Pont Adolphe, Luxembourg-Auscultation nondestructive au géoradar des arcs principaux.

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1 ENAC FACULTE ENVIRONNEMENT NATUREL, ARCHITECTURAL ET CONSTRUIT Pont Adolphe, Luxembourg-Auscultation nondestructive au géoradar des arcs principaux. Rapport de mesures, d analyse et d interprétation des résultats. Rapport N MCS No Mandant : Auteurs : Ministère des Travaux Publics, M. G. Toussin, Administration des ponts et chaussées, bd G.-D. Charlotte, L-1331 Luxembourg Alexis Kalogeropoulos, géophysicien dipl. Université Joseph Fourier Alix Grandjean, ing. civile dipl. EPFL Eugen Brühwiler, Prof. Dr. ing. civil dipl. EPFZ/SIA Lausanne, le 10 Février 2010 Ce rapport (y inclus les annexes) comprend 11 pages. Adresse postale : EPFL ENAC IS MCS, GC B2 402 (Building GC), Station 18, CH 1015 Lausanne / tél: +41 (0) fax:+41 (0)

2 I. Motivation et objectifs Motivation: En premier lieu, le pont Adolphe présente des indices d une probable délamination sous forme de fissures affleurant sur la face latérale interne des deux arcs principaux du pont. A-cela, il faut ajouter que : -Une ouverture à partir de 1 mm est considérée comme étant une délamination. -Une telle délamination pourrait, selon son étendue, porter atteinte à la capacité portante de l arc principal. -L étendue des délaminations n est pas connue avec exactitude. Le géoradar à été proposé comme outil d investigation. Sa capacité à apporter une information spatiale détaillée sur l ensemble des arcs principaux doit permettre de déterminer l ampleur de la délamination,. Objectif: L objectif de ce mandat est d effectuer une cartographie non destructive au géoradar localisant la présence d une délamination entre les trois rouleaux de maçonnerie constituant les deux arcs principaux du pont Adolphe. II. Etude de faisabilité L objectif de cette étude est de déterminer la faisabilité d une cartographie non destructive au géoradar de l ouvrage, ainsi que de calibrer l appareillage de mesure en vue d optimiser la prise de mesure. Pour ce faire, un site test a été choisi (photo 1 & figure 1) en raison de la présence de fissures affleurant à la face latérale interne de l arc. La campagne de mesure s est déroulée le 4 juin Photo 1 : site de test Figure1 : configuration des mesures sur le site test

3 Analyse : Dans le cas présenté à titre d exemple la délamination se situe plus en profondeur que la limite du bloc (figure 2-3) une réflexion distincte apparaît alors au delà de la limite du bloc dans le rouleau central, sa profondeur correspond à celle de la délamination observée sur le bord de l arc. En outre il est possible d observer sur le profil 20 que la délamination se dédouble à proximité du bloc, comme observé sur la photo 1. Il est donc possible non seulement de déterminer la présence ou non d une délamination, mais lorsqu elle se situe autour d un mètre de profondeur il est possible aussi de déterminer sa géométrie et d observer des ramifications. D autres objets sont visibles dans ces données, au niveau de la limite des blocs, il est possible de voir des formes hyperboliques se croisant (figure 4) ces formes correspondent aux réflexions des coins de chaque bloc s éloignant et se rapprochant au cours du déplacement du Géoradar. L intersection des hyperboles correspond au centre du bloc, l antenne est alors équidistante de chaque bord. Cet effet est provoqué par le cône d émission radar, les ondes se propagent selon une forme conique dans le bloc et non uniquement verticale, les réflexions principales sont à la verticale de l antenne, ces hyperboles sont des réflexions secondaires provenant du «bord» du cône d émission. Limite bloc Délamination Figure2 : Profil 20 Figure 3 : représentation schématique du profil 20 Figure4 : génération d hyperboles sur le radargramme par les coins des blocs

4 Bilan du test de détectabilité : Cette étude, nous confirme donc la possibilité de détection d une délamination au sein des blocs de grès constituant le pont Adolphe. Cependant, cette dernière n est détectable qu entre 0 et un maximum de 1.2 m de profondeur. Il sera donc nécessaire, dans la mesure du possible, d ausculter le pont depuis chaque face de l arc (intrados et extrados), afin d obtenir une information complète sur la présence d une délamination. Enfin les premiers et derniers centimètres de chaque profil ne sont pas interprétables, car de la même manière que les bords des blocs créent des réflexions hyperboliques (figure 2-3-4), les faces latérales des arcs créent une interférence (réflexion) importante masquant les réflexions sous-jacentes (fissures). Ainsi les premiers et derniers centimètres de chaque profil ne sont pas pris en compte dans la cartographie. III. Campagne de mesure. La campagne de mesure s est déroulée sur une période de 10 jours. Elle a été effectuée en présence d un géophysicien ainsi que d un ingénieur civil. Les mesures ont nécessité l utilisation d une plateforme élévatrice positive, d une plateforme élévatrice négative, et d un accès en rappel (à l aide de la société Voltige SA) sur l extrados de l ouvrage. Photo : campagne de mesures

5 La cartographie finale comporte 3 types de zones de mesures définies comme-suit : Zones non scannées : Ces zones (indiquées en blanc) n ont pas pu être scannées car la présence de plaques métalliques y empêchait la réalisation de profils continus. En outre, ces zones ont déjà été étudiées lors de la campagne de carottages réalisée lors de l installation des barres de renforcement. Enfin une zone entre le premier tiers et le deuxième tiers de l arc aval côté ville n a pas pu être scannée, l accès étant trop éloigné pour la plateforme élévatrice positive et entravé par la présence d un réverbère pour la plateforme négative. Zones de haute résolution : Les zones de haute résolution (en rouge), correspondant à un profil toutes les 2 assises de blocs (soit env. tous les 0.6 m), ont été implantées dans des secteurs de l arc où des fissures ont été observées sur les faces extérieures. Zones de résolution intermédiaire : Les zones de résolution intermédiaires (en gris), correspondant à un profil toutes les 3 assises (soit env. tous les 0.9 m), ont été implantées dans des secteurs de l arc ne présentant pas de fissuration apparente. Enfin dans le cas ou des dommages ont été détectés sur les radargrammes ainsi établis, des profils supplémentaires permettant de caractériser ces dommages ont alors été réalisés (principalement sous les piles d appuis des arcs secondaires). Figure 3 Implantation des profils géoradar.

6 IV. Interprétation géoradar de la base des arcs côté ville. Après avoir été traitées (gain, suppression du bruit, et correction d amplitudes) les données ont été assemblées dans une représentation 3D, à l échelle, se basant sur les plans Autocad 2D fournis. Les zones identifiées comme possiblement fissurées ont été relevées sur chaque profil, puis reliées d un profil à l autre, en fonction de la profondeur du dommage détecté (remarque : les zones fissurées ainsi obtenues ne sont donc qu une extrapolation ayant pour but une meilleure visualisation, elles ne représentent qu une approximation de l état réel du pont). Ainsi il a été possible de distinguer 3 niveaux de fissuration indiqués sur la figure suivante. - Le niveau de fissuration bleu se situe entre 0.4 et 0.6 m depuis l extrados du pont, au centre du rouleau supérieur. - Le niveau de fissuration rouge se situe entre 0.7 et 0.9 m depuis l intrados du pont, ce niveau correspond à la limite du joint de mortier entre le rouleau inférieur et le rouleau central. - Le dernier niveau de fissuration en jaune se situe entre 0.4 et 0.6 m depuis l intrados du pont, au centre du rouleau inferieur. Enfin, il nous faut préciser que la profondeur de pénétration du radar variant entre 1 à 1.2 m, nous ne possédons pas ou peu d informations sur le rouleau central. Figure 4 Représentation cartographique 3D des défauts des deux arcs du pont côté ville Au vu de ces résultats, une campagne de carottage à été mise en place afin d observer les niveaux de fissures constatés au radar mais n affleurant pas sur la face interne du pont. Dernier point, le traitement de l ensemble des données n a pas encore été achevé, la priorité ayant été donnée à l investigation des niveaux de fissuration constatés.

7 V. Carottages et analyses En se basant sur les données de la représentation cartographique précédente, une série de 14 forages ont été implantés et leurs carottes respectives analysées. Une comparaison entre les fissures observées sur les carottes et les zones endommagées détectées au géoradar a permis de confirmer la présence d un niveau de fissure situé au sein du rouleau inférieur des arcs, à une profondeur comprise entre 0.4 et 0.6 m. La figure jointe en annexe I illustre ce propos. VI. Conclusions. Après une analyse des résultats géoradar, ainsi que la campagne d investigation consécutive, il a été observé que plusieurs niveaux de fissuration sont présents dans les arcs principaux du pont. Ceci non seulement à l interface entre les différents rouleaux mais aussi au sein même du rouleau inférieur. L ensemble des résultats fournis en annexe indiquent la position, l extension et la profondeur des différents niveaux de fissures observés. Ces trois niveaux de fissurations se retrouvent à la naissance des deux arcs côté Ville ainsi qu à la naissance des deux arcs côté Gare. La partie centrale des deux arcs comprend principalement un niveau de fissuration situé entre 0.7 et 0.9 m de profondeur depuis l intrados de l arc ceci au niveau de la limite du joint de mortier entre le rouleau inférieur et le rouleau central. Enfin certaines zones n ont pas pu être interprétées, ceci est dû à la présence excessive d eau et/ou de chlorures dans la maçonnerie. Ces zones sont alors indiquées en gris dans la représentation cartographique fournie en annexe. Une étude plus poussée permettrait d évaluer les changements de teneur en eau contenue dans les blocs de maçonnerie, en se basant sur l analyse de l atténuation des signaux radar. Lausanne, le 10 Février 2010 Alexis Kalorgeropoulos Alix Grandjean Eugen Brühwiler MSc. Géophysicien U Grenoble ing. civile dipl. EPF Prof. Dr., ing. civ. dipl. EPF/SIA

8 Annexes I : Comparatif des résultats géoradar et des forages

9 ANNEXE II PONT ADOLPHE -LUXEMBOURG CARTOGRAPHIE DES RESULTATS DE L'ANALYSE GEORADAR Extention latérale des fissures ~1.30 m ~0.80 m ~0.50 m Profondeur moyenne des plans de fissures depuis l'intrados de l'arc zones non interprétées Alexis Kalogeropoulos, 2010 Arc aval Vues Générales Gare Extrados 1:500 Intrados 1:500 Gare Gare Ville Arc amont Gare Arc aval Arc amont Ville Ville Ville Arc aval Arc amont Arc amont Arc aval

10 Elévation 1:200 Elévation et détails Arc aval Alexis Kalogeropoulos, 2010 Détail 1:50 Détail 1:100 Détail 1:100

11 Elévation 1:200 Elévation et détails Arc amont Alexis Kalogeropoulos, 2010 Détail 1:50 Détail 1:100 Détail 1:100