Inspections ciblées de ponts mixtes

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Christophe Aubagnac, Davy Przybyla, Christian Crémona

C. Aubagnac, D. Przybyla, C. Crémona10 mai 2012

Journées techniques Ouvrages d’Art 2012

SourdunSourdunMercredi 9 et Jeudi 10 maiMercredi 9 et Jeudi 10 mai



Inspections Ciblées de ponts mixtes Sommaire

• Rappel du contexte• Viaduc de Varennes les Mâcon

• Viaduc de Saint Blaise• Conclusions des retours d’expérience



Inspections Ciblées de ponts mixtes Rappel du contexte

• Groupe de travail Sétra chargé de mettre au point la méthodologie et le contenu des inspections ciblées, notamment des ponts mixtes (aléa fatigue…)

• Objectifs :– optimiser et organiser les programmes de maintenance préventive– détecter des niveaux d’endommagement critiques nécessitant une auscultation

spécifique

• Les ponts mixtes sont considérés comme des OA particuliers (groupe 2) et relèvent d’un suivi individuel

• 2 premières expériences « pour voir » en 2011:– viaduc de Varennes les Mâcon RN79 RCEA (CETE de Lyon - DL Autun)– viaduc de Saint Blaise (CETE de l’Est – LRPC Strasbourg)



Inspections Ciblées de ponts mixtes Rappel du contexte - contenu de l’IC proposée

– Analyse du dossier d'ouvrage, établissement d’une fiche de synthèse, analyse de risques simplifiée et choix des zones à caractériser;

– Pré-visite de l’OA;

– Instrumentation par jauges de déformation de quelques assemblages soudés sollicités vis à vis de la fatigue (mesure des variations de contraintes sous trafic pendant 3 semaines);

– Auscultation par ultra-sons de quelques assemblages soudés sollicités vis à vis de la fatigue;

– Caractérisation de la protection anticorrosion sur quelques zones pertinentes choisies en fonction de leurs expositions (faces vues / faces non vues, faces exposées: UV, vent, condensation... / faces non exposées…), dont :

• qualification visuelle suivant NF EN ISO 4628-2 à 5, tests de détection de discontinuité du revêtement suivant ASTM D 5162,

• réalisation de mesures ponctuelles d'épaisseurs totales du système en place par induction magnétique, complété par des essais au Paint Borer (type PIG),

• évaluation de l'adhérence, de la cohésion et de la friabilité du feuil de peinture par quelques essais de quadrillage selon NF EN ISO 2409,

• évaluation de l'étanchéité du système par quelques mesures de porosité basse tension,

• recherche de contaminants de surface solubles par la méthode de Bresle suivant NF EN ISO 8502-6;



Inspections Ciblées de ponts mixtes Rappel du contexte – contenu IC anticorrosion

Essais de quadrillage

Test de porosité Test de BreslesTest au Paint Borer



Inspections Ciblées de ponts mixtes Rappel du contexte - contenu de l’IC proposée– Caractérisation de l’aléa « corrosion du BA » sur quelques zones de 2 m2 pertinentes choisies en fonction de leurs expositions, dont :

• réalisation de cartographies des épaisseurs d'enrobage des aciers,

• réalisation de carottages pour détermination en laboratoire de la profondeur de carbonatation,

• détermination de profils de pénétration des chlorures en 4 points sur prélèvements de poudres;

– Etablissement d’un rapport de synthèse avec interprétation.

– En parallèle, réalisation d’une inspection détaillée périodique avec passerelle (rentabilisation des moyens d’accès).



Inspections Ciblées de ponts mixtes Rappel du contexte – IC fatigue exploitationExploitation des mesures :

Règle de cumul de dommage de Palmgren-Miner (cf guide de conception et de justifications – Résistance à la fatigue ponts métalliques et mixtes Sétra, CTiCM, SNCF)

A partir des données enregistrées des jauges de déformation, établissement d’un histogramme des étendues de contrainte « delta sigma i », pondérées par le coefficient partiel de sécurité « gamma Mf » (ici 1,25, élément non redondant, accessibilité réduite)

Compte-tenu de la durée de l’instrumentation sous trafic, calcul du nombre de cycles d’occurrence « ni » de chaque étendue de contrainte pour la durée de vie théorique résiduelle de l’ouvrage (100 ans – âge de l’ouvrage)

A partir de la courbe de fatigue correspondant à la classe de détail de l’assemblage instrumenté (ici 90 ou 71), détermination des différentes durées de vie « Ni » correspondant aux étendues de contraintes « gamma Mf » x « delta sigma i »

Dommage global D = Somme i (« ni » / « Ni »)

OK si D < 1 (assemblages instrumentés en sécurité vis à vis de la fatigue)

A défaut calcul de la durée de vie résiduelle de l’assemblage instrumenté



Inspections Ciblées de ponts mixtes Viaduc de Varennes les Mâcon - présentation

RN79 RCEA contournement Sud de Mâcon PR79+836Franchissement des RN6, ligne TGV PLM et rivière La GrosneAnnées de construction : 1993 – 1995 (antérieur au guide Sétra sur la fatigue)

Bi-poutre mixte entretoisé à 4 travées (34,75 – 2 x 45 – 34,75), longueur totale de 162 m, largeur de 13,50 m (3 voies de circulation effectives dont 2 voies lentes)

Poutres de hauteur constante 1,50 m; membrures supérieures de largeur 0,900 m; membrures inférieures de largeur 1,100 m; entraxe poutres de 7,20 m; entretoises HEA 500

Règlements calcul tablier : circulaire 81-63 du 28 juillet 1981 et fascicule 61 titre 5; prise en compte de la fatigue (classe de trafic RN normal : c = 1), cependant certaines dispositions constructives défavorables : lunules à la jonction âme/semelle, connecteurs en cornières

Charpente métallique posée à la grue; 5 tronçons par poutre (4 joints de chantier)

Hourdis préfabriqué sur site (22 plots) et poussé sur la charpente métallique depuis la culée C5 vers la culée C1



Inspections Ciblées de ponts mixtes Viaduc de Varennes les Mâcon - présentation

Trafic: 9700 véhicules/jour dont 22% de PL (chiffres 2008), mais évolution à la hausse attendue suite à la mise en service de l’A406 (liaison RCEA / A40)

Gel faible à modéré, salage très fréquent sur la RN79 (salage peu fréquent à fréquent sur la RN6)

Existence d’un dossier d’OA étoffé (dont NDC, résultats des contrôles des soudures et de la protection anticorrosion)

Défauts d’exécution connus: insuffisance généralisée d'épaisseur de la couche de finition bleue notamment

OA en bon état: note IQOA de 2 en novembre 2009

OA assez facilement visitable au moyen d’une passerelle avec condamnation d'une voie de circulation

=> Intérêt présenté par l’OA pour se prêter à une inspection ciblée orientée sur les aléas fatigue, corrosion de l’acier et corrosion du BA



Inspections Ciblées de ponts mixtes Viaduc de Varennes les Mâcon – Analyse du dossier d’OA

Choix des zones à caractériser - aléa fatigue :Après analyse des notes de calculs, choix d’assemblages bout à bout de membrures inférieures de poutres (changements d’épaisseurs de 36 mm à 50 mm) : sections d'abscisse :

- x = 25,75 m : joint d'atelier dans la travée de rive n°4 « C5-P4 » à 9 m de la pile P4 –0,74 L1–

ép 36 mm delta sigma max = 26,8 MPa à comparer à 0,405 x catégorie détail x (25/t)1/4 / 1,25 = 26,6 MPa (catégorie détail 90 sans meulage)

- et x = 70,75 m : joint de chantier dans la travée n°2 « P4-P3 » à 9 m de la pile centrale P3 –0,8 L2–

ép 36 mm delta sigma max = 26,3 MPa (catégorie détail 71 en raison de la lunulle)

Rq: Dans ces sections, contrôles à la construction : membrures US 100%, âmes radio 100%

Choix des zones à caractériser - aléa corrosion du BA :4 zones soumises à des ruissellements ou projections, dont 3 avec présence supposée de sels de déverglaçage: mur garde-grêve sur culée C5 extrémité côté Bourg en Bresse; encorbellement du hourdis « au dessus » de la RN6; partie inférieure de pile P4 côté chaussée de la RN6 et côté opposé.



Inspections Ciblées de ponts mixtes Viaduc de Varennes les Mâcon – Analyse du dossier d’OA

Choix des zones à caractériser - aléa corrosion acier :Système connu HAU 1 405.33 de International Celomer (parties vues des ouvrages situés en ambiance urbaine ou industrielle), teinte RAL 5015, 3 couches, ép sèche contractuelle totale 200 microns.

- 1ière couche: époxyde zinc ép sèche contractuelle 70 microns

- 2ième couche: époxyde oxyde de fer micacé ép sèche contractuelle 90 microns

- 3ième couche: polyuréthanne ép sèche contractuelle 40 microns

Application 1ière et 2ième couches en atelier, reprises et couche de finition sur chantier

Travaux de reprise des tranches des semelles inférieures en juin 1995; insuffisance généralisée d'épaisseur de la couche de finition bleue

4 zones retenues:

- zone 1 : travée 4 poutre Sud face non vue et non exposée

- zone 2 : travée 4 poutre Sud face vue et faiblement exposée aux UV

- zone 3 : travée 2 poutre Sud face non vue et non exposée

- zone 4 : travée 3 poutre Nord face vue et plutôt exposée aux intempéries



Inspections Ciblées de ponts mixtes Viaduc de Varennes les Mâcon – IC in situ

Auscultation US des 4 assemblages retenus (raboutages de membrures inférieures 36/50 mm) :Mode opératoire IS US 319-21, méthode manuelle par contact en ondes longitudinales et transversales

Appareil Krautkramer USN52L, palpeurs 4 MHz 0°, 45°et 60°

Auscultation sur peinture (ép théorique 200 microns, mesuré 220 à 375 microns…), nettoyage préalable

A. Gagnon, opérateur certifié COFREND niveau II

Aucune indication hors critère décelée




Instrumentation des 2 assemblages retenus (raboutages de membrures inférieures 36/50 mm) :Instrumentation par 2 x 2=4 jauges de déformation, disposées symétriquement par rapport à l’âme de la poutre, soudées sur la face supérieure de la tôle de plus faible épaisseur (36 mm) à environ 0,50 m de l’assemblage

Durée de 18 jours (29 septembre au 17 octobre 2011)



Inspections Ciblées de ponts mixtes Viaduc de Varennes les Mâcon – IC fatigue exploitation

Histogramme de rainflows NF A03-406 (1993)

0 10 2010

0

105

1010

J1

Travée n°2: coté Lyon

0 10 2010

0

105

1010

J2

0 10 20 3010

0

105

1010

J2

Travée n°4: coté Mâcon

0 10 2010

0

105

1010

J30 10 20 30

100

105

1010

J3

0 10 2010

0

105

1010

Etendue de contrainte [MPa]

J4

0 10 20 3010

0

105

1010

J4

0 1 2 3 4 5

x 105

1.5

2

2.5

3x 10

-3

Def

.

0 1 2 3 4 5

x 105

1

2

3x 10

-3

Indice de mesure

Def

.



Inspections Ciblées de ponts mixtes Viaduc de Varennes les Mâcon – IC fatigue exploitation

Vieillissement, dommage de Miner– X = 25,75 m travée 4 coté Mâcon: classe de détail 90– X = 70,75 m travée 2 coté Lyon : classe de détail 71

log( )S

log( )N

1:3

1:5

Classe de détailLimite de fatigue

6210 6510 8110

Limite de troncature

Indice de vieillissement (/ 1)

Durée de vie résiduelle (ans)

Coté Lyon MâconJ1 3.92E-04

2500

J2 6.65E-041500

0.0012840

J3 8.82E-041100

0.0019530

J4 0.0011890

0.0015650




Auscultation anticorrosion :JP. Dessertenne,

inspecteur certifié

ACQPA-FROSIO

niveau 3

Zone 1 face non vue et non exposée

Zone 2 face vue et faiblement exposée aux UV

Zone 3 face non vue et non exposée

Zone 4 face vue et plutôt exposée aux intempéries

Ep revêt Mini 231, moy 316 microns

Mini 205, moy 286 microns



Quadrillage Bonne adhérence revêtement

Adhérence couche de finition très faible



Porosité Ponctuellement qques porosités (arrêtes, tranches semelles inf)

Ponctuellement qques porosités (arrêtes semelles inf)

Défauts étanchéité (arrêtes, tranches semelles inf)

qques porosités (arrêtes, tranches semelles inf)

Contaminants 799 mg/m2 concentration élevée base âme

44 mg/m2 concentration modérée base âme

17,4 mg/m2 base âme

8,9 mg/m2 base âme

Visuel < Ri 1Souillures

< Ri 1 < Ri 1Localement corrosion arrêtes semelles inf

< Ri 1Localement corrosion arrêtes semelles inf




Auscultation anticorrosion :Globalement revêtement en relativement bon état, avec 3 types de dégradations ponctuelles :

– corrosion localisée des arêtes des semelles inférieures des poutres,

– décollements de la seule couche de finition sur les poutres et les entretoises,

– quelques manques d'étanchéité du revêtement là où la couche de finition n'est plus en place.

Le processus de dégradation de la protection anticorrosion est en cours et s’accélèrera dans les prochaines années…




Décollements localisés de la couche de finition

Corrosion localisée des arrêtes des semelles inférieures



Inspections Ciblées de ponts mixtes Viaduc de Saint Blaise – Présentation de l’OA

• Bipoutre mixte entretoisé de 1990• 5 travées continues : 37,5 - 43 - 73 - 43 - 37,5 m (= 204 m)• Dalle : largeur 13,90 • Épaisseur : 0,23 - 0,35 en encorbellement ; 0,35 - 0,30 entre poutre• Poutres : hauteur constante 1,70 m - entraxe : 7,9 m• Profil en long : parabole R 12000 m• Vue en plan : cercle R 1300 m• Pente transversale unique de 2,5%• Fascicule 61 titre II (Pont de 1ère classe - A et B) et V• Circulaire 81-63 - ponts mixtes acier béton• Béton B30 - Acier de charpente S355 - Armatures passives fe400




Trafic: 6000 véhicules/jour dont 10% de PL (chiffres 2011),

Gel faible à modéré, salage très fréquent sur la RN59

Existence d’un dossier d’OA étoffé (dont NDC, résultats des contrôles des soudures et de la protection anticorrosion)

Aucun défaut d’exécution mentionné

OA en relativement bon état: note IQOA de 2E en septembre 2011

OA assez facilement visitable au moyen d’une passerelle avec condamnation d'une voie de circulation

=> Intérêt présenté par l’OA pour se prêter à une inspection ciblée orientée sur les aléas fatigue et corrosion de l’acier









Inspections Ciblées de ponts mixtes Viaduc de Saint Blaise – Analyse de la NDC



Inspections Ciblées de ponts mixtes Viaduc de Saint Blaise – Analyse de la NDC



Inspections Ciblées de ponts mixtes Viaduc de Saint Blaise – CND soudures sélectionnées

Le contrôle a porté sur 4 cordons de soudures bout-à-bout en semelle inférieure :• joint d'atelier repère n°10 en travée centrale• joint de chantier repère n°7 en travée intermédiaire• joint de chantier repère n°6 en travée de rive• joint d'atelier repère n°8 en travée de rive

Réalisé par Arnaud GAGNON, DLA, titulaire d'une certification COFREND de niveau II.



Inspections Ciblées de ponts mixtes Viaduc de Saint Blaise – Examen protection anticorrosionRéalisé par Hervé CANNARD, LRS, inspecteur ACQPA/FROSIO



Inspections Ciblées de ponts mixtes Viaduc de Saint Blaise – Examen protection anticorrosion

- Les épaisseurs de peinture relevées sont conformes aux exigences du système de protection anticorrosion mis en œuvre. - Les niveaux d’enrouillement sont au niveau 0 à l’exception des tranches des semelles des poutres (Ri 2) et parfois en bas des âmes (Ri 2).- Les valeurs de résistance au quadrillage sont élevées avec des valeurs souvent comprises entre 3 et 5 (échelle de 0, aucun décollement à 5 décollement total de la peinture).- Les teneurs en sels solubles sont souvent élevées , - Les contrôles de porosité révèlent parfois des zones poreuses en partie basse des âmes des poutres .L’implantation des zones poreuses se situe souvent sur les zones de condensation préférentielle. - Des décollements avec un niveau d’écaillage de 5 (décollements généralisés) sur les raidisseurs longitudinaux et localement un niveau 2 sur les sous faces des semelles des poutres.



Inspections Ciblées de ponts mixtes Viaduc de Saint Blaise – Instrumentation assemblages « à risque »




• Enregistrement des déformations pendant 3 semaines• Exploitations des mesures avec un script rédigé pour

Matlab par C. CREMONA• Adaptation pour utilisation avec GNU OCTAVE (logiciel

libre)




Résultats sur une semaine d’enregistrement (en cours d’exploitation…)



Inspections Ciblées de ponts mixtes Conclusions des deux premiers retours d’expérience

Fatigue :Durées de vie résiduelles très importantes (D << 1); suivre malgré tout l’évolution du trafic lourd (en volume et en tonnage) dans les prochaines années;Il semble que les bi-poutres mixtes construits depuis le début des années 1990 avec prise en compte du guide Sétra se comportent très bien vis-à-vis de la fatigue;Retours d’expérience contribuant à la consolidation de la méthodologie (guide Sétra en cours d’écriture);Intérêt de tester les méthodes US « améliorées » (Phased Array, capteurs multi-éléments)Intérêt d’automatiser le traitement des données d’instrumentation pour le calcul de la durée de vie résiduelle ou de l’échéance de la prochaine IC



Inspections Ciblées de ponts mixtes Conclusions des deux premiers retours d’expérience

Anticorrosion :Utile car a permis à un spécialiste de préconiser :- des investigations complémentaires dans des zones plus agressées (zones exposées à des ruissellements avec chlorures) (importance du choix des zones et de leur accessibilité),- un vraisemblable entretien à exécuter à moyen terme (après essais préalables de faisabilité).Mais interrogations :- sur l’intérêt technique, économique et environnemental des opérations d’entretien de l’anticorrosion (ACV à établir…);- sur le lien avec l’approche « inspection ciblée » : Quel(s) « indice(s) de vieillissement »? Quelle « durée de vie résiduelle »? Est-il possible de les quantifier avant au moins une seconde IC (suivi des zones témoin)? Échéance de la prochaine IC? Échéance des travaux d’entretien?…



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