Brevet FR2645270A1 — publié le 19901005

PROCEDE PERMETTANT L'ETABLISSEMENT D'UN DIAGNOSTIC D'ETAT DE CONDUITE OU GALERIE ET APPAREILLAGE POUR SA MISE EN OEUVRE. La présente invention a trait à un procédé permet- tant la réalisation de manière simple, efficace, rapide, de diagnostics d'état d'ouvrages d'art, tels que con- duites, galeries, soumis dans le temps à des contraintes pouvant provoquer soit des dégradations locales (entrai- nant des nuisances pour leur exploitation), soit des désordres généralisés pouvant aller de la présence de fissures de grande ouverture jusqu'à une ruine totale et ce, afin de réaliser l'établissement d'un diagnostic d'état desdits ouvrages par l'établissement d'une loi de comportement global pour assurer la surveillance et/ou entretien et/ou réfection de manière sûre et efficace; elle a trait également à un appareillage permettant de mettre en oeuvre ledit procédé. Il est bien connu que les ouvrages d'art, tels que conduites ou galeries permettant, par exemple, l'alimen- tation en eau potable ou de tout autre produit de con- sommation, l'évacuation des eaux usées, les tunnels routiers ou ferroviaires..., sont à base de matériaux qui vieillissent dans le temps par suite des agressions physico-chimiques dont ils sont le siège, des modifica- tions des conditions d'exploitation, des changements de caractéristiques des terrains encaissants éventuels et que les contraintes auxquelles ils sont soumis peuvent entraîner des dégradations locales plus ou moins impor- tantes, et qui impliquent donc non seulement une sur- veillance, mais également un entretien et une remise en état. Z645270 A ce jour, la maintenance et l'entretien de tels ouvrages est basée sur une méthode qui, d'une manière générale, consiste dans des observations visuelles et des auscultations non destructives permettant de juger de la qualité ou de l'homogénéité du revêtement ou du sol encaissant. Pour effectuer de telles auscultations non destructives, on utilise des méthodes faisant appel aux ultra-sons, aux radars, à l'acoustique, à la gam- mamétrie... Ces méthodes présentent cependant comme inconvénient de ne pas pouvoir tirer une conclusion. fiable sur la sécurité offerte par l'ouvrage. Par suite, on les complète par des auscultations destructives qui consistent, d'une manière générale, dans la prise d'échantillons que l'on analyse ensuite en laboratoire. Toutes les méthodes proposées à ce jour ne donnent cependant pas entièrement satisfaction par le fait qu'elles sont longues et délicates à mettre en oeuvre, notamment lorsque l'on se trouve en présence de condui- tes enterrées. Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un procédé simple et économique qui permet de surmonter ces inconvénients et qui ne néces- site, pour sa mise en oeuvre, qu'un appareillage, qui fait également partie de l'invention, de conception simple, particulièrement fiable et qui peut être utilisé indifféremment dans le cas d'ouvrages ayant des dimen- sions et/ou formes de section pouvant varier. Par ailleurs, le procédé selon l'invention permet d'obtenir des mesures qui sont traitées pour établir une loi de comportement mécanique globale de l'ouvrage con- trôlé et de tirer une conclusion sur le degré de sécu- rité réelle de la structure afin de déterminer les in- terventions nécessaires à son maintien en état (surveil- lance orientée, renforcement, reconstruction...). D'une manière générale, l'invention concerne donc un procédé permettant l'établissement d'un diagnostic d'état d'ouvrages, tels que conduites, galeries.. qui consiste: - à recueillir des informations de manière visuelle sur le site, permettant non seulement de recon- naître ce site mais également de déterminer de manière globale l'état apparent de dégradation de l'ouvrage; - à effectuer une auscultation non destructive permettant de juger de l'état de la conduite ou galerie; et il se caractérise en ce que ladite auscultation non destructive est réalisée au moyen d'essais mécaniques effectués de place en place le long de la structure et à l'intérieur de cette dernière, lesdits essais mécaniques consistant à exercer des forces opposées sur les parois internes de l'ouvrage et à mesurer les déformations et/ou déplacements qui en résultent en au moins deux points distincts de l'ouvrage ausculté. Selon une forme de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on exerce les forces sur les parois en au moins deux directions opposées et on effectue la mesure des déformations et/ou déplacements qui en résultent en au moins deux points de la structure diamétralement opposés. Grâce à un tel procédé, il est possible, après identification de la structure d'obtenir, au moyen des résultats de ces essais effectués sur le site par une auscultation non destructive, par une analyse multipara- métrique un classement de la longueur de l'ouvrage aus- culté en zones à risques croissants (par exemple zones classées en quatre niveaux de risques: 0,1,2,3). En fonction du type de conduite auscultée et du-degré de risque trouvé, on peut donc déduire les opérations à entreprendre dans l'ouvrage, opérations qui peuvent aller du simple maintien en l'état jusqu'à la réfection totale. L'invention concerne également un appareillage permettant la mise en oeuvre du procédé précité et plus particulièrement un appareillage qui permet de réaliser les essais mécaniques permettant l'auscultation non destructive conformément à l'invention. Cet appareillage se caractérise en ce qu'il com- prend essentiellement: - un ensemble (chariot ou élément équivalent) ayant une structure et des dimensions permettant de l'introduire et de le déplacer à l'intérieur de l'ouvrage (conduite) à ausculter, ce chariot supportant des moyens (désignés dans la suite de la description par l'expression "système de char- gement") permettant d'exercer sur les parois de l'ouvrage des forces dans deux directions oppo- sées et; - des moyens permettant de mesurer les déplacements et déformations qui résultent de l'action des forces précitées en au moins deux points dis- tincts - des moyens, de préférence montés sur le chariot précité (mais qui pourraient être également mon- tés sur un chariot annexe), et qui permettent la réception, la mise en mémoire et le traitement des forces appliquées et des déplacements et déformations mesurés, en vue d'un traitement et exploitation permettant d'établir un diagnostic d'état de la longueur de l'ouvrage, une loi de comportement global de la structure par un sys- tème expert informatique, un classement de l'ouv- rage ausculté en zones à risques et éventuelle- ment une définition des opérations de maintien en l'état de l'ouvrage. Avantageusement et en pratique: - les moyens permettant d'exercer les forces contre les parois sont constitués essentiellement par un en- semble comportant un vérin à double effet exerçant son action sur deux éléments mobiles, en forme de sabot, et qui viennent s'appliquer contre les parois de l'ouvrage sur une zone en forme de secteurs; - les moyens permettent de mesurer les déplacements et déformations qui résultent des forces exercées sont constitués par un ensemble se présentant sous la forme d'une perche télescopique déplaçable indépendamment du chariot et comportant des capteurs électroniques; de préférence, un système additionnel de mesure des dépla- cements et déformations dans le sens horizontal est associé au système de mesure précité utilisé quant à lui dans le sens vertical; ces ensembles sont, comme dit précédemment, indépendants du chariot portant le système de chargement et peuvent être positionnés d'une manière quelconque et être multipliés à souhait. 2645270O L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce à l'exemple de réalisation donné ci-après à titre indicatif, mais non limitatif, les trois schémas annexés illustrant vue de face un chargement horizontal (figure 1>, vue de face un charge- ment vertical (figure 2) et vue de côté (figure 3) un type d'appareillage permettant de réaliser les essais mécaniques conformément au procédé selon l'invention. Comme indiqué précédemment, le procédé conforme à l'invention permettant l'établissement d'un diagnostic d'état d'ouvrages tels que conduites, galeries..., se caractérise en ce que l'on réalise une auscultation non destructive de l'ouvrage au moyen d'essais mécaniques effectués de place en place le long de la structure et à l'intérieur de cette dernière, lesdits essais consistant à exercer des forces opposées sur les parois internes de l'ouvrage et à mesurer les déformations et déplacements qui en résultent en au moins deux points distincts. Pour ce faire, on utilise un ensemble tel qu'il- lustré aux figures 1,2 et 3 conçu de manière à pouvoir être introduit et déplacé àl'intérieur de l'ouvrage à ausculter. Cet ensemble est, dans le mode de réalisation il- lustré, constitué essentiellement de deux chariots dési- gnés respectivement par la référence générale (C1) et (C2). Sur le chariot (Cl) dit "chariot principal", est monté le système permettant d'exercer les forces oppo- sées sur les parois internes de l'ouvrage (ensemble dit "système de chargement"). Le chariot (C2) (dit "chariot annexe") supporte quant à lui la centrale d'acquisition et de traitement des données et d'alimentation et des moyens permettant la mesure des déplacements et déforma- tions produites. Ce mode de réalisation en deux cha- riots séparés (C1,C2) n'est cependant pas limitatif et il pourrait être envisagé de n'avoir qu'un seul chariot supportant l'ensemble des moyens précités. Dans l'exemple de réalisation illustré, le chariot (C1) se présente sous la forme d'un ensemble comprenant un corps central (2,3,4,6,6bis et 7) montés sur des moyens constitués dans le cas présent par un jeu de trois jambes, désigné par la référence (5) portant des roues (9 et 10). Le jeu de jambes (5) est conçu de telle sorte que le niveau des roues et/ou l'écartement entre elles puissent être modifiées en fonction des conduites à l'intérieur desquelles l'appareillage est destiné à être déplacé. Dans le mode de réalisation illustré, le corps central (2,3,4,6,6bis et 7) et le jeu de jambes (5) sont constituées d'éléments démontables et les roues (9 et 10) sont montées sur les jambes (5) de telle sorte qu'elles puissent être réglées tant horizontalement que verticalement, afin de permettre le calage de l'appa- reillage à l'intérieur de tout type de profil de con- duites. Ces éléments de réglage seront réalisés au moyen de tout élément conventionnel et ne sont donc pas repré- sentés en détail dans les schémas annexés, les possibi- lités de réglage étant simplement représentées par des axes et des flèches à la figure 1. Dans le corps central (2,3,4,6,6bis, et 7) est monté le système de chargement qui permet d'exercer les forces opposées sur les parois internes de l'ouvrage (figures 1 et 2). Ce système de chargement est constitué essentiellement par un vérin longue course et à double effet (7) qui permet de déplacer et mettre en place des éléments (2) exerçant les forces contre la surface des parois et qui est associé à un capteur électronique de force (4) relié à une centrale d'acquisition de données (19 sur la figure 3) et qui permet la lecture, le stock- age et le traitement des efforts appliqués. Cette cen- trale d'acquisition de données (19) est monté sur un chariot (C2) (figure 3> et permet la réception, la mise en mémoire et le traitement des forces appliquées ainsi que des déplacements et déformations mesurées produites par ces forces. Eventuellement, cette centrale pourrait être reliée directement à un ordinateur afin de permettre un traite- ment en continu et ce, par l'intermédiaire du système expert pouvant y être incorporé. Le système de chargement est, comme dit précédem- ment constitué essentiellement de deux sabots de charge- ment de grande surface (2) actionnés par un vérin (7). Ce système de chargement se présente, comme illustré aux figures annexées, sous la forme de deux sabots permet- tant d'appliquer les forces en épousant une partie de la surface interne de la conduite à ausculter. Afin de permettre une adaptation de l'appareillage à l'intérieur de conduites ayant des sections différentes, un étai coulissant (6 et 6bis) chevillé à la position requise par une broche (12) est placé entre les sabots de char- gements et le système de chargement. Un tel système de chargement permet, grâce à son guidage, un positionnement quelconque à l'intérieur de la conduite de manière à exécuter trois types de mouve- ments, à savoir mouvement vertical, mouvement horizontal et mouvement rotationnel autour d'un axe horizontal. La mesure des déformations et des déplacements qui résulte des forces exercées contre la paroi, est effec- tuée au moyen d'un ensemble désigné par les références générales (14 et 15) et visible seulement à la figure 3. Cet ensemble est constitué essentiellement d'un système (14) de mesure des déplacements et des déformations dans le sens horizontal et d'un système (15) de mesure des déplacements et déformations dans le sens vertical. Ces deux systèmes (14,15) se présentent essentiellement sous la forme de perches télescopiques pouvant être fixées entre deux points opposés. Ces systèmes (14,15) sont équipés de capteurs électroniques (17) reliés directe- ment à la centrale d'acquisition (19). Ils sont indépen- dants du système de chargement et peuvent être position- nés d'une manière quelconque et éventuellement être multipliés à souhait. Bien entendu, si dans l'exemple illustré aux figu- res 1,2 et 3, l'appareillage de mesure est déplacé ma- nuellement, il peut être envisagé de l'automatiser, voire éventuellement dans le cas o l'on souhaite effec- tuer des contrôles dans des milieux agressifs à l'homme, de réaliser un ensemble pouvant être téléguidé à dis- tance. Il pourra également être envisagé de lui associer des accessoires divers, tels que caméras, sondes diver- ses, profilographes.... Il peut être envisagé également de concevoir un seul chariot regroupant l'ensemble des fonctions de chargement et le transport du matériel annexe (centrale d'acquisition, énergie...) au lieu de deux chariots (un chariot principal pour le chargement et un chariot an- nexe pour le transport des matériels). Un tel appareillage peut être utilisé pour effec- tuer les diagnostics d'état d'ouvrages ayant tout type de profil (circulaire, carré, rectangulaire, ovoïde..). Une mise en oeuvre d'un tel appareillage est le suivant. Apres mise en place de l'appareillage à l'intérieur de la conduite à ausculter et réglage de cet appareil- lage, on effectue des mesures de place en place le long de la conduite. Lors de ces mesures, on procède à une application croissante puis décroissante des forces et on effectue un relevé automatique desdites forces et des déplacements qu'elle engendre. Les données (force et - déplacements) sont transmises à la centrale d'acquisi- tion pour stockage et traitement par le système expert. L'essai étant terminé, on déplace l'engin dans une autre zone pour effectuer un second essai. A l'aide des mesures effectuées, il est possible de réaliser l'établissement d'un diagnostic d'état de l'ou- vrage et d'établir une loi de comportement global, te- nant compte de sa structure, de son exploitation et de son environnement immédiat (sol, eau..). Cette loi est introduite dans un modèle numérique de calcul qui est le système expert permettant une identification du système structure-environnement (généralement le sol) et véri- fiée par un processus numérique de calcul tridimension- nel permettant l'explication des dégradations relevées lors de l'auscultation (déformations, fissures, écrase- ment..). Cette première étape permet de trouver l'ex- plication de dégradations éventuelles et d'en mesurer l'impact au niveau de l'exploitation de l'ouvrage. Une deuxième étape du processus numérique consiste en une analyse multiparamétrique permettant de déduire le ou les paramètres les plus influants vis-à-vis de la ruine de l'ouvrage (état limite ultime). Cette étape permet un classement du linéaire ausculté, en zones à risques, et chacune d'elles correspond à une opération définitive pour la pérennité de l'ouvrage (surveillance, renforcement, reconstruction...). Dans le cas d'une réparation ou d'une reconstruction, une troisième étape basée sur une modélisation fine par éléments finis, permet de définir quantitativement et qualitativement la technique et les matériaux de réparation adoptés pour l'ouvrage. Un tel procédé d'auscultation est non seulement simple à mettre en oeuvre, mais également permet de déterminer avec précision l'état de l'ouvrage ausculté et la définition des opérations nécessaires à son main- tien en état éventuellement. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit précédemment, mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. REVENDICATIONS 1/ Procédé permettant l'établissement d'un diagnos- tic d'état d'ouvrages, tels que conduites, galeries.. qui consiste: - à recueillir des informations de manière visuelle sur le site, permettant non seulement de recon- naitre ce site mais également de déterminer de manière globale l'état apparent de dégradation de l'ouvrage; - à effectuer une auscultation non destructive permettant de juger de l'état de la conduite ou galerie; caractérisé en ce que ladite auscultation non destruc- tive est réalisée au moyen d'essais mécaniques effectués de place en place le long de la structure et à l'inté- rieur de cette dernière, lesdits essais mécaniques con- sistant à exercer des forces opposées sur les parois internes de l'ouvrage et à mesurer les déformations et/ou déplacements qui en résultent en au moins deux points distincts de l'ouvrage ausculté. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on exerce les forces sur les parois en au moins deux directions opposées et en ce qu'on effectue la mesure des déformations et/ou déplacements qui en ré- sultent en au moins deux points de la structure diamé- tralement opposés. 3/ Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 et 2 permettant de réaliser les essais mécaniques nécessaires à l'ausculta- tion non destructive, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement: - un ensemble (chariots C1,C2 ou élément équiva- lent) ayant une structure et des dimensions per- mettant de l'introduire et de le déplacer à l'in- térieur de l'ouvrage à ausculter, et qui suppor- te des moyens "dits de chargement" permettant d'exercer sur les parois de l'ouvrage des forces dans au moins deux directions opposées; - des moyens (14,15) permettant de mesurer les déplacements et/ou déformations qui résultent de l'action des forces précitées en au moins deux points distincts de l'ouvrage et; - des moyens (19), montés sur l'ensemble précité et qui permettent la réception, la mise en mé- moire et le traitement des forces appliquées des déplacements et déformations mesurés, en vue d'un traitement et exploitation permettant d'établir un diagnostic d'état de la longueur de l'ouvrage, une loi de comportement global de la structure par un système expert informatique, un classement de l'ouvrage ausculté en zones à risques et éven- tuellement une définition des opérations de main- tien en l'état de l'ouvrage. 4/ Appareillage selon la revendication 3, carac- térisé en ce que les moyens de chargement permettant d'exercer les forces contre les parois sont constitués essentiellement par un ensemble comportant un vérin (7) à double effet, exerçant son action sur deux éléments mobiles (2), en forme de sabot, et qui viennent s'appli- quer contre les parois de l'ouvrage sur une zone en forme de secteurs. / Appareillage selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les moyens (14,15) permettant de mesurer les déplacements et déformations qui résul- tent des forces exercées, sont constitués par un en- semble se présentant sous la forme d'une perche téles- copique, déplacable indépendamment de l'ensemble (C1,C2) et comportant des capteurs électroniques. 6/ Appareillage selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les moyens permettant de mesu- rer les déplacements et déformations qui résultent des forces exercées, sont constitués de deux ensembles, l'un permettant d'effectuer une mesure dans le sens horizon- tal, l'autre dans le sens vertical.