LES CAPTEURS DES PRESSIONS TOTALES : LES CAPTEURS DES PRESSIONS TOTALES : EVALUATION EN LABORATOIRE ET IN SITUEVALUATION EN LABORATOIRE ET IN SITU

Valentin DUCA (SPIE FONDATION)

recherche menée au LCPC (1997-2001)

CFMSGCFMSGSSééance du 18 septembre 2002ance du 18 septembre 2002

Instrumentation et mesures sur chantier

Plan

�� GGéénnééralitralit éés sur les capteurs de pression totales sur les capteurs de pression totale

�� ExpExp éérimentations en laboratoirerimentations en laboratoire

�� LL’’expexp éérimentation de la rimentation de la «« TrTréémie Pasteurmie Pasteur »»

�� ConclusionsConclusions

GGéénnééralitralit éés sur les capteurs des pressions totaless sur les capteurs des pressions totales

σσσσzmesurée = f(Gs) - étalonnage en milieu fluide

Vice intrinsèque du capteur - indiscrétion (perturbation des contraintes à mesurer)

zzthz γ=σ )(

thz

moyennez z σ→σ )(

ChaChaîîne de mesure ne de mesure

thz

réelz i σ≠σ )(

D

ligne de transmissiondu signal de sortie GGSS

capteur

dispositifd’acquisition

GGssz

D>>d50

ii

)(iréelzσσσσ

Mesure de la contrainte moyenne Mesure de la contrainte moyenne

Capteur à action directe Capteur à action indirecte

Deux types des capteurs qui ne se Deux types des capteurs qui ne se comportent pas de la même facomportent pas de la même fa ççon ...on ...

2=5

3

2

3

4 5

6

6

Légende : 1) Boîtier ; 2) Corps d’épreuve ; 3) Transducteur ;

4) Espace rempli d’un liquide hydraulique ; 5) Surface active ;

6) Ligne de transmission

11

La mesure des pressions totales La mesure des pressions totales àà travers la litttravers la litt éérature rature

A. Qualification en centrifugeuse des capteurs enfouis dans un sA. Qualification en centrifugeuse des capteurs enfouis dans un s able able (Boulebnane, 1996)(Boulebnane, 1996)

Contrainte géostatique (kPa)

Con

trai

nte

mes

urée

(kP

a)

a) Capteur à action directe b) Capteur à action indirecte

Con

trai

nte

mes

urée

(kP

a)

Contrainte géostatique (kPa)

Plan

�� GGéénnééralitralit éés sur les capteurs de pression totales sur les capteurs de pression totale

�� ExpExp éérimentations en laboratoirerimentations en laboratoire

�� LL’’expexp éérimentation de la rimentation de la «« TrTréémie Pasteurmie Pasteur »»

�� ConclusionsConclusions

Exemple : prototype du CECP dExemple : prototype du CECP d ’’Angers (P7569)Angers (P7569)

75

3,2

12,2

gaine thermo-rétractable

coussin hydraulique

câble

chapeau de protection

capteur Keller

718

film d'huile

Vue de dessusVue de dessus

Coupe axialeCoupe axiale

Bride annulaireBride annulaire

B. Prototype dB. Prototype d ’’Angers Angers sséérie 2 (P7566)rie 2 (P7566)

C. Kyowa BEC. Kyowa BE --F (KF (K22))

(suite)(suite)

CaractCaract ééristiques physiques contribuant ristiques physiques contribuant àà la discrla discr éétiontion

capteurs d'interface (le critère de limitation du r apport de forme ne s'applique pas)

Capteurs disponibles Diamètre Epaisseur Rapport de forme RaideurFabricant Type total (D) coussin (e) maximale (e M) moyenne (e m ) (e/D) surf. active

(mm) (mm) (mm) (mm) (GPa/m)Prototype 75 3,2 12,2 3,8

< 1/23 < 1/19 >930CECP série 1

Angers Prototype 75 2,2 11,2 2,8 <1/34 <1/26 >930série 2 et 3

Univ. de Prototype 75 2 12 2,6 < 1/37 < 1/30 >100BrunelBE-C 30 6,5 9 7,5 <1/4,6 < 1/4 >1666

KYOWA BE-M 94 18,2 18,2 18 <1/5,1 < 1/5,2 >625BE-F * 200 25 75 26 <1/8 <1/7 >295

Slope Indicator

VW Cell * 230 11 181 16 <1/20 <1/14 inconnueJack-Out

Critères < 1/20 < 1/20 >50

(em/D)

Moyens dMoyens d ’’essai en laboratoireessai en laboratoire

Centrifugeuse du LCPC Chambre triaxiale du CERMESCentrifugeuse du LCPC Chambre triaxiale du CERMES

Conditions dConditions d ’’essaiessai

�� Situations de mesure privilSituations de mesure privil éégigi éées :es :

�� mesure des contraintes principales agissant dans la zone mesure des contraintes principales agissant dans la zone centrale des centrale des ééchantillonschantillons

�� mesure des contraintes principales agissant mesure des contraintes principales agissant àà ll ’’ interface interface des des ééchantillon et dchantillon et d ’’une paroi rigideune paroi rigide

�� Sable de Fontainebleau (dSable de Fontainebleau (d 5050=0,2 mm) de granularit=0,2 mm) de granularit éé uniforme (Cuniforme (C uu=1,5)=1,5)

�� Fabrication par pluviation (poids volumique prFabrication par pluviation (poids volumique pr ééddééfini, fini, γγγγγγγγss= 15,3 kN/m= 15,3 kN/m 33))

�� Techniques de mise en place sTechniques de mise en place s ppéécifiques pour chaque capteurcifiques pour chaque capteur

α<5°

Ro = 5,5 m

r

H=0,45m

plate-formede la nacelle

conteneur à paroi rigideaxe de

rotation

D =

0,9

m

z

h=0,36m

r

Essai en centrifugeuseEssai en centrifugeuse

Capteur enfoui

dFc

Capteur encastré

Capteur encastré

0,25

m

Essais en centrifugeuse : rEssais en centrifugeuse : r éésultatssultats

Interface

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200 250 300 350 400

pression appliquée (kPa)pr

ess

ion

me

suré

e (

kPa)

K5 (m1)

K5 (d1)

K5(m3)

K5 (d3)

courbeidéale

Enfoui

0

50

100

150

200

0 50 100 150 200

pression appliquée (kPa)

pre

ssio

n m

esu

rée

(kP

a)

P7569 (m1)

P7569 (d1)

P7569 (m3)

P7569 (d3)

courbeidéale

Tableau desTableau des rréésultatssultats

Capteur Nombre Hystérésis Facteur moyen de variation d e la réponse (cycle 2)essais maximale montée descente par type capteur

valeur écart valeur écart valeur écart(%EM) moyenne type moyenne type moyenne type

P7569 9 1,87 1,084 0,033 1,084 0,032P7571 9 1,41 1,061 0,032 1,058 0,027P7563 5 1,20 1,005 0,036 1,009 0,042 1,034 0,056P7565 3 0,90 0,944 0,012 0,940 0,009P7566 5 1,50 0,975 0,016 0,979 0,013P7507 1 0,62 1,042 - 1,036 -P7509 1 0,92 1,043 - 1,034 -B2 6 2,39 1,019 0,027 0,990 0,025B3 6 2,32 1,065 0,030 1,037 0,026 1,023 0,043B4 4 2,46 1,015 0,020 0,985 0,016B5 6 2,32 1,039 0,058 1,016 0,0505KC* 7 1,35 1,141 0,056 1,143 0,057 1,177 0,08410KC* 7 1,21 1,210 0,091 1,214 0,095M9 2 2,29 0,981 0,013 0,979 0,007 0,951 0,041M10 1 1,05 0,894 - 0,894 -K2 4 2,90 0,977 0,011 0,960 0,013 0,979 0,017K5 4 3,40 1,007 0,016 0,985 0,016*- résultats de l'expérimentation A1 exclus de l'analyse statistique.

Essais en chambre triaxialeEssais en chambre triaxiale

Position des capteursPosition des capteurs

Capteur enfoui

Capteur encastré

Piston rigide

membrane

bâti

H=0,68m

d1=0,06m

h1=0,40m

Ph

Pv

D=0,52m

Capteur encastré

Essais en chambre triaxiale : rEssais en chambre triaxiale : r éésultatssultats

Essai I6 : capteur K2 installéen interface

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

pression appliquée (kPa)

pre

ssio

n m

esu

rée

(kP

a)

K2 (m1)

K2 (d1)

K2 (m3)

K2 (d3)

courbeidéale

Essai I6 : capteur P7571 installéau centre de l'échantillon

0

50

100

150

0 50 100 150

pression appliquée (kPa)

pre

ssio

n m

esu

rée

(kP

a)

P7571(m3)

P7571(d3)

P7571 (m4)

P7571 (d4)

courbeidéale

Plan

�� GGéénnééralitralit éés sur les capteurs de pression totales sur les capteurs de pression totale

�� ExpExp éérimentations en laboratoirerimentations en laboratoire

�� LL’’expexp éérimentation de la rimentation de la «« TrTréémie Pasteurmie Pasteur »»

�� ConclusionsConclusions

La La «« TrTréémie Pasteurmie Pasteur »» (Rouen)(Rouen)Coupe

transversale

nord

zone panneaux instrumentés

sud

Coupe longitudinale

cages de 2,60m espacées de 0,50 m

cages de 2,60m espacées de 0,50 m

Vue en plan

15,00 15,00

côté Nord

côté Sud

paroi moulée

0,80m

0,55

butons provisoires Φ410

(équidistance de 3,10 m)

0,1

poutre decouronnement

radier

chaussée

TNTN

2%

10,74m

0,55

1,10

Principe de lPrincipe de l ’’ instrumentationinstrumentation

chaussée

plots (fil invar)

jaugebuton provisoire (Φ410)

paroi paroicôté Sud côté Nord

chausséeradier en BA

2%

0,1

tube inclinométrique

10,74 m

0,805,00

2,12

0,41

2,76

Côté terrain Côté fouille

2,44

2,10

6,03

0,550,80

Marne

Limon argilo-sableux

Argile limono-tourbeuse

Remblai sablo-limoneux

Grave sablo-limoneuse

chausséechaussée

3,29 NGF

-1,71 NGF

-7,81 NGF

-10,01 NGF Base cage -9,95 NGF

Base paroi -10,50 NGF

Axe radier 0,09 NGF

Axe buton 3,33 NGF

TN 5,79 NGF Sommet cage 5,50 NGF

Dispositifs de mesure des pressions totalesDispositifs de mesure des pressions totales

vérin hydraulique coulissant à l'intérieur d'une gaine

plaquecontre-appui

embase capteur

capteurKyowa

capteur Slope Indicator 682 mm

Phasage de la construction et phasage de mesurePhasage de la construction et phasage de mesure

SSééquence 0 : mise en place de lquence 0 : mise en place de l ’é’équipement et bquipement et b éétonnage tonnage du panneau instrumentdu panneau instrument éé

SSééquence 1 : bquence 1 : b ééton jeuneton jeune

SSééquence 2 : mise en place dquence 2 : mise en place d ’’un panneau adjacentun panneau adjacent

SSééquence 3 : exquence 3 : ex éécution de la poutre de couronnementcution de la poutre de couronnement

SSééquence 4 : prquence 4 : pr ééterrassement et mise en place des butonsterrassement et mise en place des butons

SSééquence 5 : excavation jusququence 5 : excavation jusqu ’’au fond de fouilleau fond de fouille

SSééquence 6 : mise en quence 6 : mise en œœuvre du radieruvre du radier

SSééquence 7 : dquence 7 : d éépose des butonspose des butons

SSééquence 8 : cinq semaines aprquence 8 : cinq semaines apr èès la fin des travauxs la fin des travaux

SSééquence 0 (bquence 0 (b éétonnage du panneau instrumenttonnage du panneau instrument éé))

160 80 16080

3,60

0

2

4

6

8

10

pression (kPa)

prof

onde

ur (

m)

côté terrain côté

fouille

hcr=3,5m

3,80

7,30

0

2

4

6

8

10

pressions (kPa)

prof

onde

ur (

m)

160 80 16080

côté terrain

côté fouille

béton

boue

hcr=3,5m

6,95

0

2

4

6

8

10

pressions (kPa)pr

ofo

nde

ur (

m)

pth pmespexp

8080

côté terrain

côté fouille

béton

boue

160160

Trois niveaux d’interfaces béton-boue

0

2

4

6

8

10

12

0 50 100 150 200 250

pressions horizontales (kPa)

prof

onde

ur (

m)

pth au repos (Jaky)

pth initiale (Balay)

pexp (fin bétonnage)

pexp (21 jours)

pexp (56 jours)

56j 21 j SI0 0j Jaky

SI1

SI3 SI4

K2

K5

Balay

Comportement observComportement observ éé et pret pr éévisions thvisions th ééoriquesoriques

SSééquences 1, 2, 3 (durcissement du bquences 1, 2, 3 (durcissement du b ééton)ton)

σσσσhth

σσσσhth

(K0)

(semi-empirique)

Séquence 5 - Séquence 4 (relation expérimentale

«efforts - déplacements»)

)N,p(M)EI,(M 54B

54545454 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−− ∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆====φφφφ∆∆∆∆∆∆∆∆??

Séq. 5 / Séq. 4

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-300-250-200-150-100-50050100150

pression p (kPa), eff. tranchant T (kN/m), moment flexion M (kNm/m)

prof

onde

ur (

m)

delta(p)4-5

delta(T)4-5

delta(M)4-5

deltaM(delta(fi))4-5

∆∆∆∆p4-5

∆∆∆∆T4-5(∆∆∆∆p4-5,∆∆∆∆N4-5)∆∆∆∆M4-5(∆∆∆∆p4-5,∆∆∆∆N4-5)∆∆∆∆M4-5(∆φ∆φ∆φ∆φ4-5)

∆∆∆∆TB4-5

=393kN /3,1m=127 kN/m

côté terrain (CT)

ajustement(équilibre local)

Ajustements imposAjustements imposéés :s :

pp55(10,5m)=0 (10,5m)=0 ⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒ pp55(SI(SI00)=78kPa)=78kPa

TT55(14m)=0 (14m)=0 ⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒ NNBB55= 526 kN= 526 kN

Séquence 5

(relation expérimentale «efforts - déplacements»)

Séquence 5

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-350-250-150-5050150250

pression p (kPa/m), effort tranchant T (kN/ m) moment flexion M (kNm/m)

prof

onde

ur (

m)

p5CT

p5CF

p5=p5CT-p5CF

T5=T(p5,NB5)

M5=M(p5,NB5)

M5=M(EI,fi5)

côté terrain (CT)

∆∆∆∆TB5= 526kN / 3,1m

côté fouille (CF)

ajustement

pCT

pCF

p=pCT-pCF

T=T(p,NB)M=M(p,NB)M=M(φ)φ)φ)φ)

confirmation de la pertinence des ajustements opérés

Séquence 6

(relation expérimentale «efforts - déplacements»)

Séquence 6

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-300-250-200-150-100-50050100150200250

pression p (kPa/m), eff. tranchant T (kN/m)moment flexion M (kNm/m)

prof

onde

ur (

m)

p6CT

p6CF

p6=p6CT-p6CF

T6=T(p6,NB6)

M6=M(p6,NB6)

M6=-(EI)ech(fi'6)

côté terrain (CT)

∆∆∆∆TB6

=(526- 42)/3,1=156kN/m côté

fouille (CF)

radier

ajustement :

T(13,5m)=0 M=M(φφφφ)

pCT

pCF

p=pCT-pCF

T=T(p,NB)M=M(p,NB)M=M(φφφφ)

Plan

�� GGéénnééralitralit éés sur les capteurs de pression totales sur les capteurs de pression totale

�� ExpExp éérimentations en laboratoirerimentations en laboratoire

�� LL’’expexp éérimentation de la rimentation de la «« TrTréémie Pasteurmie Pasteur »»

�� ConclusionsConclusions

ConclusionsConclusions

�� Evaluation en laboratoire des capteurs :Evaluation en laboratoire des capteurs :�� exercice nexercice n éécessaire...;cessaire...;�� la centrifugeuse permet la qualification de la la centrifugeuse permet la qualification de la

discrdiscr éétion des capteurs... tion des capteurs...

�� LL’’expexp éérimentation de la rimentation de la «« TrTréémie Pasteurmie Pasteur »»est un exemple de mesures in situ rest un exemple de mesures in situ r ééussies :ussies :�� bbéétonnage de la paroi ;tonnage de la paroi ;�� durcissement du bdurcissement du b ééton dans la paroi ;ton dans la paroi ;�� flexion de la paroi.flexion de la paroi.