Garder un oeil sur les effets du trafic des marchandises lourdes : Surveillance à long terme sur un pont d’autoroute

Le trafic de marchandises lourdes, toujours croissant, est la raison pour laquelle des essais constants de résistance d’environ 38.000 ponts sur les autoroutes allemandes et sur les routes principales. Afin d'étudier ces effets, l'institut de recherche fédéral des routes (BASt) a commissionné l’Institut für Massivbau (Institut de construction en béton) de l’université Leibniz d’Hanovre pour effectuer des mesures sur un pont en béton précontraint avec des poutres en acier. L’installation de mesure HBM a été employée pendant un an pour mesurer par exemple les températures, les contraintes et la déformation sous l’influence de diverses situations du trafic.

Projet de recherche de l’université Leibniz d’Hanovre

Afin d'étudier les effets habituels du trafic de marchandises lourdes sur les structures portantes d'un pont en béton précontraint avec des poutres en tôle, l'institut de recherche fédéral des routes (BASt) a commissionné l’Institut für Massivbau (Institut de construction en béton) de l’université Leibniz d’Hanovre pour effectuer des mesures structurales de la structure des poutres d'un pont situé sur l'autoroute A8. L'A8 se compose de trois segments du Luxembourg à la frontière Autrichienne près de Salzbourg et est l'un des raccordements principaux de l’Ouest vers l’Est dans le sud de l’Allemagne.

Les questions posées demandant une réponse sont les suivantes:

  • Les charges de plus en plus grandes et de plus en plus nombreuses du trafic de marchandises lourdes ont quels effets?
  • Quelles conclusions peuvent être tirées de la détermination des compositions réelles du trafic sur les évaluations standard de chargement ?
  • Les recommandations pour la mise à jour des normes doivent-elles être élaborées ?

Installation d'essai

Les mesures ont été mises en œuvre dans trois sections transversales de mesure là où sur les composants, des températures internes et externes, des contraintes du béton et la déformation relative ont pu être enregistrées. La contrainte des traversées et la déformation des  lamelles correspondantes entre les traversées ont été enregistrées en deux points sur les joints de la chaussée (JC). En outre, la déformation et le mouvement des paliers ont été enregistrés.

Des barrières lasers ont été montées sur les murs latéraux existants pour la  protection du bruit pour détecter et déterminer la vitesse des poids lourds. Ces valeurs mesurées en complément ont permit également de déterminer dans quelles voies du pont se situaient les poids lourds.

Longue distance entre le capteur et l'amplificateur

Au total, le système de mesure a comporté 96 voies de mesure. Il y avait de grandes distances dues à la structure entre les capteurs et les amplificateurs. Le système CANbus a été utilisé pour relier les divers points de mesure. Quatre modules CANHEAD équipés de l’amplificateur CD 1010 à fréquence porteuse ont été utilisés pour cela.

Les voies de mesure sont ainsi arrivées sur diverses cartes de raccordement du système d’amplification MGCplus. Les modules à courant continu, les modules à fréquence porteuse et les raccordements pour les sondes de températures PT100 ont été combinés dans le MGCplus. En plus du MGCplus, deux amplificateurs Spider8, montés en cascade ont été relié sur le port parallèle de l’ordinateur de mesure. Ceux-ci ont effectué les mesures de déformation et de mouvement sur les corps de paliers. La mesure d’acquisition de données a été mise en œuvre avec le logiciel catman®.

Système flexible

L’ingénieur Jan Peter Liebig de l’Institut für Massivbau de l’université Leibniz d’Hanovre sur le choix de la technologie de mesure :

« La décision pour employer le MGCplus a été fondée sur le nombre exigé de voies de mesure. En outre, le système de MGCplus peut dès le début, avec l'utilisation des modules CANHEAD, acquérir de nombreuses voies de mesure et transmettre les données sur de plus grandes distances. Ce système de mesure nous permet également de rassembler divers signaux de capteurs dans un système d'amplificateur grâce à l'utilisation flexible des cartes enfichables. La combinaison du MGCplus et des Spider8 a été vue comme la solution la plus pratique étant donné que le logiciel catman® nous offre la possibilité de combiner divers amplificateurs. »

Surveillance en ligne des mesures grâce au GSM

La durée des mesures se situe sur une année. Comme le site de mesure n'est pas à proximité de l'université Leibniz d’Hanovre, il était nécessaire de rendre possible la surveillance des mesures à distance et, en cas de besoin, de pouvoir les influencer. Deux modules GSM ont été intégrés dans le système de mesure à cette fin. Un module est utilisé ici pour la commande séparée de l'alimentation en énergie pour l'ordinateur de mesure et l'amplificateur, l'autre pour la surveillance en ligne des mesures.

1.4 Go de données de mesure par jour

Les signaux de mesure des capteurs sont enregistrés selon trois groupes de vitesse de mesure. Une fréquence de mesure de 1200 Hz au minimum est exigée pour la mise en action à très court terme des joints de la chaussée. Les contraintes et les déformations sont enregistrées autour de 50 Hz et les températures à 1 Hz. Les données de mesure sur une voie sont d’environ 100 millions de valeurs mesurées représentant environ 1.4 gigaoctet par jour, pour que la surveillance régulière du système soit nécessaire.

Conditions pour un essai sur le long terme

La période de mesure d'un an a posé des conditions élevées dans l'équipement et le choix des capteurs de mesure. Par conséquent la notion primordiale a été placée sur la protection de l'équipement de mesure contre des influences du temps. Les capteurs sur les joints de la chaussée devaient être protégés particulièrement contre la pénétration de l'eau et des sels de dégivrage comme les joints de la chaussée étaient devenus perméables à quelques endroits  depuis le temps que la structure est utilisée. Il était nécessaire d'’équiper les aciers de précontrainte en deux points pour mesurer les contraintes de précontrainte. Ces points de mesure ont été alors rescellés une fois que l'installation ait été complèté.

Calibration du système de mesure

Une fois tout le travail d'installation effectué et une fois que toutes les procédures de mesure fonctionnaient sans à-coup, le système de mesure sur le pont a été calibré. Pour cela, diverses combinaisons de poids lourds avec différents poids totaux ont été conduites au-dessus du pont à différentes vitesses. Les mesures pendant le programme de calibrage ont été employées pour tirer des conclusions au sujet de l'effort basé sur le trafic continu. Une aide a été fourni pendant ce programme de calibrage par Daimler AG sous la forme de la combinaison d’un camion plateau de 25t, d’un camion articulé de 40t et d’un véhicule de 60t basés sur le concept modulaire des véhicules utilitaires. Le pont de l’autoroute a été fermé au trafic continu pendant la phase de calibrage de sorte que des nombreuses mesures ont été possibles.

Pour en savoir plus sur le CANHEAD® de HBM

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