Colloque Le Pont

3 octobre 2018, Labège

Les procédés d’investigation sur les ouvrages à câbles

Bastien VaurigaudCerema Sud-OuestPôle de Référence Ouvrages à Câbles

Octobre 2018

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Quelques ouvrages à câbles…

• Ponts ou passerelles suspendus

• Ponts ou passerelles à haubans

• Ponts ou passerelles à suspensions mixtes

• Autres types de structures :

• Remontées mécaniques

• Toitures/couvertures haubanées ou structures de tenségrité

• Supports de conduites/réseaux

• Antennes de télécommunication

• Pont levants ou transbordeurs

• Précontrainte externe ou de renforcement

• …

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Ponts suspendus, Gisclard, mixte

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Ponts à haubans

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Passerelles et autres types de structures

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Spécificités des ouvrages à câbles

• Câbles de différentes conceptions

• Massifs d’ancrage (ponts suspendus)

• Ancrages des câbles aux extrémités

• Point d’attache, de sortie d’ancrage, de déviation,

épanouissement des câbles

• Sensibles au réglage de leur suspension

• Particulièrement sensibles aux vibrations, au vent et aux

effets thermiques

• Pouvant présenter des déplacement importants

notamment de leurs câbles et pylônes

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Pathologies majeures

• Défaut de réglage pouvant entraîner de nombreux

désordres de fonctionnement au niveau des sections

articulées, appuis, ancrages,…

• Endommagement des câbles et leur ancrages par leur

exposition aux agressions environnementales : pluie,

vent, UV, gel-dégel,…

• Endommagement des câbles par fatigue en traction et en

flexion

• Endommagement par frottement ou effet combinés :

fretting, fretting-fatigue, fretting-fatigue-corrosion,…

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Ponts suspendus

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Ponts à haubans

1. Ancrage du/des câbles au tablier

2. Câble et sa/ses gaines en sortie d’ancrage (déviation angulaire la plus sévère) et

partie basse. Point d’ancrage d’amortisseurs éventuels

3. Câble et sa/ses gaines éventuelles en partie courante. Point d’ancrage d’aiguilles

éventuelles

4. Ancrages ou déviations en tête de pylône

5. Fûts de pylône

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Les grandes familles de câbles et d’ancrages

Type Désignation Composition Ancrage Type d’ouvrage

MTP Multi-torons

parallèles

Torons T15,2 ou T15,7 gainés

avec produit de remplissage

souple individuellement et/ou

collectivement

Clavettes coincées dans la

tête d’ancrage ou manchons

sertis appuyés sur la tête

d’ancrage

Ponts haubanés.

Procédé proche

des procédés de

précontrainte

externes au

béton.

MFP Multi-fils

parallèles

Fils ronds boutonnés avec

gainage collectif

Boutons appuyés +

coincement éventuel par

remplissage résine

Ponts haubanés

et ponts

suspendus

TMC Toron multi-

couches

Fils avec câblage à torsion

alternative. Protection par

complexe multi-couche ou

gainage collectif et/ou

individuel

Frisure + coincement conique

avec remplissage au zinc ou

à la résine

Ponts

suspendus et

ponts haubanés

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Les grandes familles de câbles et d’ancrages

MTP

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Les grandes familles de câbles et d’ancrages

TMC

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Les grandes familles de câbles et d’ancrages :

MFP

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Les grandes catégories d’investigations

• Inspections visuelles : relevé de désordres, estimation et

compréhension des mécanismes d’endommagement

• Evaluation de la qualité et la capacité résiduelle des

matériaux et des assemblages, recherche

d’endommagements

• Contrôle de la qualité des protections contre les

agressions environnementales (gaines, complexes anti-

corrosion,…)

• Mesures de géométrie, déplacements, vibrations

• Mesure des efforts

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Investigations sur les câbles

• Investigations visuelles et/ou endoscopique sur les points

pathologiques avec recherche de :

• rupture de fils

• rupture du film de peinture, état global

• signes de glissement aux points d’ancrage, attaches de suspentes,

colliers de déviation, colliers d’épanouissement

• gonfles

• écoulement d’eau

• endommagement de la gaine externe (déchirure, raccord,…)

Ces investigations peuvent aussi nécessiter de décaper la protection anti-

corrosion ou démonter des éléments fixés sur le câble : colliers, amortisseurs,

aiguilles…

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Investigations sur les câbles

17

Investigations sur les câbles

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Investigations sur les câbles

• Evaluation de l’oxydation interne par bobine électro-magnétique (B5-4)

• Câbles TMC

• Mesure d’inductance

• Mesure de référence nécessaire

• Indicateur de suivi

• Partie courante uniquement

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Investigations sur les câbles

• Recherche de défauts internes par bobines magnétiques (B5-5)

• Câbles TMC, MTP (selon gainage)

• Mesure de champs de fuite

• Zone de corrosion et fils rompus

• Mesure qualitative et quantitative

• Manutention difficile

• Partie courante uniquement

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Investigations sur les câbles

• Recherche de défauts de section par gammagraphie (B5-1)

• Possibilités de mise en œuvre à

évaluer au cas par cas

• Selon configuration et

dimensionnement de l’ouvrage

applicable sur partie courante,

ancrages, déviation…

• Mise en œuvre très contraignante

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Investigations sur la protection des câbles

• Recherche de vide dans les gaines haubanées injectées à la

cire pétrolière par thermographie IR

• Détection des anomalies d’injection de câbles au coulis de

ciment par sonde capacitive (B5-2)

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Investigations sur la protection des câbles

• Contrôle de la qualité et la durabilité des gaines PEHD par prélèvement

et caractérisation physico-chimique

• Pour les investigations sur les gaines possibilités de perçage pour

insertion d’endoscope ou d’ouverture de fenêtre pour inspection visuelle

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Investigations sur les ancrages des câbles

• Les ancrages et leurs voisinage sont des zones

particulièrement pathologiques et essentielles : des cas

de rupture sur ces zones sont régulièrement recensés

• Ponts suspendus anciens : analyse en fragilité par

prélèvement et analyse des tirants d’ancrage des

câbles (méthodologie du RST « Sully-sur-Loire »)

• Pas de méthode opérationnelle éprouvée pour les

culots de câbles TMC

• Gammagraphie ?

• Emission acoustique ? (Ifsttar)

• Nécessité de contrôler étroitement le dimensionnement et

la mise en œuvre

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Investigations sur les ancrages des câbles

• Pour les câbles MTP possibilité de recherche de rupture de fils et de

corrosion sur fils de torons individuels par auscultation US

• Nécessité de démontage des capots et réinjection

• Longueur d’auscultation limitée à la zone voisine de la plaque d’ancrage

• Auscultation fil par fil

• Méthode qualitative

Crédits photographiques : Advitam / Sixense

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Méthodes de mesure d’effort

• Evaluation des efforts pour contrôler le bon

fonctionnement/réglage de la structure

• Utilisation dans le cadre d’un recalcul de

l’ouvrage pour apprécier son niveau de sécurité

• Variation d’effort quantifiable par installation de

jauges de déformation

• Mesure d’effort dans les barres de serrage

(colliers,…) par mesure de temps de parcours

d’onde

• Mesure à « l’arbalète » (C4-3)

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Méthodes de mesure d’effort

• Mesure par méthode effort/déformation (C4-1)

• Vérinage de l’ancrage/tige avec mesure de pression (effort) et mesure du

déplacement de l’ancrage au comparateur (déformation)

• Détection du décollement au comparateur pour déterminer l’effort présent

• Importance des frottements et des alignements des matériels de transfert de

charge

• Procédure par paliers pour stabilisation du système de transfert et

hydraulique

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Méthodes de mesure d’effort

• Mesure par méthode effort/déformation

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Méthodes de mesure d’effort

• Mesure par méthode vibratoire (LPC35 / C4-2)

• Mesure des premières fréquences propres (2 à 3

capteurs 2-axes)

• Utilisation d’un modèle de corde ou de poutre adapté

pour déterminer l’effort

• Connaître précisément les longueurs libres et masses

linéiques des câbles

• Faisabilité à tester pour les cas complexes

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Méthodes d’investigation par suivi géométrique

et instrumenté

• Méthodes de topométrie (ITSEOA 2ème partie Fascicule 4)

• Capteurs GNSS (capteur de déplacement type « GPS »)

• Capteurs de déplacements, inclinomètre, accéléromètre,

interféromètre,…

• Evaluer un problème de réglage de l’ouvrage

• Comprendre un fonctionnement pathologique

• Revenir à un calcul d’effort à partir d’une géométrie de suspension

• Attention à l’influence importante des effets de trafic et de

température

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Méthodes d’investigation par suivi géométrique

et instrumenté

• Au delà de l’investigation ces méthodes peuvent aussi permettre de

réalisation un suivi en temps réel des ouvrages

• Possibilités d’utilisation dans le cadre de la mise sous haute surveillance

d’un ouvrage (système de surveillance acoustique pour la détection et

localisation de rupture de fils/câbles B5-3)

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Investigations et études

Afin de pouvoir interpréter les résultats d’investigations il est nécessaire

de coupler les investigations avec :

• une bonne connaissance de l’historique de l’ouvrage (procédés et

phasage de construction, travaux, évolutions,…)

• des éléments de calcul sur les efforts théoriques, le dimensionnement

de l’ouvrage et les coefficients de sécurité utilisés, notamment pour les

suspensions

• En terme d’endommagement la capacité résiduelle d’un câble

diminue plus rapidement que sa section résiduelle évaluée par les

méthodes d’investigation actuelles (part d’endommagement

indétectable)

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Synthèse

• Un large éventail de méthodes disponibles pour les investigations

• Nombreuses méthodes très spécifiques aux ouvrages à câbles

nécessitant des compétences spécialisées

• Des difficultés pour le contrôle des points sensibles et la définition des

capacités résiduelles

• Poursuivre les développements de matériel pour le contrôle des points

sensibles et travailler sur la conception des ouvrages

• Coupler les investigations avec des études, chaque ouvrage ayant ses

spécificités

• Possibilité de suivi avec les méthodes d’instrumentation actuelles

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Quelques éléments de bibliographie

• Les ponts suspendus en France, LCPC-Setra

• Haubans, Recommandations de la CIP, METL

• Conception des ponts à haubans, Cerema

• Guides techniques pour la surveillance et l’entretien des

ouvrages d’art 2ème partie (ITSEOA)

• Fascicule 34-1 Ponts suspendus

• Fascicule 34-2 Ponts à Haubans

• Bulletin ouvrages d’art n°60, Câbles et suspensions des ponts

• Les Haubans, P.Losset

• Cahiers interactifs Ifsttar-Cerema, Auscultation des Ouvrages

d’Art http://www.ifsttar.fr/collections/CahiersInteractifs/CII1/index.html

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Merci de votre attention

Bastien VAURIGAUDCerema Sud-OuestPôle de Référence Ouvrages à Câblesbastien.vaurigaud@cerema.fr