Surveillance du comportement structurel et de l’intégrité d'un pont dans le cadre d'un projet de rénovation complexe.

Construit en 1922 et ouvert au trafic quatre ans plus tard, en 1926, le pont Hercilio Luz a permis d'établir la première liaison routière entre l'île de Florianópolis - rattachée à l'état de Santa Catarina au Brésil - au le continent,. Implanté dans une zone maritime, depuis plus de 90 ans, il est victime de différents phénomènes parfois invisibles, tels que l'action corrosive de la mer et l'usure naturelle de la structure, mais également de l'augmentation constante des charges et du nombre de passage de véhicules - qui atteignent des valeurs bien plus élevées que celles prévues initialement, lors de la conception du pont.

La planification et les opérations de maintenances préventives permanentes du pont ont été accrues, permettant ainsi de conserver la structure d'origine même après presque 90 ans d'exploitation. Cependant, du fait de son état de vétusté trop avancé, une fermeture complète s'est imposée en 1991. En plus d'être fermé à la circulation, le revêtement en asphalte de la travée centrale du pont a été retirée afin de réduire la charge, permettant d'alléger la charge de 400 tonnes.

Problématique

Depuis son inauguration, le pont Hercilio Luz est confronté à de nombreux adversaires. L'action corrosive de la mer, l'usure naturelle de la structure et le poids toujours plus important des véhicules – charges beaucoup bien plus élevées que celles initialement prévues en 1926. Cependant, grâce aux opérations permanentes de maintenance préventive, le pont a pu conserver sa structure d'origine pendant presque 90 ans. Aujourd'hui, plus que jamais, il est nécessaire de le réhabiliter avec pour défi supplémentaire de préserver son authenticité, depuis sa géométrie jusqu'aux moindres éléments d'assemblage.

Solution

Dans le cadre d’un projet susceptible de durer près de 3 ans, la société Teixeira Duarte a été sélectionnée pour effectuer la rénovation complète du pont Hercilio Luz, incluant le remplacement des supports de paliers dans les tours principales, la récupération et le renforcement des fondations, la réhabilitation de la structure métallique, le remplacement des poutres à œillet, des selles et des câbles principaux, tout en considérant les opérations de transfert des cargaisons. Installation de nouveaux tabliers pour la circulation des voitures, des piétons et des motos. Pour ce projet, la société Teixeira Duarte a décidé de faire appel aux solutions HBM, notamment avec des capteurs et interrogateurs à fibre optique via la technologie des réseaux de Bragg (FBG) permettant de surveiller les déformations et contraintes en des points critiques de la structure, ainsi que des capteurs électriques pour mesurer différents paramètres tels que l’inclinaison, la température, le vent et le courant marin. Ceci, conjugué aux services d'ingénierie HBM pour l'installation des capteurs, la création de programmes pour la surveillance, l'enregistrement des données et le déclenchement d'alarmes, ainsi que l'assistance technique à distance en cas de dysfonctionnement.

Résultats

La phase la plus critique du projet, qui consiste à transférer la charge de la travée centrale du pont vers des supports auxiliaires, a été exécutée avec succès et la structure pourra être surveillée en permanence après la restauration complète.

L'architecture système

Pour instrumenter la structure du pont, une architecture hybride - basée sur des capteurs optiques avec technologie à fibre réseau de Bragg (FBG) et des capteurs électriques standards permettant de mesurer différentes grandeurs - a été définie. Les mesures de déformations, température, vitesse du vent et des courants marins sont intégrées au système de surveillance global. Au total, les données de 284 capteurs optiques ont été recueillies par 3 interrogateurs HBK FiberSensing. Bénéficiant de réseau optique préalablement installé pour la transmission des signaux des capteurs optiques, le protocole de communication du système d'acquisition PMX de marque HBM - permettant la lecture des capteurs électriques - a été intégré à deux câbles à fibres multiples 24 voies, installés sur toute la longueur du pont (800 m).

Aux points stratégiques de connexion des capteurs, le câble multifibre a été sectionné afin de relier séparément chaque fibre aux capteurs. Toutes les connexions sont protégées par des boîtiers spécifiques installés le long de la structure.

Afin de garantir un processus d'installation simple et rapide, exigence majeure pour la réalisation du projet, les capteurs optiques ont été livrés sous la forme de réseaux de capteurs préassemblées. Deux méthodes d'installation différentes ont été favorisées, en fonction des éléments de la structure où les capteurs devaient être positionnés. La structure du pont étant métallique, le choix c’est naturellement porté sur des capteurs à soudure par points. Pour les treillis centraux et les supports auxiliaires - éléments restant intégrés à la structure pendant la durée du projet – ce type d'installation a également été choisi. Pour les poutres à œillets - des composants devant être remplacés – les ingénieurs ont favorisé le collage des capteurs. Les réseaux étaient composés de capteurs de contrainte et de capteurs de température. La combinaison des deux étant nécessaire pour compenser les effets de la température sur les mesures de contrainte.

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L'opération la plus compliquée techniquement fut la procédure de transfert de charge consistant à réduire la traction sur les poutres à œillets permettant de les remplacer successivement. Cette procédure a impliqué l'instrumentation en plusieurs points de la structure métallique originale et des structures provisoires au moyen de capteurs de contrainte ainsi que la pose d'autres capteurs électriques tels que des inclinomètres et des capteurs climatiques, soit un total de 312 capteurs. HBM a travaillé sur une offre optimisée de solutions matérielles, logicielles et services associés : technologie optique pour les mesures de contraintes et la transmission des données vers la centrale de contrôle et système électrique pour les autres mesures et sur une méthodologie d'installation rapide exigée par le calendrier des travaux. Ricardo Martins, ingénieur de projet, Teixeira Duarte

Système d'acquisition de données

L'équipement d'acquisition est intégralement connecté à la salle de contrôle. Les plateformes optiques et électriques communiquent via Ethernet et leur connexion est exécutée par commutateurs optiques, généralement utilisé pour les réseaux de ce type.

Pour le système de supervision, deux ordinateurs sont utilisés : le premier pour la surveillance et l'enregistrement des données en continu 24h/24 et 7j/7, et le second pour le post-traitement des données déjà enregistrées. Le logiciel Catman a été choisi pour l'acquisition, l'enregistrement et l'analyse des données. Plusieurs programmes ont été développés pour automatiser certaines tâches, notamment la génération de rapports périodiques et le déclenchement d'alarmes permettant d'avertir pour les opérateurs sur site et les ingénieurs à distance, ainsi qu'un accès à distance par les équipes HBM dès que nécessaire.

L'importance des mesures de déformation lors de la rénovation du pont

Lors de la rénovation du pont Hercílio Luz, certaines étapes précitées se sont avérées particulièrement délicates. Les transferts de charge en début et en fin de travaux notamment. Ces transferts de charge sont éffectués lorsque les vérins hydrauliques sont actionnés pour soulever le tablier du pont, afin de transférer la charge supportée par les poutres à œillets vers le support temporaire inférieure - soit les quatre "tours de support" ou "TA", construites pour ce projet. Sur un ouvrage de cette envergure, un transfert de charge de ce type peut entraîner une défaillance structurelle du pont ou du support auxilliaire - l'instrumentation joue alors un rôle fondamental. Afin de s'assurer que l'ensemble du processus se déroule dans des conditions de sécurité maximales, les nombreux signaux de déformation relevés sur le support sont mesurés afin d'évaluer si la charge est transférée uniformément - et sur la structure du pont afin d'évaluer si l'allègement se déroule comme prévu.

Le processus de transfert de charge a été réalisé par phases, et après chacune d'elles, les résultats ont été comparés avec les simulations numériques par les ingénieurs responsables du projet, afin de vérifier que le comportement de la structure était conforme aux prévisions.

Des mesures d'inclinaison ont également été effectuées sur les tours du support temporaire et sur le pont.

Les contraintes générées par le vent et la marée constituent un autre facteur déterminant. Le pont étant situé dans une région côtière, à un point de rétrécissement entre l'île et le continent, les vents peuvent atteindre des vitesses élevées, pouvant compromettre les travaux de rénovation. Par conséquent, des mesures du courant marin et du vent ont été effectuées, parallèlement aux mesures de contraintes et de températures relevées par les capteurs installés le long du pont.


Le choix de la technologie par fibre optique

Lors de l'utilisation de jauges d'extensométrie résistives sur des structures de grande dimension nécessitant un nombre important de capteurs, la quantité de câbles utilisés est un problème considérable : les câbles d'instrumentation finissent par devenir très onéreux et encombrants. De plus, la réalisation de mesures sur des centaines de mètres avec ce type de capteur n'est pas envisageable, du fait des perturbations électromagnétiques qui affectent la longueur des câbles utilisés dans les installations. Il convient alors de répartir les systèmes d'acquisition de données le long de la structure, cette méthode présente néanmoins des inconvénients du fait du risque d'endommagement des équipements et des problèmes de connexion entre les appareils et le système de stockage des données.

Les capteurs à fibres optiques offrent ainsi des avantages considérables, notamment pour leur grande tenue en fatigue, le multiplexage et l’immunité contre les interférences électromagnétiques. La gamme de jauges d'extensométrie et autres capteurs optiques basés sur la technologie des réseaux de Bragg (FBG) HBM FiberSensing constitue le choix idéal pour les applications exigeantes de mesure et de surveillance. Découvrez la gamme complète des capteurs optiques proposés par HBM. Cliquez-ici !


HBM a démontré son niveau de compétences lors de l'installation de l'ensemble du système de surveillance et a réussi à respecter les délais fixés malgré les conditions météorologiques difficiles qui ont persisté sur la majeure partie de la période de mise en place. Une fois l'installation terminée, HBM a assuré une assistance en direct pendant les premiers mois d'exploitation, suivi d'un contrat de support technique jusqu'à la fin du transfert du chargement. La maintenance du système est réalisée par un technicien de la société Teixeira Duarte, spécialement formé par HBM, présent en permanence sur le site et par une équipe de support à distance HBM. Cette relation de partenariat a permis de maintenir le système de surveillance en parfait état de fonctionnement, explique Ricardo Martins.

Teixeira Duarte

Lancé en 1921, Teixeira Duarte est aujourd'hui le leader principal de l'un des plus grands groupes économiques portugais.

Fondée sur des valeurs solides : Ingéniosité, Vérité et Engagement, Teixeira Duarte accomplit sa mission : Agir, en participant à la construction d'un monde meilleur.

Le groupe Teixeira Duarte emploie actuellement quelque 10 500 collaborateurs, présents dans 18 pays sur 4 continents et est présent dans 6 secteurs différents : la construction, les concessions et services, l'immobilier, l'hôtellerie, la distribution et l'automobile.

Aujourd'hui, Teixeira Duarte revendique l'image d'une entreprise de grande valeur et pionnière dans le domaine de la construction, au sein de laquelle ses équipes et ses infrastructures interagissent afin de fournir une qualité de conception, d'innovation, de construction et de gestion de projets et d'entreprises de grande envergure, reconnue.

Depuis les ouvrages d'art ou structures importantes telles que les ponts, barrages, hôpitaux, routes et autres travaux publics, jusqu'aux grands édifices qui marquent notre histoire, parler de Teixeira Duarte est synonyme d'excellence et de présence au quotidien.

FiberSensing

FiberSensing est intégré à Hottinger Bruel & Kjaer - 1er fournisseur mondial à couvrir l’intégralité de la chaîne de mesure, en proposant des solutions intégrées pour le test, la mesure, le contrôle, l’analyse et la simulation - et se consacre au développement et la production de systèmes de surveillance avancés basés sur la technologie des fibres optiques à réseaux de Bragg (FBG) pour des applications de surveillance avancées.

Forte de son expertise dans les domaines allant de la technologie fibre optique jusqu’à l’optoélectronique, l'électronique numérique et l'instrumentation, FiberSensing propose une large gamme de capteurs optiques, d’interrogateurs et d’applications logicielles, ainsi que des solutions de surveillance complètes.

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