D I A G N O S T I C S D A N S L E G E N I E - C I V I L E T L E B A T I M E N T :

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1 D I A G N O S T I C S D A N S L E G E N I E - C I V I L E T L E B A T I M E N T : A P P L I C A T I O N S D U R A D A R E T D I A G N O S T I C S S T R U C T U R E Société d accueil : QUALICONSULT SERVICES - Département Audit & Assistance Technique PFE présenté par : CALVARIN Guillaume Tuteur industriel : COURAL Arnaud Enseignant superviseur : REGENASS Pierre 1. Mission de diagnostic dans le Génie-Civil et le bâtiment L entretien, la mise en conformité ou le changement d usage des ouvrages de Génie-Civil et des bâtiments imposent à leurs gestionnaires de procéder périodiquement à plusieurs types de diagnostics. Ceux-ci peuvent se dérouler sous forme de simples évaluations visuelles des structures, des installations électriques, des dispositifs de chauffage et climatisation ou encore sous forme d étude d accessibilité handicapé, de sécurité incendie, etc. Un autre type de diagnostic concerne directement les structures et consiste par exemple à vérifier la capacité portante des éléments structuraux d un ouvrage. Dans ce cas, de nombreux moyens techniques sont mis en œuvre pour déterminer le plus précisément possible les dispositions constructives originelles (ferraillage, dimensions des porteurs, etc.) mais également l état du bien ausculté. Tout au long de ce rapport sont présentées quelques missions de diagnostic structure au cours desquelles les moyens techniques, dont dispose le service Audit & Assistance Technique du Groupe QUALICONSULT, ont été mis en œuvre. 2. Moyens techniques Les principaux appareils mis en œuvre lors des missions de diagnostic structure sont les suivants : - Radar de structure : cet outil permet de procéder à des auscultations non destructives sur les structures en béton armé. En effet, il est capable de fournir des coupes-temps indiquant notamment la présence du ferraillage des éléments porteurs mais également leur enrobage, paramètres indispensables aux calculs. Ainsi, il n est plus nécessaire de procéder à des sondages destructifs de grande ampleur nécessitant de longs et coûteux travaux de rebouchage. Toutefois, il est impératif de compléter ces données par de légers piquetages permettant de mesurer directement le diamètre des aciers et l enrobage (valeur retenue pour étalonner l appareil et ainsi déterminer l enrobage des autres lits avec précision grâce au radar), - Ferroscan : cet appareil est un véritable allié du radar de structure. En effet, il fournit des informations sur la présence d objets métalliques contenus au sein des structures. Il est donc en mesure d indiquer la présence des aciers. De plus, il ne nécessite pas d étalonnage particulier pour fournir l information d enrobage de ceux-ci. Ainsi, on peut procéder à des relevés radar en n importe quel point de la structure sans systématiquement recourir à des sondages destructifs, PFE soutenu en Juin 2012 CALVARIN Guillaume 1/5

2 - Appareil d auscultation ultrasonique : cet outil permet de déterminer la vitesse de propagation d une onde de compression à travers un matériau. A partir de ce résultat, il est possible d en extrapoler un ordre de grandeur de résistance. De plus, cet appareil peut permettre de déterminer les épaisseurs des différentes couches de matériaux lorsque ceux-ci se trouvent dégradés, par exemple lors d un incendie. 3. Campagne de reconnaissance non destructive d une ossature à pans de bois Dans le cadre de cette mission, nous avons cherché à utiliser les capacités de détection de discontinuités du radar de structure à d autres fins. En effet, au cours d une opération de ravalement de façade, un propriétaire de plusieurs immeubles dans le 12 ème arrondissement de Paris s est trouvé confronté à de graves problèmes de dégradations des éléments bois constituant la structure de ces ouvrages. Ceux-ci ont fait l objet d attaques par des insectes xylophages, les dégâts ayant été invisibles de nombreuses années à cause de l enduit recouvrant les façades. Photo 1 : Dégradations des pans de bois. Le service Audit & Assistance Technique a proposé une mission de reconnaissance non destructive (sans procéder à une purge complète de l enduit, estimée à un coût important) des zones altérées des pans de bois. C est donc une utilisation peu conventionnelle du radar de structure que nous avons proposé et qui a nécessité de nombreuses prises de mesures et dépouillements de données. Dans la première phase de la mission, nous avons procédé à des mesures linéaires à l aide du radar de structure. Celles-ci nous ont permis de déterminer la position approximative des pans de bois. Nous avons ensuite décidé de réaliser ce même type de mesures directement sur les éléments de bois. Après dépouillement des résultats sur informatique, il s est avéré que les coupes-temps obtenues laissaient entrevoir la possibilité de caractériser l état des pans de bois. Dans une seconde phase, une autre fonctionnalité du radar de structure a été testée. Celle-ci permet d obtenir, à partir de mesures suivant un canevas de forme carrée, des renseignements en trois dimensions sur les éléments de bois. Ainsi, il est soit possible de représenter en trois dimensions la zone scannée soit de faire appel à des vues dans le plan à différentes profondeurs. Devant la qualité des résultats obtenus pour déterminer la position des pans de bois, il a été décidé de procéder à ce type de mesures sur une grande surface de la façade du bâtiment test. La troisième phase du travail a consisté à étudier ces données. J ai dans un premier temps juxtaposé les différents radargrammes sur une élévation de la façade pour mettre en évidence la disposition des éléments bois. Ensuite, je me suis concentré sur l étude d un seul radargramme. J ai pour cela décomposé en une succession de clichés à des profondeurs différentes les données de celui-ci. L objectif était de mettre en évidence la présence de zones présentant des signes d altérations notoires. Les résultats se révélant être moins précis qu attendu, j ai repris l étude des radargrammes linéaires qui étaient correctement disposés au-dessus des pans de bois. J ai par la suite établi une carte de zonages des altérations des éléments de bois. PFE soutenu en Juin 2012 CALVARIN Guillaume 2/5

3 La quatrième et dernière phase de la mission a consisté à retourner sur site pour inspecter visuellement l état des pans de bois au droit des zones d enduit purgées selon la carte de zonage fournie. Après comparaison des résultats, plusieurs conclusions se sont imposées : - Des zones suspectées d être altérées d après les données radar présentaient bien des dégradations, - D autres zones suspectées d êtres altérées étaient saines, - La présence de nombreux clous métalliques dans les éléments bois peuvent perturber considérablement les signaux, - Des zones d enduit sont décollées, ceci créant des poches d air entre l enduit et les éléments bois. Or le radar de structure y est particulièrement sensible. Pour l ensemble de ces raisons, nous avons décidé d un commun accord avec le maître d ouvrage de ne pas poursuivre la mission sur les autres bâtiments du chantier. En effet, le grand nombre de paramètres extérieurs influençant la qualité des résultats nous empêche de fournir des informations totalement fiables. 4. Diagnostic structurel des charpentes de hangar d une base aérienne Pour permettre l accueil de nouveaux avions à usage gouvernemental, plusieurs hangars d une base aérienne devaient subir quelques modifications influençant la répartition des charges sur les toitures. En effet, il était prévu l ajout d une couche de matériau isolant et de skydomes dans la toiture existante. Aussi, une des portes coulissantes de grandes dimensions permettant l accès aux hangars pour les avions devait être modifiée. Il était donc demandé d étudier la faisabilité du changement de type de porte, ce qui aurait une incidence sur le chargement du premier portique de la structure (solution de porte suspendue). La première étape de la mission a consisté à faire le relevé détaillé des dimensions des hangars (portées, espacement des portiques, etc.) mais également de chacune des barres composant l ossature métallique supportant la toiture. Ce travail minutieux effectué, il a été nécessaire de retrouver, à partir des catalogues de profilés du commerce, les types de profilés mis en œuvre. Il a ensuite été possible de modéliser les charpentes sur informatique (à l aide du logiciel Robot 2010). Figure 1 : Modélisation d'une ferme de charpente. L étape suivante a été caractérisée par la détermination des charges climatiques et de poids propre à appliquer à la structure. Après application de celles-ci au modèle informatique, la simulation des différents cas de charges a mené à la détermination du cas le plus défavorable. Une fois celui-ci identifié, il a été possible de calculer la capacité portante de chacun des éléments de la structure. La capacité portante de la charpente correspond alors à la plus faible capacité portante relevée sur l ensemble des éléments composant la charpente. Cette valeur (une charge par mètre carré de toiture) permet au maître d ouvrage de choisir le matériau isolant et les skydomes adéquats pour ne pas surcharger la structure. PFE soutenu en Juin 2012 CALVARIN Guillaume 3/5

4 La même méthodologie a été suivie pour étudier la faisabilité du changement de type de porte de hangar. Le résultat final correspondait à une capacité portante par mètre linéaire de poutre métallique (assimilable à l entrait des charpentes bois), seule capable de servir d appui à une éventuelle porte suspendue. 5. Diagnostic technique du parking Vendôme En Février 2012, un accident entre un deux-roues motorisé et une voiture dans le parking souterrain de la Place Vendôme à Paris a entraîné un important sinistre incendie. Celui-ci s est déclaré au deuxième sous-sol de l édifice et s est propagé jusqu au premier sous-sol. Au total, ce sont 1500 m² de parking qui ont été touchés par cet incendie. Photo 2 : Parking Vendôme incendié. Le service Diagnostic & Assistance Technique du Groupe QUALICONSULT a été en charge de la mission de diagnostic structure visant à établir un état des lieux précis des dégâts causés par les hautes températures atteintes au moment du sinistre et de préconiser d éventuelles solutions de renforcement. La première phase de cette mission a consisté à prendre connaissance des différents foyers de combustion, étape essentielle à la compréhension des désordres apparus. Ensuite, nous avons procédé à un relevé des désordres, en les classant selon les degrés d altération constatés. Puis, une phase de prise de mesures à l aide du radar de structure a permis de mettre en évidence des zones d altération du béton. En effet, les éventuelles zones de béton décollées ou les couches de béton de caractéristiques différentes peuvent être visualisables avec cet appareil. Aussi, nous avons mené une campagne de mesures ultrasoniques sur l ensemble des surfaces détériorées par l incendie. Ce type de relevé permet de manière générale de déterminer les vitesses de propagation d une onde de compression dans le béton. Dans le cas présent, il est possible de mettre en évidence les couches de béton de caractéristiques différentes et notamment d émettre un avis sur la qualité du béton de surface, soumis aux hautes températures. Ainsi, on peut déterminer l épaisseur des différentes couches mais également connaître la vitesse de propagation de l onde de compression et donc d en déduire un ordre de grandeur de résistance. Une série de prélèvement de matériaux et d essais en laboratoire ont également été réalisés. Ainsi, des carottages de béton et des échantillons d aciers ont été recueillis sur l ensemble de la zone incendiée et ont ensuite été testés pour en connaître les caractéristiques. En effet, soumis à de très hautes températures, ces matériaux peuvent subir des changements de caractéristiques qui peuvent s avérer particulièrement défavorables pour la stabilité de la structure. PFE soutenu en Juin 2012 CALVARIN Guillaume 4/5

5 Enfin, nous avons procédé à un relevé des déformations des éléments structuraux. Ceux-ci, soumis à l incendie, peuvent avoir enregistré une déformation importante qui n est plus compatible par exemple avec les exigences d utilisation du parking souterrain (hauteur sous poutre). 6. Missions diverses de diagnostic Au cours de ce Projet de Fin d Etudes, j ai également participé ou réalisé diverses missions de diagnostic. Par exemple, une mission d expertise sur une structure accidentée m a permis de mettre en œuvre et de découvrir l utilisation de l appareil d auscultation ultrasonique (évaluation de la fissuration des porteurs en béton armé). J ai également participé à une importante mission de diagnostic clos-couvert sur la Base navale de Brest (Finistère). La grande diversité de structures rencontrée parmi les 28 ouvrages concernés par le diagnostic m a permis d observer de nombreux désordres différents. En effet, sur le parc d ouvrages diagnostiqués, certains étaient des structures enterrées sous le niveau de l eau ou encore complètement réalisées dans les falaises rocheuses. Enfin, j ai réalisé une mission de reconnaissance des dispositifs de ferraillage sur un bâtiment d une association culturelle de Molsheim (Bas-Rhin). Au cours de celle-ci, j ai pu mettre en œuvre à nouveau les appareils de reconnaissance non destructive que sont le radar de structure et le ferroscan. Conclusion Ce Projet de Fin d Etudes m a permis de mettre en application de nombreuses connaissances acquises au cours du cycle de formation à l INSA de Strasbourg dans des domaines tels que le béton armé ou la construction métallique. De plus, j ai participé à de nombreuses missions mettant en œuvre des appareils d auscultation non-destructives, qui sont des méthodes couramment employées de nos jours. En effet, elles sont privilégiées pour leur faible impact sur les structures. Elles s accompagnent par ailleurs d une interprétation poussée des résultats qui nécessite des connaissances théoriques dans de nombreux domaines de la construction. La grande diversité de missions confiées à un ingénieur en audit et assistance technique constitue à mes yeux l avantage majeur de ce métier. En effet, il est toujours possible d acquérir de nouvelles connaissances sur chaque mission, ce qui est particulièrement enrichissant et formateur. PFE soutenu en Juin 2012 CALVARIN Guillaume 5/5