) Déflexion d(t) Déformation relative de traction à la base du BB e. XX_BB(t)=e. YY_BB(t) Déformation relative de traction à la base de la GB e. XX_GB(t)=e. YY_GB(t) Déformation relative verticale de compression au sommet de la GRH e. ZZ_GRH(t) Déformation relative verticale de compression au sommet du sol e. ZZ_Sol(t) Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux Dt [ms] 29, 75 37 26 31, 75 29, 75 33 f [Hz] 33, 6 38, 5 31, 5 33, 6 30, 3 27, 0 55

II – Présentation du SHWD 4 – Charge appliquée et enregistrement des données Relation vitesse / temps de chargement Ø Relation entre Dt HWD et les pseudo-fréquences « ressenties » par les matériaux 2 – Validation expérimentale (Planche d’essais de Bonneuil) Signal Effort F(t) Déflexion d(t) Déformation relative de traction à la base du BB e. XX_BB(t)=e. YY_BB(t) Déformation relative de traction à la base de la GB e. XX_GB(t)=e. YY_GB(t) Déformation relative verticale de compression au sommet de la GRH e. ZZ_GRH(t) Déformation relative verticale de compression au sommet du sol e. ZZ_Sol(t) Dt [ms] f [Hz] 30 33, 6 A compléter Non dispo 31 32, 25 34 29, 5 Très bonne validation expérimentale Conclusion : légère augmentation de Dt avec la profondeur due à des problèmes de diffusion ; cependant, au premier ordre, Dt considéré comme constant Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 56

II – Présentation du SHWD 4 – Charge appliquée et enregistrement des données Relation vitesse / temps de chargement Ø Relation entre Dt HWD et la vitesse de passage de la roue l/2 e. XX (bas GB) V = l×f avec V vitesse de passage de la roue, l la largeur du « bassin de déformation relative » , et f la pseudo-fréquence. Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 57

II – Présentation du SHWD 4 – Charge appliquée et enregistrement des données Relation vitesse / temps de chargement Ø Calcul théorique de l/2 (PREDIWARE) => l/2 ~ 1, 5 m Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 58

II – Présentation du SHWD 4 – Charge appliquée et enregistrement des données Relation vitesse / temps de chargement Ø Validation expérimentale (planche STAC) => Valeur de 1, 5 m confirmée Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 59

II – Présentation du SHWD 4 – Charge appliquée et enregistrement des données Relation vitesse / temps de chargement Ø Quelques valeurs numériques : Temps d’impulsion du signal d’effort HWD [ms] 540 150 33 Vitesse de la roue [km/h] 20 70 320 Rappel : valeurs obtenues sur la structure de référence choisie => légèrement variables suivant les épaisseurs et propriétés mécaniques => Pour atteindre une gamme de variation de vitesses simulées de 20 à 200 km/h, prévoir des variations de Dt de 30 à 500 ms Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 60

II – Présentation du SHWD 4 – Charge appliquée et enregistrement des données Etendue des mesures acceptables Ø Effort appliqué - Variable entre 70 et 300 k. N environ (cf structure) - Nécessité d’appliquer une charge en adéquation avec la structure et le trafic accueilli Ø Déflexions mesurées - Gamme de mesure : 0 - 2000 µm - Déflexion cible 1500µm (cf problèmes d’homogénéité) Logigramme Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 61

II – Présentation du SHWD 4 – Charge appliquée et enregistrement des données Incertitudes en fonction des structures Ø Ø Mesure très répétable/reproductible Différence entre 2 essais provient en général des hétérogénéités de la structure (épaisseurs, propriétés des matériaux) Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 62

II – Présentation du SHWD 4 – Charge appliquée et enregistrement des données Interprétation des formes de courbe Ø Détection de comportements non-linéaires et/ou de présence de substratum peu profond : utilisation des modules apparents Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 63

II – Présentation du SHWD 4 – Charge appliquée et enregistrement des données Correction des déflexions en fonction de la charge Ø Ø Normalisation des résultats (pour détection de zones homogènes pas exemple) = Problème complexe car concurrence entre Fmax et Dt Préconisation STAC : ne pas normaliser Decreasing fall height Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 64

Merci de votre attention Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 65

Study framework Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 66

Study framework Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 67

Study framework Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 68

Introduction générale : de l’auscultation des chaussées Remorque de portance du STAC Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 69

Introduction générale : de l’auscultation des chaussées Principe de l’essai sur chaussées souples Ø Tester le complexe sol/chaussée à la fatigue sous chargements répétés 1 er cycle Charge P nulle Chargement + Palier de 10 s Déchargement rapide + palier à effort nul Ø Séries de 10 cycles de chargt-déchargt => charge admissible Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 70

Introduction générale : de l’auscultation des chaussées Principe de l’essai sur chaussées rigides Ø Déterminer la charge produisant dans le béton une contrainte de traction à la flexion égale à la contrainte admissible Mise en Place Ø Essai sur chaussée rigide Charge de service déterminée en fonction du critère le plus pénalisant entre les déformations verticales et l’élongation horizontale Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 71

Introduction générale : de l’auscultation des chaussées Avantages/inconvénients Ø Ø Essais en vraie grandeur Méthode empirique : analyse simplifiée Ø Ø Ø Application de charges très lentes => problèmes de fluage pour les chaussées souples avec fortes épaisseurs de matériaux bitumineux, à température élevée, … Interpolation 10 ->104 cycles Faible rendement (30 min/point d’essai) Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 72

Introduction générale : de l’auscultation des chaussées Méthodes sismiques Ø Analyse de la propagation des ondes de surface [Hildebrand, 2002] Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 73

Introduction générale : de l’auscultation des chaussées Méthodes sismiques Ø Analyse de la propagation des ondes de surface [Yuan et al. , 1998] Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 74

Introduction générale : de l’auscultation des chaussées Avantages/inconvénients Ø Ø Essai simple ; bon Ø rendement Détermination des propriétés mécaniques de l’ensemble des couches de la structure - Sollicitation très éloignée des chargements réels : Fréquences de l’excitation très élevées -> influence sur le comportement matériaux bitumineux Niveaux de déformation très faibles (facteur 1000) -> problème de comportement non linéaire des matériaux non liés Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 75

Introduction générale : de l’auscultation des chaussées Méthodes sismiques Ø Non linéarité des matériaux granulaires et du sol [Puech et al. , 2004] Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 76

I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Déflectographe Ø Tests à la poutre Benkelman automatisés au passage des demiessieux arrière (i. e. 1 poutre Benkelman par demi-essieu) Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 77

I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Déflectographe Caractéristiques du chargement : Ø Vitesse de déplacement : 5 km/h déflectographe Lacroix ; 8 km/h pour la version Flash Ø Charge : 65 -80 k. N Réalisation d’un essai: Ø Mise en place de la poutre devant le demi-essieu Ø Mesure Benkelman sous passage de la roue Ø Enlèvement de la poutre => Mesures discrètes ; 1 essai / 4 m Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 78

I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Déflectographe Exploitation standard : Ø Outil de suivi de réseau : études d’homogénéité sur de grandes sections ; détection de zones faibles Ø 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 Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 79

I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Déflectographe Inconvénients de ce matériel : Ø Vitesse de déplacement très lente : - Faible rendement Problèmes d’opérabilité Fréquence de sollicitation non représentative du trafic réel : apparition de problèmes de fluage Ø Longueur de poutre trop faible pour s’assurer d’une référence fiable, i. e. la référence supposée est en réalité dans la zone d’influence du demi-essieu Charges trop faibles pour des auscultations de chaussées aéronautiques Mesures discrètes et non continues Ø Ø Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 80

I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Curviamètre Ø Ø Tests de déflexion automatisés, à l’aide d’un géophone au passage d’un demi-essieu Configuration matérielle : 3 géophones sur une chaîne de 15 m ; chaîne au sol 2, 5 m devant le demi-essieu jusqu’à 1, 5 m derrière Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 81

I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Curviamètre Caractéristiques du chargement : Ø Vitesse de déplacement : 18 km/h Ø Charge : 65 k. N Ø Ø Ø Tare sur le géophone devant l’essieu (à 2, 5 m) Passage de l’essieu ; mesure par le géophone, entre +2, 5 m et -1, 5 m 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 / 5 m Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 82

I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Curviamètre Exploitation standard : Ø Idem que déflectographe Inconvénients de ce matériel : Ø Idem que pour le déflectographe Ø Vitesse de déplacement plus élevée néanmoins Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 83

I – Présentation des matériels de mesure de déflexions Lumière structurée Dh = pp - pa / tan a Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 84

II – Présentation du SHWD 1 – Schéma général Reconstitution d’un bassin pseudo-statique r Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 85

II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Système de pesage dynamique de précision Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 86

II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Système de pesage dynamique de précision Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 87

II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Système de pesage dynamique de précision Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 88

II – Présentation du SHWD 2 – Fonctionnement des capteurs Ancrages profonds schéma D. Guédon, LR Toulouse Formation SHWD – Principes de mesure CST Colas - 11 Juin 2012 ; Magny les Hameaux 89