Sujet 3 - Diagnostic structural et aide à la maintenance

Contexte

Le vieillissement des ouvrages est l’une des problématiques majeures des gestionnaires dans les années à venir. Dans un contexte de ressources financières limitées, l’utilisation du diagnostic structural comme outil d’aide à la maintenance a une importance majeure.

Comment évaluer les ouvrages vis-à-vis d’un risque donné, comment intégrer les résultats d’inspections/d’auscultations des ouvrages dans le diagnostic structural et donc le processus décisionnel, tout autant de questions légitimes que se posent et se poseront les gestionnaires d’infrastructures.

L’objectif de ce sujet a été de construire et formaliser une méthodologie d’aide à la maintenance basée sur le risque structural, les mécanismes de dégradation, les méthodes d’inspection, le diagnostic et la gestion des ouvrages. En particulier, l’évaluation et le diagnostic ainsi que les techniques possibles de réparation ont été abordées dans une optique de prolongation de la durée de vie en service des ouvrages, compte tenu de l’impossibilité de remplacer un grand nombre d’infrastructures en un délai réduit.

Principaux résultats

Des mesures RADAR et thermographie infra-rouge (TIR) ont été testées sur des ouvrages d’art en maçonnerie (MCV 3-1) avec pour objectif de déterminer : Plusieurs études ont été considérées, avec notamment : (i) l’étude sur l’itinéraire de convoi exceptionnel EDF, et (ii) les investigations sur le barrage de Chazilly. Les analyses ont mis en avant une grande hétérogénéité des résultats obtenus sur les ouvrages en maçonnerie avec parfois des différences notables sur un même ouvrage suivant la coupe longitudinale où l'on se place. Des recommandations méthodologiques pour mener des auscultations radar sur des ouvrages en maçonnerie ont été tirées suite aux difficultés rencontrées lors de l'analyse des fichiers radar.

Une étude a concerné l’évaluation et la gestion des structures en maçonnerie (imagerie des tunnels navigables et routiers) avec (i) la reconnaissance à grand rendement de l’état des parois des tunnels et (ii) le développement d’une visionneuse (MCV 3-2).

En ce qui concerne la reconnaissance à grand rendement de l’état des parois des tunnels, l’objectif était de développer : Les techniques suivantes ont été comparées : En ce qui concerne le développement d’une visionneuse, les objectifs étaient de créer une interface de visualisation et navigation de séquences d'images, d’implémenter la saisie manuelle d'objets (représentatifs des défauts et repères relevés) sur le visuel, d’implémenter le schéma de l'ouvrage, d’implémenter des fonctionnalités de correction photométriques (corrections de contraste, filtres, halo, etc...), de saisir de manière semi-automatique des défauts à moyen terme puis automatique à long terme.

Pour les ouvrages en béton, une étude s’est intéressée à la prévention des risques de corrosion due à la pénétration des chlorures (MCV 3-3). Elle a consisté à croiser trois sources d’informations pouvant constituer les données d’entrée d’un problème d’optimisation : Des expérimentations en laboratoire ont notamment permis d’évaluer l’impact de différents systèmes de protection de surface sur les propriétés de durabilité du béton (transfert) et sur les témoins de « vieillissement » (front de chlorures, profils de pénétration des chlorures). La mercuriale de prix du Cerema a par ailleurs permis d’accéder à des données statistiques relative aux prix (préparation support et application) pour les imprégnations hydrophobes et les revêtements.

Un suivi de la corrosion sur des prismes en béton armé a été effectué, suite au Projet ANR APPLET (2007-2010), et avec l’objectif de quantifier la corrosion en fonction du temps et de proposer un modèle en 4 phases : pénétration des agents agressifs, initiation de la corrosion, propagation de la corrosion et fissuration ( MCV 3-4).

Les prismes considérés étant pollués, ils étaient en phase de propagation de corrosion. L’objectif était donc de déterminer la loi cinétique qui régit la propagation de la corrosion dans les bétons armés en fonction des différentes ambiances. Plus particulièrement, trois paramètres d'étude ont été considérés : l'agression, l'ambiance et le temps avec quatre types d’agressions: carbonatés, chlorurés au gâchage, chlorurés par immersion/séchage, et témoins (non agressés). A chaque échéance de mesures, et sur chacun des prismes, trois mesures ont été effectuées: une mesure de potentiel libre, une mesure de résistance de polarisation linéaire et une mesure d’impédance. Les résultats obtenus ont permis d’une part, d’obtenir une probabilité de corrosion, et d’autre part, de calculer une densité de courant de corrosion (Jcorr). En plus de ces mesures électrochimiques, des inspections visuelles ont également été réalisées pour évaluer les signes de dégradation due à la corrosion et notamment les fissures.

Les données expérimentales de la corrosion dans la phase de propagation ont finalement été considérées pour proposer une loi de corrosion en terme de vitesse de corrosion ou en termes de perte d'épaisseur de fer.

Suite au projet ANR APPLET (2007-2010) au cours duquel un comparatif a été effectué entre la fissuration et l'endommagement (à partir d'un code de calcul tenant compte du gonflement dû aux produits de corrosion par l’intermédiaire d’une interface acier/béton), l’objectif d’une étude a été de reprendre cette modélisation en simulant de manière explicite les effets des produits de corrosion aboutissant à la fissuration du béton d’enrobage (MCV 3-5).

Finalement, une étude de la fissuration et de la sécurité des voutes en maçonnerie de la RATP a été proposée (MCV 3-6). Le comportement des voûtes en maçonnerie a été simulé par un modèle aux éléments finis implémentés dans CESAR-LCPC. Il s’appuie sur l’introduction d’une loi d’endommagement, décrivant l’évolution des propriétés mécaniques des matériaux constitutifs, et l’adaptation d’une technique d’homogénéisation périodique de la maçonnerie, permettant ainsi de reproduire de façon implicite le comportement non linéaire orthotrope de la voûte. Ce modèle doit permettre d’estimer le mécanisme de ruine d’une voûte en maçonnerie par la formation des rotules.