Auscultation non destructive de la précontrainte extérieure des ouvrages d'art

Non destructive auscultation of exterior prestressing steel of concrete bridge

• Auteur / Autrice : Jonas Aparicio
• Direction : Gilles Foret
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Structures et Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 24/01/2024
• Etablissement(s) : Marne-la-vallée, ENPC
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : NAVIER
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Matériaux et structures architecturés
• Jury : Président / Présidente : Lamine Dieng
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Forêt, Lynda Chehami, Jean-Jacques Sinou, Jean-François Semblat, Sandrine Rakotonarivo, Gwendal Cumunel, Tien Hoang
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lynda Chehami, Jean-Jacques Sinou

Mots clés

Mots clés libres

Génie civil

Auscultation

Précontrainte

Pont

Endommagement

Bridge

Damage

Prestressing

Auscultation

Civil work

Résumé

Ce travail porte sur l’auscultation des câbles de précontrainte extérieure et des différentes méthodes, appliquées ou théoriques visant à détecter les défauts de ce type de câbles. Il s’organise autour de trois axes. Le premier axe se propose d’améliorer la compréhension de l’état d’un câble endommagé et d’appréhender les conséquences d’un niveau d’endommagement donné sur la durabilité du câble. Il s’appuie pour cela sur une campagne d’essais de rupture de câbles à échelle 1, l’endommagement des câbles étant reproduit par la découpe successive des fils composant les torons en acier et d’une modélisation numérique de l’endommagement. Ces essais ont permis de mettre en évidence les principaux mécanismes mis en œuvre tels que le report d’effort d’un fil rompu au sein de son toron, et dans les autres torons du câble, et le lien entre la qualité du confinement exercé par le coulis et celle du report d’effort. Deux modèles ont été proposés, reliant le faciès de la zone endommagée à la longueur affectée par les ruptures et à une estimation conservative de la perte de tension. Le deuxième axe concerne le développement d’une méthode permettant de distinguer les câbles sains des câbles endommagés, la méthode étant basée sur la mesure des caractéristiques modales du câble et devant être simple et rapide de mise en œuvre. En premier lieu, un travail a été effectué afin d’améliorer la méthode de détermination des paramètres mécaniques globaux du câble, préalable à la détection de l’endommagement, en optimisant la méthode proposée. Des indicateurs de l’endommagement des câbles ont ensuite été proposés à partir des résultats des essais de rupture de câbles et analysés. Cette analyse montre que la méthode proposée présente des avancées mais n’est pas opérationnelle. Le dernier axe concerne le développement d’une méthode d’auscultation permettant de localiser, qualifier et quantifier un éventuel défaut présent dans les câbles de précontrainte extérieure. La méthode développée repose sur le principe du radar et un important travail préparatoire a été effectué pour permettre l’utilisation du dispositif radar sur la géométrie particulière de ces câbles de précontrainte. Un prototype d’antenne adaptée a enfin été développé et validé sur des maquettes de câbles comportant des types de défauts présents dans les câbles de précontrainte extérieure.

This work deals with the inspection of external prestressing cables and the various methods, applied or theoretical, for detecting faults in this type of cable. It is organised around three axes. The first axis aims to improve understanding of the state of a damaged cable and to understand the consequences of a given level of damage on the durability of the cable. It is based on a campaign of full-scale cable rupture tests, with cable damage reproduced by successive cutting of the wires making up the steel strands and numerical modelling of the damage. These tests highlighted the main mechanisms involved, such as the transfer of force from a broken wire to its strand and to the other strands in the cable, and the link between the quality of the containment provided by the grout and that of the transfer of force. Two models were proposed, linking the appearance of the damaged zone to the length affected by the breaks and to a conservative estimate of the stress loss. The second axis concerns the development of a method for distinguishing between healthy and damaged cables. The method is based on the measurement of the cable's modal characteristics and is designed to be simple and quick to implement. Firstly, work was carried out to improve the method for determining the cable's overall mechanical parameters, a prerequisite for detecting damage, by optimising the existing method. Indicators of cable damage were then proposed based on the results of cable rupture tests and analysed. This analysis shows that the proposed method offers advances but is not operational. The final axis concerns the development of an inspection method for locating, qualifying and quantifying any defects present in external prestressing cables. The method developed is based on the principle of radar, and a great deal of preparatory work has been carried out to enable the radar device to be used on the particular geometry of these prestressed cables. Finally, a prototype of a suitable antenna was developed and validated on models of cables with the types of defects found in external prestressing cables.