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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.