Brevet FR3097048A1 — publié le 20201211

Description Titre de l'invention : Procédé de surveillance d'un ouvrage [0001] La présente invention concerne un procédé d'instrumentation d'un ouvrage de toute nature par exploitation de sa réponse structurale à une sollicitation de type bruit de fond sismique et/ou ambiant composée des sollicitations naturelles et/ou anthropiques. [0002] Plus particulièrement, l'invention est applicable aux ouvrages réalisés et utilisés dans les domaines suivants : Génie civil, Infrastructures, Indushies, Transports, Énergie (production et acheminement), Barrages et digues, Bâtiments industriels ou d'habitation. [0003] La compréhension de l'état réel d'un ouvrage implique la mesure directe de pa- ramètres structuraux in situ. Parmi ces paramètres, les fréquences, propres, les raideurs et amortissements ainsi que la séquence modale qui ne dépendent que des caractéristiques physiques et géométriques de la structure de l'ouvrage (matériaux et dimensions) constituent des grandeurs essentielles pour la connaissance de cet état structural. Ces paramètres sont appelés caractéristiques mécaniques dans la suite du document. [0004] Les caractéristiques mécaniques sont accessibles par mesures de la réponse dynamique d'une structure (analyse modale expérimentale) soumise à une sollicitation vibratoire et notamment aux vibrations générées par le bruit de fond ambiant. [0005] La méthodologie d'obtention des caractéristiques mécaniques par analyse des spectres de réponse en fréquences (analyse modale expérimentale) issue du post-traitement du signal mesuré ne fait pas partie du champ d'application de cette invention. [0006] Le bruit de fond ambiant est caractérisé par sa très faible amplitude mais également par son très large contenu fréquentiel, il est généralement. qualifié de "bruit blanc" et sollicite les structures avec une énergie constante dans toutes leurs gammes de réponse dynamique. [0007] La difficulté de captation d'une réponse dynamique globale et réaliste d'une structure sollicitée par le bruit de fond est liée à la très faible amplitude de la sollicitation mais aussi à la localisation des points de mesure sur celle-ci. [0008] De chaque point de mesure il doit en effet être possible après traitement du signal mesuré d'extraire les caractéristiques dynamiques souhaitées, dont les caractéristiques mécaniques évoquées en [0003]. Le signal mesuré en chaque point ne doit donc pas être perturbé au-delà des possibilités dc mesurage, de filtration du signal capté et des post-traitements possibles. [0009] La détermination des localisations préférentielles où les mesures ne seraient poten- tiellement pas perturbées par des phénomènes internes ou externes à la structure ins- 2 trumentée est impossible en l'état actuel des connaissances. [0010] Il est possible de contourner cette difficulté pratique de deux façons, soit par mise au point d'un algorithme de post-traitement particulièrement efficace et robuste pouvant discriminer ce qui relève de la perturbation ou d'un phénomène local réel, soit par optimisation du signal, des localisations des points de mesures et corrélations des mesures ainsi réalisées. [0011] Il est proposé ici un procédé de surveillance d'un ouvrage comprenant une mise en place d'instruments de mesure sur l'ouvrage, la mesure d'une réponse dynamique de l'ouvrage à un bruit de fond ambiant par des enregistrements synchronisés à l'aide desdits instruments et la détermination de modes vibratoires et des déformées modales de l'ouvrage dans ladite réponse, la mise en place comprenant une réalisation d'un maillage tridimensionnel de points de mesure représentatif de la géométrie d'un élément de structure de l'ouvrage ou dudit ouvrage dans son ensemble. [0012] Avantageusement, la mesure comprend un enregistrement simultané et synchronisé par les instruments de mesure. [0013] Avantageusement, la mesure comprend l'établissement d'un instant et d'un point de référence, les enregistrements par les instruments étant ensuite menés séquentiellement. [0014] Avantageusement, la mise en place d'instruments de mesure en dehors de l'ouvrage, et, pour la détermination des modes vibratoires de l'ouvrage, la prise en compte d'enregistrements simultanés par lesdits instruments en dehors de l'ouvrage avec les enregistrements effectués par les instruments de mesure mis en place sur l'ouvrage. [0015] [fig.1] [fig.2] Les figures 1 et 2 montrent deux modes de réalisation de l'invention, pour un pont et pour un immeuble de quatre étages, vus du côté et vu de dessus. [0016] L'objectif de la présente invention est de décrire un procédé de localisation optimisé des points de mesures permettant d'obtenir la réponse dynamique de toute structure soumise à une sollicitation de type bruit de fond ambiant. [0017] La présente invention est applicable à tout type de mesurage destiné à enregistrer et obtenir un signal vibratoire pouvant être post traité en vue de la détermination des grandeurs évoquées en [0003] pour autant que la sollicitation soit le bruit de fond ambiant ou toute autre sollicitation assimilable à celui-ci et que le signal mesuré puisse être considéré comme stable. [0018] Les mesurages des accélérations, vitesses particulaires ou déformées modales entrent ainsi dans le champ d'application de cette invention. Pour ces dernières il peut s'agir de déformées relatives ou absolues. [0019] Dans le cadre de la solution la stabilité du signal brut mesuré en chaque point et gérée par un algorithme de traitement du signal qui permet de filtrer celui-ci et élimine 3 les singularités pouvant perturber le contenu des spectres de réponse de l'analyse modale expérimentale. [0020] Le filtrage [0014] consiste à évaluer le rapport d'amplitude du signal d'une fenêtre dite courte de 2scc avec celui d'une fenêtre dite longue de 30scc. Le signal mesuré est intégralement parcouru parce fenêtrage et les fenêtres ne satisfaisant pas au rapport souhaité sont éliminées. [0021] L'analyse modale expérimentale et la détermination des spectres de réponse se fait ensuite sur le signal brut résiduel [0015]. Le signal étant alors considéré comme stable pour chaque point de mesure. [0022] Afin de pouvoir corréler les points entre eux et ainsi obtenir la réponse dynamique globale ou locale de la structure, chaque signal stable ponctuel doit être corrigé des variations du bruit de fond pouvant exister au court de la plage temporelle de mesure. [0023] Cette correction [0017] se fait par comparaison et normalisation avec le signal d'un point de mesure de référence placé au sol et à l'extérieur de l'ouvrage analysé. [0024] En ce point de référence et pour permettre cette normalisation le signal doit être mesuré en continu pour recouvrir toutes les séquences de mesures des autres points. [0025] En complément de l'exigence de stabilité du signal [0015] à [0019] l'objectif [0011] est atteint par positionnement de points de mesures synchronisés en temps ou non et selon un maillage qui permet la description de façon exhaustive de la géométrie de l'ouvrage mesuré et dont la densité de point est variable selon le type de structure et le degré de précision souhaité pour l'analyse des résultats. [0026] Le maillage de points permettant la description géométrique de la structure ins- trumentée peut être régulier ou aléatoire. [0027] Cette description doit être tridimensionnelle et correspondre à l'enveloppe totale ou partielle des structures de l'ouvrage analysé. [0028] Le maillage de points peut être séquentiel ou global. Dans le cas d'un maillage sé- quentiel (successions de plusieurs ensembles de points de mesures) la globalité des points de mesures doit décrire la géométrie totale des structures de l'ouvrage (structures principales et/ou secondaires). [0029] Le maillage de points sur l'ouvrage doit être complété de points hors ouvrages (au sol dans l'environnement de l'ouvrage) afin de pouvoir différencier les informations redevables à l'environnement de l'ouvrage de celles dues à l'ouvrage lui-même. Ces points doivent être représentatifs de l'environnement d'implantation de l'ouvrage. [0030] Le signal mesuré en chacun de ces points complémentaires ne doit pas être influencé par la structure de l'ouvrage analysé (structure objet du maillage décrit par cette invention). [0031] La distance à l'ouvrage des points de mesures hors ouvrages est variable selon les di- mensions et la masse de l'ouvrage et la nature de l'environnement d'implantation. Des tests destinés à vérifier l'absence de perturbations du signal mesuré doivent être réalisés pour déterminer la distance minimale requise. [0032] Dans le cas où les caractéristiques mécaniques d'un seul élément de structure sont re- cherchées, les principes de description de la géométrie évoqués ci-dessus sont appliqués à l'élément en question. De manière analogue à une étude globale d'ouvrage, le maillage doit être complété par des points de mesure indépendants de l'élément analysé afin dc pouvoir différencier les informations redevables à la structure globale de l'ouvrage dc celles de l'élément. [0033] Dans ce cas, les points de mesure hors ouvrages peuvent ne pas être effectués. [0034] Les mesures effectuées en chaque point du maillage de la structure (global ou d'un seul élément de celle-ci) peuvent être synchronisés en temps ou non. [0035] En l'absence de synchronisation temporelle, le signal acquit en chaque point dc mesure peut être post-traité individuellement et les informations ainsi déterminées en chaque point corrélées entre elles. Les déformées modales [0013] ne peuvent dans ce cas être obtenues. [0036] Dans le cas d'un maillage synchronisé en temps, la synchronisation doit être effective en chaque point du maillage, avec une précision au plus égale à une unité de l'échantillonnage choisi pour l'acquisition du signal, et ceci durant toute la phase de mesures. [0037] La fréquence d'acquisition du signal en chaque point ne peut être inférieure à 200 Hz, soit une unité d'échantillonnage de 0,005 seconde. [0038] Dans le cas d'un maillage séquentiel, la référence de synchronisation ou point de référence doit être le même pour toutes les séquences. [0039] Lorsque les points sont synchronisés, les déformées modales [0013] sont accessibles et représentatives des déformées réelles de l'ouvrage ou de l'élément analysé. [0040] La densité de points [0020] est dépendante de la résolution souhaitée pour l'analyse mécanique de l'ouvrage instrumenté. [0041] Les distances entre points de mesure ne doivent pas être supérieures à 10m dans au moins 2 des 3 directions de l'espace pour un ouvrage tridimensionnel. [0042] Pour un ouvrage pouvant être assimilé à une structure plane la distance maximale entre points peut être portée à 20m. [0043] Le maillage de points de mesure d'un ouvrage, global ou élémentaire, synchronisé ou non, doit permettre une corrélation entre points facilement identifiable. [0044] Le procédé inclus pour cela un repérage dans l'espace selon les axes orthogonaux des abscisses, ordonnées et cotes telles que définies en [0036] [0045] Dans l'espace muni d'un repère (0,à tout point de mesure t k A correspond un triplet unique (x,y,z) de nombres appelées coordonnées de A. On a Et on note A (x,y,z) avec x l'abscisse, y l'ordonnée, z la cote. 100461 Le repère ainsi défini peut ne pas être orthonormé. 100471 La méthodologie de mesurage du signal sur l'ouvrage et de positionnement des points de mesure 100121 à100411 étant maintenant établie, la réponse dynamique de l'ouvrage instrumenté 100111 peut être obtenue par analyse des résultats de traitement de chaque point et par corrélations des résultats entre points de mesures. 100481 L'analyse d'un point ou les corrélations entre points mitoyens permet de déterminer les réponses dynamiques locales d'une structure ou d'un élément de celle-ci. 100491 La détermination de la réponse globale d'une structure nécessite par contre de corréler l'ensemble des points de mesures entre eux. 100501 La solution propose deux critères de corrélation globaux, le critère de fréquences pondérées ou CEP et le critère d'amplitudes modales pondérées ou CAMP. 100511 Le CEP consiste à établir la somme des fréquences pondérées d'une séquence modale. La pondération est faite par rapport au mode jugé prépondérant pour le comportement de la structure ou à défaut le mode 1. 100521 Le CAMP consiste à établir la somme des amplitudes modales pondérées d'une séquence modale. La pondération est faite par rapport au mode jugé prépondérant pour le comportement de la structure ou à défaut le mode 1. [0053] Les CFP et CAMP permettent ainsi des analyses simplifiées de structures complexes. Les formulations de chacun des critères sont présentées ci-après : [Math.1] CFPi= v a.( f , 1i n .) - i f . j( ap. E a ,amp.. ) Avec : 7., .1 m CAMP, J point de mesure considéré ; mode propre retenu ; nombre de modes retenus pour le point de mesure ; CEP; : critère de fréquence pondéré au point i ; CAMP; : critère d'amplitude modale pondéré au point i ; fid) : fréquence du mode j au point de mesure j; ampij : amplitude du mode j au point de mesure j; f 1 : fréquence médiane du mode j sur l'ensemble des points de mesure 6 coefficient pondérateur du mode j (par défaut égal à 1). [0054] La méthodologie de maillage et d'analyse présentée de [0011] à [0048] est applicable à tout type d'ouvrage de quelque nature que cc soit et en toute condition environnementale assujetti aux conditions de service en situation d'exploitation normale définie par le gestionnaire de l'ouvrage. 7 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] REVENDICATIONSProcédé de surveillance d'un ouvrage comprenant une mise en place d'instruments de mesure sur l'ouvrage, la mesure d'une réponse dynamique de l'ouvrage à un bruit de fond ambiant par des enregistrements synchronisés à l'aide desdits instruments et la détermination de modes vibratoires et des déformées modales de l'ouvrage dans ladite réponse, caractérisé en ce que la mise en place comprend une réalisation d'un maillage tridimensionnel de points de mesure représentatif de la géométrie d'un élément de structure de l'ouvrage ou dudit ouvrage dans son ensemble. Procédé de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mesure comprend un enregistrement simultané et synchronisé par les instruments de mesure. Procédé de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mesure comprend l'établissement d'un instant et d'un point de référence, les enregistrements par les instruments étant ensuite menés séquentiellement. Procédé de surveillance selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend la mise en place d'instruments de mesure en dehors de l'ouvrage, et, pour la détermination des modes vibratoires de l'ouvrage, la prise en compte d'enregistrements simultanés par lesdits instruments en dehors de l'ouvrage avec les enregistrements effectués par les instruments de mesure mis en place sur l'ouvrage.