Surveillance du comportement structurel et de l’intégrité du pont Hercilio Luz à Florianópolis (Brésil)

Contexte, problématique à résoudre, attentes de l’exploitant :

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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. Plus que jamais, il était nécessaire de le réhabiliter avec pour défi supplémentaire de préserver son authenticité, depuis sa géométrie jusqu’aux moindres éléments d’assemblage.

L’importance des mesures attendues des déformations lors de la rénovation du pont

Lors de la rénovation du pont Hercilio Luz, certaines étapes s’avèrent particulièrement délicates, comme les transferts de charge en début et en fin de travaux !

Ces transferts de charge ont lieu 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 inférieur – 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 auxiliaire. L’instrumentation joue donc 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 doivent être relevés sur le support afin d’évaluer si la charge est transférée uniformément ; ainsi que sur la structure du pont afin d’évaluer si l’allègement se déroule comme prévu.

Le processus de transfert de charge est réalisé par phases, et après chacune d’elles, l’objectif est de comparer les résultats avec les simulations numériques afin de vérifier la conformité du comportement de la structure avec les prévisions. Des mesures d’inclinaison sont également attendues en complément sur les tours du support temporaire et sur le pont afin de valider les opérations.

L’instrumentation joue donc un rôle fondamental !

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 sont effectuées, parallèlement aux mesures de contraintes et de températures relevées par les capteurs installés le long du pont.

Solution mise en œuvre par Hottinger Bruel Kjaer (HBK) :

L’architecture système

Pour instrumenter la structure du pont, une architecture hybride a été définie : elle est basée sur des capteurs optiques avec technologie à fibre réseau de Bragg (FBG) et des capteurs électriques standards permettant de mesurer différentes grandeurs. 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 d’un réseau optique préalablement installé pour la transmission des signaux des capteurs optiques, le protocole de communication du système d’acquisition PMX (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 réparti pour relier séparément chaque fibre aux capteurs. Toutes les connexions sont protégées par des boîtiers spécifiques installés le long de la structure, et pour garantir un processus d’installation simple et rapide, les capteurs optiques ont été livrés sous la forme de réseaux de capteurs pré-assemblés.

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. Ce type d’installation a également été choisi pour les treillis centraux et supports auxiliaires qui restent intégrés à la structure pendant la durée du projet ;
  • 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.

Note : choix de la technologie par fibre optique ? L’utilisation de jauges d’extensométrie résistives sur des structures de grande dimension nécessite un nombre important de capteurs, la quantité de câbles utilisés devient un problème considérable, et 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) HBK FiberSensing constitue pour ce projet le choix idéal.

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 les opérateurs sur site et les ingénieurs à distance.

Résultats obtenus :

Témoignage du client :

« 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, ingénieur de projet, Teixeira Duarte

Le processus de transfert de charge a pu être réalisé par phases en toute sécurité : après chacune des phases, les résultats issus de l’instrumentation mise en place ont été comparés avec les simulations numériques par les ingénieurs responsables du projet. Ils ont ainsi pu vérifier que le comportement de la structure était conforme aux prévisions. Des mesures d’inclinaison sur les tours du support temporaire et sur le pont sont venues compléter l’instrumentation par fibres optiques. L’ensemble des données relevées a permis de valider les différentes phases de l’opération et ainsi permettre au chantier de se dérouler correctement !

(Cliquez ici pour consulter le cas complet sur le site HBK-France)

(à voir également : la présentation lors de la journée SHM-France 2020)

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