WO1987007378A1 - Procede et dispositif de controle mecanique de revetements d'ouvrages d'art - Google Patents

Procede et dispositif de controle mecanique de revetements d'ouvrages d'art Download PDF

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WO1987007378A1
WO1987007378A1 PCT/FR1987/000177 FR8700177W WO8707378A1 WO 1987007378 A1 WO1987007378 A1 WO 1987007378A1 FR 8700177 W FR8700177 W FR 8700177W WO 8707378 A1 WO8707378 A1 WO 8707378A1
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coating
shock
percussion
calibrated
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PCT/FR1987/000177
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Jean Paquet
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Centre Experimental De Recherches Et D'etudes Du B
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    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/045—Analysing solids by imparting shocks to the workpiece and detecting the vibrations or the acoustic waves caused by the shocks
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    • G01M7/08—Shock-testing
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    • G01N2291/02827—Elastic parameters, strength or force

Definitions

  • the present invention relates to a process and a mechanical control device for coverings of engineering structures.
  • the aforementioned construction defects may, in particular, consist of stone nests, filling defects due to the reinforcing mesh for example. Subsequent damage results in particular from relative movements
  • control methods proposed to date consist, for the most part, in mechanical control methods, by vibrating roller, and in electromagnetic methods by georadar.
  • the above-mentioned mechanical control methods consist in subjecting the coating to vibration fixed frequency mechanics and to measure the amplitude of the corresponding vibrations.
  • the mechanical vibrations used are generated by a vibrating roller at a frequency between 10 and 20 Hz.
  • the methods of electromagnetic control / using electromagnetic waves of high frequencies has for object the research of the reflections of the electromagnetic waves emitted on the structural discontinuities of the coating or its interfaces of connection with the ground.
  • any material discontinuity - the coating or its interfaces is not necessarily generating disturbance by reflection allowing reliable measurement and the results of measurements are of very delicate interpretation.
  • the measurement results remain very sensitive to the degree of humidity of the coating and of its interfaces as well as to the presence in the coating or in the underlying layers of materials. metallic.
  • the purpose of the method and the device for the mechanical control of engineering structure coverings according to the invention is to remedy the aforementioned drawbacks, the drawbacks inherent in one and the other. methods of the prior art being in particular sup ⁇ awarded.
  • Another object of the present invention is the implementation of a method and a device for mechanical control of the coating of engineering structures, in which the latter is subjected to mechanical vibration at frequency spectrum. broadband.
  • Another object of the present invention is the implementation of a method and a device for mechanical control of the coating of engineering structures allowing a quasi-automatic implementation.
  • Another object of the present invention is the implementation of a method and a device for mechanical control of coatings of structures, in which a high probability and a high fidé ⁇ lity "e detection are obtained .
  • the method of mechanical control of engineering structure coatings according to the invention is remarkable in that it consists in establishing at least one signature of the response to an impulse shock of a sound reference coating and a plurality signatures of the response to an impulse shock of a coating of the same type, in which reference sample faults have been provided, the aforementioned signatures constituting reference signatures.
  • the coating to be checked is, at a plurality of points thereof, - subjected to at least one impulse shock test so as to determine the so-called signature for measuring the impulse response at each of the determined points.
  • a comparison of the measurement signatures with the reference signatures is carried out to establish an identifi ⁇ cation by resemblance criterion.
  • the mechanical control device for engineering structures coverings, object of the invention is remarkable in that it comprises a movable support, capable of being moved on this coating.
  • Percussion means arranged on this support make it possible to sequentially generate calibrated test shocks on this surface.
  • Sensor means soli ⁇ dary of the mobile support, but mechanically decoupled from the latter, make it possible to deliver an electrical signal representative of the impulse response of the coating to calibrated test shocks.
  • FIG. 2 represents respectively from 2a to 2i, the nature of the coating, whether or not provided with a sample defect, and the corresponding reference signature constituted by the impulse response of the corresponding reference point considered,
  • FIG. 3 represents an ampli ⁇ tude time and amplitude-frequency diagram of a shock calibrated in accordance with the present invention
  • FIG. 4 shows a block diagram of processing for the implementation of choice, in accordance with the process of the invention
  • FIG. 5 represents an illustrative diagram of implementation of the method of the invention
  • FIG. 6 represents a schematic top view of a device in accordance with the object of the invention.
  • FIGS. 7a and 7b show a detail of the device as shown in FIG. 6, and FIG. 7c represents a time diagram of the various elements in FIGS. 7a and 7b,
  • FIG. 8 and 9 show a particularly advantageous embodiment of an essential element of the device and the device object of the invention respectively.
  • the term “engineering structures” means, of course, any structure in the field of public works and in particular, but in a nonlimiting manner, any coating of traffic lanes, such as roads, motorways, runways. takeoff or landing of aircraft.
  • the method of mechanical control of coatings of engineering structures consists in establishing at least one signature of the response to an impulse shock of a sound reference coating. A plurality of signatures of the response to an impulse shock of a coating of the same type is then established, a plurality of signatures corresponding to a coating in which reference sample faults have been provided.
  • the signatures relating to reference sound coatings and corn coatings bearing the sample faults constitute reference signatures.
  • FIG. 1 a reference test area is shown, on which the topography of implantation of different sample defects has been listed.
  • the test area can thus correspond to an area of determined value, and in particular in the case of motorway pavements made up of concrete slabs, by one of these slabs of standardized dimensions.
  • a signature of the response to an impulse shock of a sound reference coating, zone denoted S in FIG. 1 is represented in FIG. 2a.
  • a plurality of signatures represented respectively in FIGS. 2b to 2i of the response to an impulse shock of a coating of the same type, in which different reference sample faults have been provided, is established.
  • FIG. 2b the defect corresponding to zone 1 of FIG.
  • FIG. 1 corresponds to a box located at the bottom of the covering, that is to say above the base supporting it and corresponding to a vacuum thickness of 2 cm approx.
  • the sample defect introduced in zone 2 of FIG. 1 corresponds to a pile of pebbles generated by segregation of the latter, which during the concrete pouring phase are thus separated from the milk. constituting it.
  • the corresponding signature is shown in Figure 2c.
  • FIG. 2d represents the signature of a sample defect located in zone 3 of the reference area represented in FIG. 1, the sample defect being constituted by a box placed in the vicinity of the surface of the coating and corresponding at a vacuum thickness of 2 to 3 cm.
  • the sample defect introduced in zone 4 of the reference test area represented in figure 1 corresponds to an inclined box, with a vacuum thickness of approximately 2 cm, the corresponding signature being represented in figure 2e .
  • the sample defect implanted in zone 5 of the reference test area represented in FIG. 1 corresponds to a box placed in the vicinity of the surface of the coating, this box corresponding to a vacuum thickness of approximately 1 cm.
  • the corresponding signature is shown in Figure 2f.
  • the signature represented in this figure corresponds to a heap of pebbles located in the vicinity of the interface between the coating and the base.
  • This sample defect corresponding to the signature in FIG. 2g is si-killed in zone 6 of the reference area represented in FIG. 1.
  • the sample defect located in zone 7 of this same reference area corresponds to a defect comparable to the sample defect located in zone 6, but in which the stones are larger.
  • the signature corresponding to the sample defect of the zone 7 is shown in figure 2h. It will also be noted, in the latter case, a slight variation in the derivative of the corresponding signature,.
  • the signature shown in FIG. 2i corresponds to a defect in zone 8, no sample defect having been implanted voluntarily, and an abnormally high mechanical admittance appearing at the level of the aforementioned zone.
  • the corresponding signature is represented in FIG. 2i, and there is noted in this figure a substantially constant value of the average derivative of the signature.
  • the coating to be checked is subjected at a plurality of points denoted Pi determined therefrom, to at least one impulse shock test, so as to determine the so-called measurement signature, denoted SMi, of the impulse response at each of the aforementioned points Pi.
  • the reference signatures represented in 2a to 2i and the measurement signatures SMi are the responses to a shock pulse in a mobility-frequency diagram.
  • the mobility at the Pi test points considered is the ratio of the speed of the measurement point to the impact force applied to it.
  • other parameters such as the acceleration of this same point, can be used without limitation.
  • the mobility-frequency diagrams are graduated in frequency, along the x-axis and in mechanical admittance value as on the y-axis.
  • the shock pulses intended to establish the reference and measurement signatures are cali ⁇ brated shock pulses.
  • the calibrated shock pulses can advantageously consist of a shock pulse of duration less than 1 ms and of peak amplitude greater than 100 daN for example.
  • the amplitude diagram over time of the corresponding cali ⁇ brated shock pulse is represented in FIG.
  • FIG. 3a a representation of the energy distribution in frequency of the calibrated pulses being represented in FIG. 3b.
  • the frequency energy distribution of the calibrated shock pulses is such that the energy corresponding to a frequency of the order of 2 kHz is greater, for example, than 1 tenth of the maximum energy at low frequencies.
  • the comparison of said measurement signatures with reference signatures is carried out, without limitation, by comparison of determined values of the mobili ⁇ ty-frequency diagram of the measurement signatures, denoted SMi, at corresponding values called eigenvalues of the reference signatures previously represented in FIGS. 2a to 2i.
  • SMi mobility-frequency diagram of the measurement signatures
  • the calculation of a correlation or resemblance coefficient between reference signatures and measurement signature then allows the aforementioned identification. An example of a particularly advantageous calculation will now be described in conjunction with FIG. 4.
  • the amplitude signals of shock pulses denoted F and of speed or acceleration of the test point Pi are for example detected as a function of time, from the reference instant. These signals after conversion into digital signals for example, are then subjected respectively to steps A and B, to a processing by fast Fourier transform on a determined number of points.
  • the fast Fourier transform can be performed on a number of samples or of values equal to 512.
  • a processing phase of pre-emphasis of this signal is carried out by filtering, prior to processing by the fast Fourier transform.
  • the values obtained are then subjected to a processing denoted C in FIG. 4, which makes it possible, for certain determined frequency bands, to establish the amplitude phase relationship between the values resulting from the treatments by fast Fourier transform, in steps A and B previous.
  • the above amplitude-phase values correspond in fact to the ratio in complex values of the speed of the test point considered Pi to the corresponding amplitude of the shock, for the frequency band considered.
  • a second treatment can then be carried out at the step referenced B in FIG. 4, so as to determine the corresponding energy in each band of frequency considered.
  • the results thus obtained can be combined in a final step E, allowing, for example, to define the energy values in the frequency bands considered, reduced to a plurality of frequencies called eigenvalues in the case of reference signatures by example.
  • the points determined above, designated Pi, at the level of which the coating is subjected to at least one impulse shock test can advantageously be distributed according to a mesh network, the pitch of the network r being determined as a function of the desired resolution.
  • FIG. 5 shows such a network of points, the points Pi previously designated now being designated according to the general reference Pij, so as to constitute the meshes of a network.
  • the network shown in FIG. 5 corresponds to a network whose pitch is identical according to two orthogonal dimensions. Of course, the pitch according to these two dimensions or directions can be chosen different depending on the desired applications.
  • Measures carried out in accordance with the yielded object of the invention allowed, from a network of pitch r equal to 1 meter, to obtain a resolution less than 30 cm.
  • the reduction in the pitch of the network consequently makes it possible to increase the desired resolution of the system.
  • the establishment of the measurement signatures noted SMij relating to each point Pij of the network then allows the establishment of a true map of the coating and of the mechanical structure of the interfaces between the latter and the base supporting it.
  • the device which is the subject of the invention comprises a mobile support denoted 3 capable of being moved in a direction denoted T in FIG. 6 above mentioned on the surface of the coating to be checked.
  • the mo ⁇ bile support 3 is integral with a trolley marked 1, provided with wheels for example, which is itself, during the implementation of the method, towed by a motor vehicle rated 2.
  • the support 3 can be made movable relative to the cover, by any means.
  • Percussion means denoted Mi are arranged on the support 3, these means making it possible to generate, sequentially on said surface of the coating to control calibrated test shocks.
  • sensor means denoted Ci are integral with the mobile support, these sensor means being mechanically decoupled from the support 3.
  • Mechanical decoupling means any means capable of causing maximum attenuation of any mechanical vibration due to the displacement of the support 3 compared to the surface of the coating for the aforementioned sensor means Ci.
  • the sensor means Ci make it possible to deliver an electrical signal representative of the impulse response of the coating at the test point Pi considered at the calibrated test shock generated by the percussion means Mi.
  • the percussion means Ci are advantageously constituted by a plurality of percussion elements aligned in a direction ⁇ on the movable support 3.
  • the percussion elements Mi and the sensor means Ci can be adjustable in relative position in the alignment direction
  • each percussion element Mi is associated with a sensor element Ci, all of the sensor elements constituting the sensor means described above.
  • each group consisting of a percussion element Mi and a sensor element Ci can be adjustable in translation according to the direction of alignment ⁇ .
  • the installation of the percussion elements Mi and their associated sensors Ci according to a determined pitch allows for a considered displacement of the mobile support 3 in the direction of translation T, to develop the network of points Pij test previously described in Figure 5.
  • the network can be a square network or rectangular.
  • the distance separating a percussion element Mi from the corresponding sensor element Ci which is associated with it n ' not exceed 10 cm.
  • FIGS. 7a and 7b A more detailed description of the percussion elements Mi will now be given in connection with FIGS. 7a and 7b in particular.
  • each of these elements comprises a percussion head denoted 14, 15, mounted at the end of an arm denoted 6, forming lever arm.
  • the arm 6 for ⁇ ing the lever arm is rotatable around an axis noted 7 in Figures 7a and 7b, axis substantially parallel to the direction of alignment.
  • Drive means 8, 9, 10 of the arm 6 make it possible, through the percussion head 14, 15, to generate successively a plurality of calibrated shocks as defined above.
  • the calibrated shocks can, as previously mentioned, consist of a shock pulse of amplitude between 100 and 1000 daN, and of duration less than or equal to 1 ms. As it also appears in FIGS.
  • the clutch coupling device élec ⁇ tromagnically denoted 8 is mechanically secured to the arm 6 forming a lever arm.
  • the electromagnetic clutch coupling device can for example be a device normally available on the market, and in particular an electromagnetic clutch coupling device distributed by the company BINDER MAGNET-DC.
  • Training means noted 10, 11, 12, allow the rotation of said clutch, the drive means being for example constituted by a reducing motor group.
  • the rotation drive means 11, 12 and the clutch coupling device 8, 9 allow the lever arm 6 and the percussion head 14, 15 to be brought into the calibrated shock armed position. This armed shock calibrated position of the percussion head 14, 15 and of the arm 6 is denoted I in FIG. 7b.
  • elastic return means 13 mechanically secured to the support 3 for example and to the arm forming the lever arm 6, are also provided.
  • the elastic return means 13 and the clutch coupling device 8, 9 allow the arm forming the lever arm 6 and the percus ⁇ sion head 14, 15 to be brought into the calibrated shock position.
  • the calibrated shock position is represented by II.
  • FIG. 7c A diagram of the operating time of the various constituent elements of each percussion element Mi shown in FIGS. 7a and 7b will be given in connection with FIG. 7c.
  • FIG. 7c there is shown in 1 a control pulse delivered by a reference clock or. command sequencer, in 2, the corresponding command in drive means 11, 12 constituted by the reduction motor unit of FIG. 7a, in 3, the corresponding time diagram of a limit switch contact of the shaft of the reduction gearbox previously described, in 4 the corresponding phases passive assets of the coupling device with electromagnetic clutch 8, 9, and at 5, finally, the armed and calibrated shock positions referenced I and II, in accordance with FIG. 7b, of the percussion head 14, 15 and of the lever arm 6.
  • FIG. 7c there is shown in 1 a control pulse delivered by a reference clock or. command sequencer, in 2, the corresponding command in drive means 11, 12 constituted by the reduction motor unit of FIG. 7a, in 3, the corresponding time diagram of a limit switch contact of the shaft of the reduction gearbox previously described, in 4 the
  • the active position of the coupling device with an electromagnetic clutch 8, 9 allows the percussion head to be brought in and / or maintained 14, 15 and of the lever arm 6 in the calibrated shock armed position, while the passive position thereof allows on the contrary the passage into the calibrated shock position referenced II.
  • the return of the coupling device to the electromagnetic clutch 8, 9 in the active position allows the capture of the assembly constituted by the lever arm 6 and the head. percussion 14, 15, so as to avoid, in accordance with the invention, the existence for a given calibrated shock, of any successive rebound.
  • the sequential triggering of each of the percussion elements Mi makes it possible to successively generate a plurality of calibrated shocks.
  • the calibrated shocks can advantageously be generated at different points Pi or possibly a plurality of calibrated shocks can be generated at the same point in order to obtain a plurality of values in order to determine average values.
  • the duration of the passive phase of the coupling device with electromagnetic clutch 8, 9, previously described can be adjustable so as to obtain by adjusting this duration the realization of calibrated shocks in the absence of any successive rebound.
  • This duration is in fact determined experimentally as a function of the modulus of elasticity of the material of the percussion head 14, and of the hardness of the coating.
  • the percussion head 14 can be made of a superpolyamide plastic material such as the materials sold by the company ERTA, under the trade name ERTALON.
  • a plastic material will be chosen whose modulus of elasticity is between 90,000 and 170,000 N / cm 2 .
  • the percussion head 14 may advantageously include a percussion face in the form of a spherical cap, the latter having for example a radius of curvature of the order of 20 cm.
  • FIG. 8 A more detailed description of the sensor means Ci associated with the percussion means Mi will now be given in conjunction with FIG. 8.
  • the above-mentioned figure represents a cutaway view of a particularly advantageous embodiment of the sensor means Ci, so as to show the internal arrangement of these.
  • the sensor means Ci comprise a box 16 forming a chassis of the sensor means.
  • the box 16 is, in operation, mechanically secured to the movable support 3 or to a support 19 secured to the latter, by means of first elastic decoupling means 18. As shown in the FIG.
  • the box 16 or chassis is in fact depending on its state of non-functioning or of operation, rendered respectively solid of the support 19 or 3, by means of a system cylinder head 25 of a control rod 26 and of a ring 28, which make it possible to bring the box 16 into contact with the support 19 outside of the operation thereof or on the contrary, the rod 26 being released from the ring 28, to make the box 16 soli ⁇ dary of the movable support 3, (19) by means of the only first elastic decoupling means 18 during the operation of the sensor means Ci conidered.
  • the sensor means Ci shown in FIG. 8 further comprise a detection head 20, 21, 22, 23, mechanically secured to the box forming a chassis 16 by means of second means 24 for elastic decoupling.
  • the detection head can comprise a support lever arm 22 articulated in rotation around a fixed axis denoted 220, relative to the chassis 16.
  • the opposite end the lever arm 22 is mechanically secured to the frame 16 by means of the second coupling means 24.
  • the detection head further comprises a detection cell 20, 21, mechanically secured to the lever arm 22, by by means of third elastic decoupling means 23.
  • the detection cell 20, 21, can comprise, according to one advantageous embodiment, an electromechanical transducer 20 of the accelerometer or geophone type.
  • the sensitive face of the transducer 20 is mechanically secured to a tip 21 of hard material intended to be placed in contact with the measuring point on the face of the coating.
  • the accelerometers thus constitute acceleration sensors whose frequency bandwidth is substantially between 0 and 10,000 Hz.
  • the geophones on the contrary constitute speed sensors, the bandwidth of which is substantially between 4 Hz and 5000 Hz.
  • the tip 2 ' i itself can be made of very hard steel, and the force of support of the tip on the coating, can be taken equal by way of nonlimiting example, to 1 Newton in the case where the electromechanical transducer is an accelerometer with a mass of two grams and to 10 to 20 Newtons in the case where the electromechanical transducer is a geophone mass of the order of 20 g.
  • the radius of curvature of the tip 21 can be of the order of a few millimeters.
  • each of the sensors Ci as shown in FIG. 8, the latter allow, jointly, the establishment of a bearing force of the tip 21 on the coating, by in particular through the first, second and third elastic means for uncoupling the range, and decoupling suitable for vibration, the third decoupling means 23 having in particular the effect of mechanically decoupling the detection cell 20, 21 and the lever arm 22 increasing the bandwidth at high frequencies, the only mass seen by the tip 21 at these frequencies being the mass of the tip plus that of the geophone in the almost total absence of that of arm 22.
  • the latter thus includes, as it appears in FIG. 8, three support points 17, intended to come into contact with it. this.
  • the bearing force of the box 16 on the coating by means of the tips 17 is determined by the first first decoupling means 18 only, while the bearing force of the tip 21, in contact with the measuring point, is determined by the single lever assembly 22, second decoupling means 24 and three decoupling means 23.
  • Comparative tests conducted in the laboratory between a sensor directly bonded near a test point Pi and the sensor means Ci as shown in FIG. 8, have shown excellent similarity of response characteristics.
  • control and calculation processor means comprise a micro-computer provided with its peripherals.
  • the peripherals may include a control keyboard denoted KL, a display monitor denoted MO.
  • the microcomputer is symbolized by its central unit denoted UC.
  • Microcomputer peripherals may also comprise non-volatile storage means allowing the storage of digital values representative of the measurement signatures.
  • Memorization means no . volatile aforementioned may consist for example of a magnetic disk of the HD hard disk type, due to the very large number of measurements to be made, taking into account the large number of test points.
  • the peripherals of the computer can also advantageously include storage means of the electrically reprogrammable type (EEPROM), in which the digital values representative of the so-called reference signatures are stored.
  • EEPROM electrically reprogrammable type
  • Peripheral means of the microcomputer can finally comprise means of storage of the reprogrammable read-only memory type (REPROM), in which is stored a program for calculating and processing values to perform a comparison of the signatures SMi with the reference signatures 2a to 2i, for establish an identification by resemblance criterion as already described above in the description.
  • REPROM reprogrammable read-only memory type
  • the control processor means finally comprise control interfaces, denoted IF, analog-digital / digital-analog interfaces, input / output connected to the drive and control members of percussion elements Mi and means Ci sensors.
  • control interfaces will not be described insofar as they can be constituted by any means normally commercially available.
  • the interface means IF described above for input / output control may include, advantageously, a peak value detector of the amplitude of the calibrated shock, generated by a Mi percussion means.
  • This peak value detector delivers via a threshold circuit denoted CS, with respect to a voltage of determined reference, denoted VREF, an engaging pulse of the coupling device with electromagnetic clutch 8, 9, so as to avoid the existence of successive twists of each percussion element Mi 7 after carrying out a calibrated shock.
  • the detector itself can be constituted by the sensor means Ci associated with corresponding percussion means Mi, the signal delivered by each sensor Ci being compared with a reference value corresponding significantly to the peak value of the signal generated by the shock pulse.
  • the pulse delivered by the threshold circuit CS then allows, via the interface IF, the control by the central unit UC of the coupling means with electromagnetic clutch to effect the engagement of this one. ci, after a fixed delay period, in order to eliminate any successive rebound.
  • the control processor system described above being properly initialized, the mobile support 3 of course being kept stationary at the points, the operator can then trigger the pulse shock sequence generated by each of the percussion means Mi successively.
  • the data or signatures corresponding to the test point Pi, or Pij, are then successively memorized by the central processing unit UC, and a first measurement sequence on a previously described alignment being carried out, the operator can then move the entire device, in particular the mobile support 3, in the direction of translation T, so as to bring the assembly into position for a new sequence and successively.
  • the displacement distance can then be determined by the operator to produce a mesh network as described above.
  • the implementation of a device comprising three pairs of sensors Ci, percussion elements Mi on a mobile support 3, made it possible to control a road surface, the operating time for a kilometer representing around 200 poured concrete slabs, having reached a duration of 2.15 hours.
  • the device and the process object of the invention thus made it possible to ensure the control of road surfaces, over a distance of 2.77 km, for a 6-hour work day.

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Abstract

Le procédé consiste à établir au moins une signature (2a) de la réponse à un choc impulsionnel d'un revêtement sain de référence, et une pluralité (2b à 2i) de signature de la réponse d'un choc impulsionnel d'un revêtement muni de défauts d'échantillons pour constituer des signatures de référence. Le revêtement à contrôler est soumis en une pluralité de points de test (Pi), à au moins un test de choc impulsionnel pour déterminer des signatures de mesure (MSi) correspondants. Une comparaison des signatures de mesure aux signatures de référence permet d'établir une identification des défauts par critère de ressemblance. Application au contrôle de revêtements de voies de circulation, telles que autoroutes, pistes d'envol d'aéronefs.

Description

( PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE MECANIQUE DE 'REVETEMENTS D'OUVRAGES D'ART
La présente invention est relative à un procé¬ dé et à un dispositif de contrôle mécanique de revê¬ tements d'ouvrages d'art.
A l'heure actuelle, le contrôle mécanique des 5 revêtements d'ouvrages d'art, tels que les voies de circulation, routes, auto-routes, pistes d'envol ou d'atterrissage d'aéronefs ,reste peu satisfaisant. De telles structures peuvent présenter, notamment dans le cas dévoies de circulation, des défauts de
10 contruction ou des défauts d'endommagements ultérieurs dus à des mouvements intempestifs du sol ou sous-sol. En particulier, dans le cas où ces revêtements con¬ sistent en des dalles de béton, celles-ci étant cou¬ lées in situ en présence ou en l'absence d'un treil-
15 lis métallique d'armature, les défauts de construc¬ tion précités peuvent, notamment,consister en des nids de cailloux, des défauts de remplissage dûs aux treillis d'armature par exemple. Les endommagements ultérieurs résultent notamment de mouvements relatifs
20 intempestifs entre le revêtement et les couches sous jacentes du sol ou sous-sol ; dans le cas des dalles de béton formant revêtement d'autoroute, ces der¬ niers résultent notamment du phénomène de battement des dalles dû à la circulation des véhicules, au
25 décollement du sol d'assise provoquant la création f de vides. Les méthodes de contrôle proposées jusqu'à ce jourconsistent, our l'essentiel,en des méthodes de contrôle mécanique, par rouleau vibrant, et en des méthodes électromagnétiques par géoradar.-
30 Les méthodes de contrôle mécanique précitées consistent à soumettre le revêtement à une vibration mécanique de fréquence fixe et à mesurerl'amplitude des vibrations correspondantes. Les vibrations méca¬ niques utilisées sont engendrées par un rouleau vi¬ brant à une fréquence comprise entre 10 et 20 Hz. Bien que le problème délicat de la détection de la réponse du revêtement ait été résolu de manière satisfaisante par l'utilisation d'une roue hydrophoni¬ que, la réponse précitée ne peut prétendre donner une information complète sur l'état mécanique du revêtement et de ses interfaces de liaison avec le sol en raison du caractère incomplet du spectre de fréquence engen¬ dré à l'émission par le rouleau vibrant.
Les méthodes de contrôle électromagnétique/ utilisant des ondes électromagnétiques de fréquences élevées,a pourobjet la recherche des réflexions des ondes électromagnétiαues émises sur les discontinuités structurelles du revêtement ou de ses interfaces de liaison avec le sol. Cependant, du fait même de la nature des ondes émises, toute discontinuité matériel- le du revêtement ou de ses interfaces n'est pas néces¬ sairement génératrice de perturbation par réflexion permettant une mesure fiable et les résultats de mesu¬ res sont d'une interprétation fort délicate. En outre, et en raison même de la nature des ondes utilisées,les résultats de mesure restent très sensibles au degré d'humidité du revêtement et de ses interfaces ainsi qu'à la présence dans le revêtement ou dans les couches sous-jacentes de matériaux métalliques.
Le procédé et le dispositif de contrôle éca- nique de revêtements d'ouvrages d'art selon l'inven¬ tion, ont pour objet de remédier aux inconvénients précités, les inconvénients inhérents à l'une et l'au- des méthodes de l'art antérieur étant notamment sup¬ primés. Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un procédé et d'un dispositif de contrôle mécanique de revêtement d'ouvrages d'art, dans lequel celui-ci est soumis à une vibration méca¬ nique à spectre de fréquence à bande large.
Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un procédé et d'un dispositif de contrôle mécanique de revêtement d'ouvrages d'art permettant une mise en oeuvre quasi-automatique.
Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un procédé et d'un dispositif de contrôle mécanique de revêtements d'ouvrages d'art, dans lesquels une haute probabilité et une haute fidé¬ lité d"e détection sont obtenues.
Le procédé de contrôle mécanique de revêtements d'ouvrages d'art, selon l'invention, est remarquable en ce qu'il consiste à établir au moins une signature de la réponse à un choc impulsionnel d'un revêtement sain de référence et une pluralité de signatures de la réponse à un choc impulsionnel d'un revêtement de même type, dans lequel des défauts échantillons de référence ont été ménagés, les signatures précitées constituant des signatures de référence. Le revêtement à contrôler est, en une pluralité de points de celui-ci,- soumis à au moins un test de choc impulsionnel de façon à déterminer la signature dite de mesure de la réponse impuisionnelle en chacun des points déterminés. Une comparaison des signatures de mesure aux signatures de référence est effectuée pour établir une identifi¬ cation par critère de ressemblance. Le dispositif de contrôle mécanique de revê¬ tements d'ouvrages d'art, objet de l'invention, est remarquable en ce qu'il comprend un support mobile, susceptible d'être déplacé sur ce revêtement. Des moyens de percussion disposés sur ce support permet- tent d'engendrer séquentiellement sur cette surface des chocs de test calibrés. Des moyens capteurs soli¬ daires du support mobile, mais mécaniquement découplés de celui-ci, permettent de délivrer un signal électri- que représentatif de la réponse impulsionnelle du revê¬ tement aux chocs de test calibrés.
Le procédé et le dispositif objet de l'inven¬ tion trouvent application au contrôle mécanique de re¬ vêtements d'ouvrages d'art de toute nature et en parti- culier de voies de circulation telles que routes, autoroutes, pistes d'envol d'aéronefs par exemple. Leur objet sera mieux compris à la lecture de la description et à l'observation des dessins ci- après dans lesquels : - la figure 1 représente, sur une aire d'es¬ sai de référence, la topographie d'implantation de différents défauts échantilons,
- la figure 2 représente respectivement de 2a à 2i, la nature du revêtement, muni ou non d'un défaut échantillon, et la signature de référence cor¬ respondante constituée par la réponse impulsionnelle du point de référence correspondant considéré,
- la figure 3 représente un diagramme ampli¬ tude temps et amplitude-fréquence d'un choc calibré conformément à la présente invention,
- la figure 4 représente un schéma synoptique de traitement pour la mise en oeuvre de critère de choix, conformément au procédé de l'invention,
- la figure 5 représente un schéma illustra- tif de mise en oeuvre du procédé de l'invention,
- la figure 6 représente une vue de dessus schématique d'un dispositif conforme à l'objet de l'in¬ vention,
- les figures 7a et 7b représentent un détail de réalisation du dispositif tel que représenté en figure 6, et la figure 7c représente un diagramme de temps des divers éléments des figures 7a et 7b,
- les figures 8 et 9 représentent un mode de réalisa¬ tion particulièrement avantageux d' un élément essentiel du dispositif et du dispositif objet de l'invention respectivement.
Le procédé de contrôle mécanique de revêtements d'ouvrages d'art, objet de l'invention, sera tout d'a¬ bord décrit en liaison avec les figures 1 et 2.
Par ouvrages d'art, on entend, bien entendu, tout ouvrage du domaine des travaux publics et en par¬ ticulier, mais de manière non limitative, tout revête- ment de voies de circulation, telles que des routes, autoroutes, pistes d'envol ou d'atterrissage d'aéronefs. Conformément à l'invention, le procédé de con¬ trôle mécanique de revêtements d'ouvrages d'art con¬ siste à établir au moins une signature de la réponse à un choc impulsionnel d'un revêtement sain de référence. Une pluralité de signatures de la réponse à un choc impulsionnel d'un revêtement de même type est ensuite établie, pluralité de signatures correspondant à un revêtement dans lequel des défauts échantillons de référence ont été ménagés. Les signatures relatives aux revêtements sains de référence et aux revêtements corn- portant les défauts échantillons constituent des si¬ gnatures de référence.
Sur la figure 1 , on a représenté une aire d'essai de référence, sur laquelle la topographie d'implantation de différents défauts échantillons a été répertoriée. L'aire d'essai peut ainsi correspon¬ dre à une surface de valeur déterminée, et en parti¬ culierdans le cas de revêtements autoroutiers consti¬ tués par des dalles de béton,par une de ces dalles de dimensions normalisées. Ainsi, une signature de la réponse à un choc impulsionnel d'un revêtement sain de référence, zone notée S sur la figure 1 , est repré¬ sentée en figure 2a. De la même manière, une pluralité de signatures représentée respectivement en figures2b à 2i de la réponse à un choc impulsionnel d'un revê¬ tement de même type, dans lequel différents défauts échantillons de référence ont été ménagés, est établie. Sur la figure 2b, le défaut correspondant à la zone 1 de la figure 1 correspond à une boîte située en fond de revêtement, c'est-à-dire au dessus du soubassement supportant celui-ci et correspondant à une épaisseur de vide de 2 cm environ. De la même manière, le défaut échantillon introduit en zone 2 de la figure 1 , corres¬ pond à un tas de cailloux engendré par ségrégation de ces derniers, lesquels au cours de laphase de cou¬ lage du béton, se trouvent ainsi séparés de lalaitance constituant celui-ci. La signature correspondante est représentée en figure 2c. La figure 2d représente la signature d'un défaut échantillon situé en zone 3 de 1' aire de référence représentée en figure 1, le défaut échantillon étant constitué par une boîte disposée au voisinage de la surface du revêtement et correspondant à une épaisseur de vide de 2 à 3 cm. On note, dans ce cas, une très forte augmentation de la dérivée de la signature, cette aug eitation nécessitant d'ailleurs une réduction d'échelle afin d'obtenir une bonne représentation de celle-ci. De la même façon, le défaut échantillon introduit en zone 4 de l'aire d'essai de référence représentée en figure 1, correspond à une boîte inclinée, d'épaisseur de vide de 2 cm environ, la signature correspondante étant représentée en figure 2e. On note à nouveau une très grande variation de la dérivée de la signature corres¬ pondante, par rapport, par exemple, à un revêtement de béton sain représenté en figure 2a. Le défaut échan¬ tillon implanté en zone 5 de l'aire d'essai de réfé- rence représentée en figure 1 correspond à une boîte disposée au voisinage de la surface du revêtement, cette boîte correspondant à une épaisseur de vide de 1 cm environ. La signature correspondante est repré¬ sentée en figure 2f. En outre, et ainsi que repré- sente en figure 2g, la signature représentée sur cette figure correspond à un amas de cailloux situé au voisinage de l'interface entre le revêtement et le soubassement. Sur cette figure, on notera un changement de la dérivée moyenne de la signature cor- respondante. Ce défaut échantillon correspondant à la signature de la figure 2g est si-tué en zone 6 de l' aire de référence représentéeen figure 1. Le défaut échantillon implanté en zone 7 de cette même aire de référence, correspond à un défaut comparable au défaut échantillon implanté en zone 6, mais dans lequel les cailloux sont de dimensions plus importantes. La si¬ gnature correspondant au défaut échantillon de la zone 7 est représentée en figure 2h. On notera encore, dans ce dernier cas, une variation faible de la déri¬ vée de la signature correspondante, .-uivie d'une aug¬ mentation importante de cette même dérivée. Enfin, la signature représentée en figure 2i correspond à un défaut de la zone 8, aucun défaut échantillon n'ayant été implanté volontairement, et une admit- tance mécanique anormalement élevée apparaissant au niveau de la zone précitée. La signature correspon- dante est représentée en figure 2i, et on note sur cette figure une valeur sensiblement constante de la dérivée moyenne de la signature.
Conformément au procédé de l'invention, le revêtement à contrôler est soumis en une pluralité de points notés Pi déterminés de celui-ci, à au moins un test de choc impulsionnel, de façon à déterminer la signature dite de mesure, notée SMi, de la réponse impulsionnelle en chacun des points Pi précités. En outre, ainsi qu'il apparaît notamment en figure 2, mais de manière non limitative, les signatures de référence représentées en 2a à 2i et les signatures de mesure SMi sont les réponses à une impulsion de choc dans un diagramme mobilité-fréquence. On rappelle pour mémoire, que la mobilité aux points de test Pi considérés estle rapport de la vitesse du point de mesure à la force d'impact appliquée sur celui-ci. Bien entendu, d'autres paramètres, tels que l'accélé¬ ration de ce même point,peuvent être utilisés de manière non limitative. Ainsi, conformément à la représentation des figures 2a à 2i, les diagrammes mobilité-fréquence, la mobilité étant considérée comme représentant l'admittance mécanique du point de mesure considéré, sont gradués en fréquence, selon l'axe des abscisseset en valeur d'admittance mécani¬ que sur l'axe des ordonnées. Conformément au procédé de contrôle mécanique objet de l'invention, les impul- sions de choc destinées à établir les signatures de référence et de mesure sont des impulsions de choc cali¬ brées. A titre d'exemple non limitatif, ainsi que re¬ présenté en figure 3, les impulsons de choc calibrées peuvent avantageusement consister en une impulsion de choc de durée inférieure à 1 ms et d'amplitude crête supérieure à 100 daN par exemple . Le diagramme d'amplitude dans le temps de l'impulsion de choc cali¬ brée correspondante est représenté en figure 3a, une représentation de la distribution d'énergie en fré- quence des impulsions calibrées étant représentéeen figure 3b. La distribution d'énergie en fréquence des impulsions de choc calibrées, est telle que l'énergie correspondante à une fréquence de l'ordre de 2 kHz est supérieure par exemple à 1 dixième de l'énergie maximale aux fréquences basses.
Conformément à un mode de réalisation avanta¬ geux du procédé objet de l'invention, la comparaison desdites signatures de mesure aux signatures de réfé¬ rence est effectuée, de manière non limitative, par comparaison de valeurs déterminées du diagramme mobili¬ té-fréquence des signatures de mesure,notées SMi, à des valeurs correspondantes appelées valeurs propres des signatures de référence représentées précédemment en figures 2a à 2i. Le calcul d'un coefficient de corré- lation ou de ressemblance entre signatures de référence et signature de mesure permet alors l'identification précitée. Un exemple de calcul particulièrement avan¬ tageux sera maintenant décrit en liaison avec la figure 4.
Conformément à cette figure, les signaux d'amplitude d'impulsions de choc notés F et de vi¬ tesse ou d'accélération du point de test Pi sont par exemple détectés en fonction du temps, à partir de l'instant de référence. Ces signaux après conversion en signaux numériques par exemple, sont alors soumis respectivement aux étapes A et B, à un traitement par transformée de Fourier rapide sur un nombre de points déterminé. Selon un mode de réalisation avanta¬ geux conforme au procédé de l'invention, la transformée de Fourier rapide peut être réalisée sur un nombre d'échantillons ou de valeurs égal à 512. Dans le cas du signal représentatif de la vitesse de l'accéléra¬ tion du point de test Pi considéré, une phase de trai¬ tement de pré-accentuation de ce signal est effectuée par filtrage, préalablement au traitement par la trans- formée de Fourier rapide. Les valeurs obtenues sont alors soumises à un traitement noté C sur la figure 4, lequel permet pour certaines bandes de fréquence déterminées,d'établir la relation amplitude phase en¬ tre les valeurs issues des traitementspar transformée de Fourier rapide, aux étapes A et B précédentes. Les valeurs amplitude-phase précitées correspondent en fait au rapport en valeurs complexes de la vitesse du point de test considéré Pi à 1'amplitude correspondante du choc, pour la bande de fréquence considérée. Un deuxième traitement peut être effectué ensuite à 1'é- tape référencée B sur la figure 4, de manière à déter¬ miner 1*énergie correspondante dans chaque bande de fréquence considérée. Les résultats ainsi obtenus peuvent être combinés dans une étape finale E, permet¬ tant, par exemple de définir les valeurs d'énergie dans les bandes de fréquence considérées,ramenées à une pluralité de fréquences appelées valeurs propres dans le cas des signatures de référence par exemple. Bien entendu, un traitement analogue est effectué relativement aux signaux constituant les signatures de mesure, en chaque point de test Pi. La corrélation en vue d'établir le critère de choix est ensuite ef¬ fectuée entre les valeurs correspondant aux valeurs propres des signatures de référence et des signatures de mesure. La méthode de traitement mathématique des valeurs mise en oeuvre dans le procédé, objet de l'in- vention, ne sera pas décrite plus en détail,- celle-ci n'étant donnée qu'à titre d'exemple non limitatif.
Conformément à une caractéristique avantageuse du procédé objet de l'invention, les points déterminés précédemment,désignés Pi, au niveau desquels le revête- ment est soumis à au moins un test de choc impulsionnel, peuvent avantageusement être distribués selon un réseau maillé, le pas du réseau r étant déterminé en fonction de la résolution souhaitée. On a représenté en figure 5 un tel réseau de points, les points Pi précédemment désignés étant maintenant désignés selon la référence générale Pij, de façon à constituer les mailles d'un réseau. De manière nonlimitative, le réseau représenté sur la figure 5, correspond à un réseau dont le pas est identique selon deux dimensions orthogonales. Bien entendu, le pas selon ces deux dimensions ou directions peut être choisi différent en fonction des applications souhaitées. Des mesures conduites conformément au pro- cédé objet de l'invention, ont permis, à partir d'un réseau de pas r égal 1 mètre,d'obtenir une résolution inférieure à 30 cm. Bien entendu, la diminution du pas du réseau permet en conséquence d'augmenter la résolution souhaitée du système. L'établissement des signatures de mesure notées SMij relatives à chaque point Pij du réseau, permet alors l'établissement d'une véritable carte du revêtement et de la structure mécanique des interfaces entre ce dernier et le sou- bassement le supportant.
Une description détaillée d'un dispositif de contrôle mécanique de revêtementsd'o vrages d'art permettant la mise en oeuvre du procédé objet de l'in¬ vention précédemment décrite, sera donnée en liaison avec les figures 6 à 9.
Conformément à la figure 6, le dispositif objet de l'invention comprend un support mobile noté 3 susceptible d'être déplacé selon une direction notée T sur la figure 6 précitée à la surface du revêtement à contrôler. On notera par exemple que le support mo¬ bile 3 est solidaire d'un chariot noté 1, muni de roues par exemple, lequel est lui-même, au cours de la mise en oeuvre du procédé, tracté par un véhicule automobile noté 2. Bien entendu, et en fonction des applications du procédé et du dispositif objet de l'invention,' le support 3 peut être rendu mobile par rapport au revête¬ ment, par tout moyen. Des moyens de percussion notés Mi sont disposés sur le support 3, ces moyens permettant d'engendrer,séquentiellement sur ladite surface du re- vêtement à contrôler des chocs de test calibrés. En outre, des moyens capteurs notés Ci sont solidaires du support mobile, ces moyens capteurs étant mécaniquement découplés du support 3. Par découplage mécanique, on entend tout moyen susceptible de provoquer une atténuation maximale de toute vibration mécanique due au déplacement du support 3 parrapport à la sur- face du revêtement pour le moyen capteur Ci précité. Ainsi, et compte tenu du découplage mécanique précé¬ demment décrit, les moyens capteurs Ci permettent de délivrer un signal électrique représentatif de la réponse impulsionnelle du revêtement au point de test Pi considéré au choc de test calibré engendré par les moyens de percussion Mi.
Ainsi qu'il apparaît également en figure β, les moyens de percussion Ci sont avantageusement constitués par une pluralité d'éléments de percussion alignés selon une direction Δ sur le support mobile 3. De manière avantageuse, les éléments de percussion Mi et les moyens capteurs Ci peuvent être ajustables en position relative dans la direction d'alignement
Ainsi qu'il apparaît également en figure 6, à chaque élément de percussion Mi est associé un élé¬ ment capteur Ci, l'ensemble des éléments capteurs constituant les moyens capteurs précédemment décrits. Bien entendu, et de façon non limitative, chaque grou¬ pe constitué par un élément de percussion Mi et un élé- ment capteur Ci peut être ajustable en translation selon la direction d'alignement Δ . Ainsi, l'installa¬ tion des éléments de percussion Mi et de leurs capteurs associés Ci selon un pas déterminé, permet pour un dé¬ placement considéré du support mobile 3 dans la direc- tion de translation T, d'élaborer le réseau de points de test Pijprécédemment décrit en figure 5. Ainsi que déjà mentionné, le réseau peut être un réseau carré ou rectangulaire. De préférence, et selon une caractéris¬ tique du dispositif de contrôle de revêtements d'objets d'art objet de l'invention, la distance séparant un élément de percussion Mi de l'élément capteur corres- pondant Ci qui lui est associé n'excède pas 10 cm. Une description plus détaillée des éléments de percussion Mi sera maintenant donnée en liaison avec les figures 7a et 7b notamment.
Conformément à la figure 7a, laquelle repré- sente une vue de dessus d'un élément de percussion Mi donné, chacun de ces éléments comprend une tête de percussion notée 14, 15, montée à l'extrémité d'un bras noté 6, formant bras de levier. Le bras 6 for¬ mant bras de levier est mobile en rotation autour d'un axe noté 7 sur les figures 7a et 7b, axe sensiblement parallèle à la direction de l'alignement . Des moyens d'entraînement 8, 9, 10 du bras 6 permettent, par l'intermédiaire de la tête de percussion 14, 15, d'en¬ gendrer successivement une pluralité de chocs calibrés tels que précédemment définis. Les chocs calibrés peu¬ vent consister, ainsi que précédemment mentionné , en une impulsion de choc d'amplitude comprise entre 100 et 1000 daN, et de durée inférieure ou égale à 1 ms. Ainsi qu'il apparaît également en figures 7a et 7b, le dispositif d'accouplement à embrayage élec¬ tromagnétique noté 8, , est mécaniquement solidaire du bras 6 formant bras de levier. Le dispositif d'ac¬ couplement à embrayage électromagnétique peut par exemple être un dispositif normalement disponible dans le commerce, et en particulier un dispositif d'accou¬ plement à embrayage électromagnétique distribué par la société BINDER MAGNET-DC. Desmoyens d'entraînement notés 10, 11, 12, permettent la mise en rotation du¬ dit embrayage, les moyens d'entraînement étant par exemple constitués par un groupe moteur réducteur. Les moyens d'entraînement en rotation 11, 12 et le dispositif d'accouplement à embrayage 8, 9 permettent l'amenée du bras formant bras de levier 6 et de la tête.de percussion 14, 15 en position armée de choc calibré . Cette position armée de choc calibré de la tête de percussion 14, 15 et du bras 6 est notée I sur la figure 7b.
Ainsi qu'on le remarquera également en figures 7a et 7b, des moyens de rappel élastique 13 mécanique¬ ment solidaires du support 3 par exemple et du bras formant bras de levier 6, sont également prévus. Les moyens de rappel élastique 13 et le dispositif d'ac¬ couplement à embrayage 8, 9, permettent l'amenée du bras formant bras de levier 6 et de la tête de percus¬ sion 14, 15, en position de choc calibré. Sur la fi¬ gure 7b, notamment, la position de choc calibré est représentée par II.
Un diagramme de temps de fonctionnement des éléments divers constitutifs de chaque élément de per¬ cussion Mi représenté en figures 7a et 7b, sera donné en liaison avec la figure 7c. Sur la figure 7c, on a représenté en 1 une impulsion de commande délivrée par une horloge de ré¬ férence ou. séquenceur de commande, en 2, la commande correspondante dss moyens d'entraînement 11, 12 cons¬ titués par le groupe moteur réducteur de la figure 7a, en 3, le diagramme de temps correspondant d'un contact fin de course de l'arbre du groupe moteur réducteur précédemment décrit, en 4 les phases correspondantes actives passives du dispositif d'accouplement à em¬ brayage électromagnétique 8, 9, et en 5, enfin, les positions armées et de choc calibré référencés I et II, conformément à la figure 7b,de la tête de percussion 14, 15 et du bras de levier 6. Sur la figure 7c précédemment citée, on comprendra que la position active du dispositif d'accouplement à em¬ brayage électromagnétique 8, 9, permet l'amenée et/ou le maintien de la tête de percussion 14, 15 et du bras de levier 6 en position armée de choc calibré, alors que la position passive de celui-ci permet au contraire le passage en position de choc calibré référencé II. En outre, le retour du dispositif d'ac¬ couplement à embrayage électromagnétique 8, 9 en posi- tion active, ainsi qu'il apparaît en figure 7c, permet la capture de l'ensemble constitué par le bras de levier 6 et la tête de percussion 14, 15, de façon à éviter, conformément à l'invention, l'existence pour un choc calibré donné, de tout rebond successif. Le déclenchement séquentiel de chacun des éléments de percussion Mi, permet, bien entendu, d'engendrer successivement une pluralité de chocs calibrés. Les chocs calibrés peuvent avantageusement être engendrés en des points Pi différents ou éventuellement une pluralité de chocs calibrés peut être engendrée en un même point afin d'obtenir une pluralité de valeurs en vue de déterminer des valeurs moyennes. Conformément à une caractéristique particulière du dispositif, objet de l'invention, la durée de la phase passive du dispositif d'accouplement à embrayage électromagnéti¬ que 8, 9, précédemment décrite, peut être ajustable de façon à obtenir par ajustage de cette durée la réalisation de chocs calibrés en l'absence de tout rebond successif. Cette durée est en fait déterminée expérimentalement en fonction du module d'élasticité du matériau de la tête de percussion 14, et de la dureté du revêtement. A titre d'exemple non limitatif, la tête de percussion 14 peut être constituée en un matériau plastique superpolyamide tel que les matériaux commercialisés par la société ERTA, sous la dénomina¬ tion commerciale ERTALON. De préférence, on choisira un matériau plastique dont le module d'élasticité est compris entre 90 000 et 170000 N/cm2. La tête de per¬ cussion 14 peut comporter, avantageusement, une face de percussion en forme de calotte sphérique, celle-ci ayant par exemple un rayon de courbure de l'ordre de 20 cm.
Une description plus détaillée des moyens cap¬ teurs Ci associés aux moyens de percussion Mi sera main¬ tenant donnée en liaison avec la figure 8. La figure précitée représente une vue arrachée d'un mode de réa- lisation particulièrement avantageux des moyens cap¬ teurs Ci, de façon à montrer l'agencement interne de ces derniers.
Conformément à cette figure, les moyens capteurs Ci comprennent une boite 16 formant châssis des moyens capteurs. La boîte 16 est,en fonctionnement,rendue méca¬ niquement solidaire du support mobile 3 ou d'un support 19 solidaire de ce dernier, par l'intermédiaire de pre¬ miers moyens de découplage élastique 18. Ainsi qu'il est représenté sur la figure 8, la boîte 16 ou châssis est en fait en fonction de son état de non fonctionne¬ ment ou de fonctionnement, rendue respectivement soli¬ daire du support 19 ou 3, par l'intermédiaire d'un sys- tème de vérin 25 d'une tige de commande 26 et d'un anneau 28, lesquels permettent de ramener la boîte 16 au contact du support 19 en dehors du fonctionne¬ ment de celle-ci ou au contraire, la tige 26 étant dégagée de l'anneau 28, de rendre la boîte 16 soli¬ daire du support mobile 3, (19) par l'intermédiaire des seuls premiers moyens de découplage élastique 18 lors du fonctionnement des moyens capteurs Ci con¬ sidérés. Les moyens capteurs Ci représentés en figure 8 comportent en outre une tête de détection 20, 21, 22, 23, mécaniquement solidaire de la boîte formant châssis 16 par l'intermédiaire de deuxièmes moyens 24 de découplage élastique. De manière avantageuse, et ainsi qu'il apparaît en outre en figure 8, la tête de détection peut comprendre un bras de levier support 22 articulé en rotation autour d'un axe fixe noté 220, par rapport au châssis 16. L'extrémité opposée du bras de levier 22 est mécaniquement solidaire du châs¬ sis 16 par l'intermédiaire des deuxièmes moyens de dé- couplage 24. La tête de détection comprend en outre une cellule de détection 20, 21, mécaniquement solidaire du bras de levier 22, par l'intermédiaire de troisièmes moyens de découplage élastique 23. La cellule de détec¬ tion 20, 21, peut comprendre, selon un mode de réalisa- tion aantageux, un transducteur électromécanique 20 de type accéléromètre ou géophone. La face sensible du transducteur 20 est mécaniquement solidaire d'une pointe 21 en matériau dur destinée à être placée en contact avec le point de mesure sur la face du revête- ment. Les acceléromètres constituent ainsi des capteurs d'accélération dont la bande passante en fréquence est comprise sensiblement entre 0 et 10 000 Hz. Les géophones au contraire constituent des capteurs de vitesse, dont la bande passante est comprise sensiblement entre 4 Hz et 5000 Hz. La pointe 2'i elle-même peut être constituée en un acier très dur,et la force d'appui de la pointe sur le revêtement, peut être prise égale à titre d'exemple non limitatif, à 1 Newton dans le cas où le transducteur électromécanique est un accéléromètre d'une masse de deux grammes et à 10 à 20 Newtons dans le cas où le transducteur électromécanique est un géophone de masse de l'ordre de 20 g. Le rayon de courbure de la pointe 21 peut être de l'ordre de quelques millimètres.
Ainsi, en raison de la structure de chacun des capteurs Ci telle qu'elle a été représentée en figure 8, ces derniers permettent, conjointement, l'établis¬ sement d'une force d'appui de la pointe 21 sur le revêtement, par l'intermédiaire notamment des premiers, deuxièmes et troisièmes moyens élastiques de décou¬ plage,et d'un découplage convenable aux vibrations, les troisièmes moyens de découplage 23 ayant notam¬ ment pour effet de découpler mécaniquement la cellule de détection 20, 21 et le bras de levier 22 en augmen¬ tant la bande passante aux fréquences hautes, la seule masse vue par la pointe 21 à ces fréquences étant la masse de la pointe plus celle du géophone en l'absence quasi-totale de celle du bras 22. Afin, en fonctionne¬ ment,d'assurer l'assise de la boîte 16 formant châssis sur le revêtement à contrôler, celle-ci comprend ainsi qu'il apparaît en figure 8, trois pointes support 17, destinées à venir en contact avec celui-ci. Ainsi, en raison de la structure même de chacun des moyens capteurs Ci représentés en figure 8, et notamment en raison de la présence des premiers, deuxièmes, troi¬ sièmes moyens de découplage précédemment décrits, la force d'appui de la boîte 16 sur le revêtement par l'intermédiaire des pointes 17 est déterminée par les seuls premiers moyens de découplage 18, alors que la force d'appui de la pointe 21, en contact avec le point de mesure, est déterminée par le seul ensemble levier 22, deuxièmes moyens de découplage 24 et troi¬ sièmes moyens de découplage 23. Des essais comparatifs conduits en laboratoire entre un capteur directement collé à proximité d'un point de test Pi et des moyens capteurs Ci tels que représentés en figure 8, ont montré une excellente similitude de caractéristiques de réponse. Une description plus détaillée de l'architec¬ ture du dispositif de contrôle mécanique de revêtements d'ouvrages d'art, objet de l'invention, du point de vue de l'agencement fonctionnel de celui-ci, sera maintenant donnée en liaison avec la figure 9. Ainsi qu'il apparaît sur cette figure, le dis¬ positif comprend en outre, avantageusement,des moyens processeurs de commande séquentielle du dispositif et de calcul de traitement des signatures de référence et de mesure, conformément au procédé objet de l'inven- tion précédemment décrit.
De manière avantageuse, les moyens processeurs de commande et de calcul comprennent un microordina¬ teur muni de ses périphériques. A titre d'exemple non limitatif, les périphériques peuvent comporter un clavier de commande noté KL, un moniteur d'affichage noté MO. Le microordinateur est symbolisé par son unité centrale notéeUC. Les périphériques du microordinateur peuvent comporter en outre des moyens de mémorisation, non volatile permettant la mémorisation de valeurs numériques représentatives des signatures de mesure. Les moyens de mémorisation non . volatile précités peuvent consister par exemple en un disque magnétique du type disque dur HD, en raison du très grand nombre de mesures à effectuer, compte tenu du grand nombre de points de test. Les périphériques du microordina¬ teur peuvent en outre comprendre, de manière avanta- geuse, des moyens de mémorisation de type reprogram¬ mable électriquement (EEPROM) , dans lesquels sont mémorisées les valeurs numériques représentatives des signatures dites de référence. Celles-ci après établis¬ sementsur une aire d'essai de référence, ainsi que précédemment décrit en liaison avec la figure 1 , peu¬ vent être mémorisées et, si nécessaire,modifiées en raison des circonstances d'expérimentation ou d'utili¬ sation. Des moyens périphériques du microordinateur peuvent enfin comporter des moyens de mémorisation de type mémoire morte reprogrammable(REPROM) , dans lesquels est mémorisé un programme de calcul et de traitement des valeurs pour effectuer une comparaison des signatures SMi aux signatures de référence 2a à 2i, pour établir une identification par critère de ressemblance ainsi qu'il a déjà été décrit précédemment dans la description.
Les moyens processeurs de commande comportent enfin des interfaces de commande, notées IF, interfa¬ ces analogique-numérique/numérique-analogique, d'entrée/ sortie reliées aux organes d'entraînement et de comman¬ de des éléments de percussion Mi et des moyens capteurs Ci. Ces interfaces de commande ne seront pas décrits dans la mesure où ils peuvent être constitués par tout moyen normalement disponible dans le commerce.
Selon une variante avantageuse de réalisation du dispositif de contrôle mécanique de revêtement d'ouvrages d'art, objet de l'invention, les moyens d'interface IF précédemment décrits de commande d'entrée/sortie peuvent comporter, de manière avan¬ tageuse, un détecteur de valeur crête de l'amplitude du choc calibré, engendré par un moyen de percussion Mi. Ce détecteur de valeur crête, délivre par l'inter¬ médiaire d'un circuit à seuil noté CS, par rapport à à une tension de référence déterminée, notée VREF, une impulsion d'enclenchement du dispositif d'accou¬ plement à embrayage électromagnétique 8, 9, de façon à éviter l'existence de rebondissements successifs de chaque élément de percussion Mi7 après réalisation d'un choc calibré. On comprendra bien sûr que le dé¬ tecteur lui-même peut être constitué par le moyen capteur Ci associé au moyen de percussion Mi corres- pondant, le signal délivré par chaque capteur Ci étant comparé à une valeur de référence correspondant sensi¬ blement à la valeur crête du signal engendré par l'im¬ pulsion de choc. L'impulsion délivrée par le circuit à seuil CS, permet alors, par l'intermédiaire de l'in- terface IF, la commande par l'unité centrale UC des moyens d'accouplement à embrayage électromagnétique pour réaliser l'enclenchement de celui-ci, après une duréô de retard déterminée, afin de supprimer tout rebondissement successif. On a ainsi décrit un. procédé et un dispositif de contrôle mécanique de revêtements d'ouvrages d'art, particulièrement performants. La mise en oeuvre du dispositif tel que décrit précédemment, notamment en liaison avec les figures 6 à 9 précitées, peut de manière avantageuse être réalisée séquentiellement par l'opérateur. Une phase d'initialisation mécani- que du dispositif étant tout d'abord prévue, la plu¬ ralité de moyens capteurs Ci est tout d'abord mise en position, les pieds 17 de chacun de ces derniers étant amenés en contact du sol par l'opérateur. Le système processeur de commande précédemment décrit étant convenablement initialisé, le support mobile 3 bien entendu étant maintenu à l'arrêt au niveau des points, l'opérateur peut alors déclencher la séquence de choc impulsionnel engendré par chacun des moyens de percussion Mi successivement. Les données ou signa- tures correspondantes au point de test Pi, ou Pij,sont alors successivement mémorisées par l'unité centrale UC, et une première séquence de mesure sur un aligne¬ ment précédemment décrit étant effectuée, l'opéra¬ teur peut alors déplacer selon la direction de trans- lation T l'ensemble du dispositif et notamment le support mobile 3, de façon à amener l'ensemble en position pour une nouvelle séquence et successivement. La distance de déplacement peut alors être déterminée par l'opérateur pour réaliser un réseau maillé ainsi que décrit précédemment.
La mise en oeuvre d'un dispositif comportant trois couples de capteurs Ci, éléments de percussion Mi sur un support mobile 3, a permis de réaliser le contrôle d'un revêtement auto-routier, la durée d'opé- ration pour un kilomètre représentant environ 200 dalles de béton coulé, ayant atteint une durée de 2,15 heures. Le dispositif et le procédé objet de l'invention ont permis, ainsi, d'assurer le contrôle de revêtements auto-routiers, sur une distance de 2,77 km, pour une journée de travail de 6 heures.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle mécanique de revête¬ ments d'ouvrages d'art, caractérisé en ce qu'il con¬ siste :
- à établir au moins une signature (2a) de la réponse à un choc impulsionnel d'un revêtement sain de référence,
- à établir une pluralité de signatures (2b à 2i) de la réponse à un choc impulsionnel d'un revête¬ ment de même type dans lequel des défauts échantillons de référence- ont été ménagés, lesdites signatures rela¬ tives au revêtement sain de référence et au revêtement comportant les défauts échantillons constituant des signatures de référence,
- à soumettre ledit revêtement à contrôler, en une pluralité de points (Pi) déterminés de celui- ci, à au moins un test de choc impulsionnel de façon à déterminer la signature (SMi) de la réponse impulsion¬ nelle en chacun desdits points (Pi) déterminés,
- à effectuer une comparaison des signatures de réponse impulsionnelle desdits points ou signatures de mesure de référence (2a à 2j) pour établir une iden¬ tification par critère de ressemblance.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdites signatures de référence (2a à 2i) et lesdites signatures de mesure (SMi) sont les réponses à une impulsion de choc dans un diagramme mobilité-fré¬ quence.
3. Procédé selon l'une des revendications pré¬ cédentes, caractérisé en ce que les impulsions de choc destinées à établir les signatures de référence et de mesure sont des impulsions de choc calibrées.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la comparaison desdites signatures de mesure auxdites signatures de référence ' est effectuée par : - comparaison de valeurs déterminées du dia¬ gramme mobilité-fréquence des signatures de mesure à des valeurs correspondantes, appelées valeurs propres, des signatures de référence (2a à 2i) ,
-calcul d'un coefficient de corrélation ou de ressemblance permettant l'identification précitée.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits points déterminés au niveau desquels ledit revêtement est soumis à au moins un test de choc impulsionnel sont distribués selon un réseau maillé (Pij), le pas du réseau (r) étant déterminé en fonction de la résolution souhaitée.
6. Dispositif de contrôle mécanique de revête¬ ments d'ouvrage d'art, caractérisé en ce qu'il comprend:
- un support mobile (3) susceptible d'être déplacé (T) à la surface de ce revêtement,
- des moyens de percussion (Mi) disposés sur ce support (3), lesdits moyens (Mi) permettant d'engen¬ drer séquentiellement sur ladite surface du revêtement des chocs de test calibrés, " des moyens capteurs (Ci) solidaires du sup¬ port mobile, lesdits moyens capteurs étant mécanique¬ ment découplés du support (3) , lesdits moyens capteurs (Ci) permettant de délivrer un signal électrique repré¬ sentatif de la réponse impulsionnelle du revêtement aux chocs de test calibrés.
7. Dispositif selon la revendication 6, carac¬ térisé en ce que les moyens de percussion (Ci) sont constitués par une pluralité d'éléments de percussion alignés (Δ) sur le support mobile (3), l'alignement résultant étant transversal à la direction de dépla¬ cement (T) du support.
8. Dispositif selon la revendication 7, carac- térisé en ce que à chaque élément de percussion (Mi) est associé un élément capteur (Ci), l'ensemble des éléments récepteurs constituant les moyens capteurs.
9. Dispositif selon l'une des revendications
6 à 8, caractérisé en ce que chaque élément de percus- sion (Mi) comprend :
- une tête de percussion (14,15) montée à l'ex¬ trémité d'un bras (6), formant bras de levier, mobile
: en rotation autour d'un axe (7) sensiblement parallèle audit alignement (Δ), - des moyens d'entraînement (8, 9, 10) dudit bras (6) permettant, par l'intermédiaire de la tête de percussion (14,15) d'engendrer successivement une pluralité de chocs calibrés.
10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que lesdits chocs calibrés consistent en une impulsion de choc d'amplitude com¬ prise entre 100 et 1000 daN et de durée inférieure ou égale à 1 ms.
11. Dispositif selon les revendications 8 et 10, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement
(8, 9, 10) du bras comprennent :
- un dispositif d'accouplement à embrayage électromagnétique (8,9) mécaniquement solidaire dudit bras formant bras de levier (6) , - des moyens d'entraînement (10,11) en rotation dudit embrayage, lesdits moyens d'entraînement en ro¬ tation (10,11) et ledit dispositif d'accouplement à embrayage (9,10) permettant1'amenée du bras formant levier (6) et de la tête de percussion (14,15) en position armée de choc calibré,
- des moyens de rappel élastique (13) mécani¬ quement solidaires du support (3) et du bras formant bras de levier (6) , lesdits moyens de rappel élasti¬ que (13) et ledit dispositif d'accouplement à embraya¬ ge (9,10) permettant l'amenée du bras formant bras de levier (6) et de la tête de percussion (14,15) en po¬ sition de choc calibré.
12. Dispositif selon l'une des revendications
6 à 12, caractérisé en ce que les moyens capteurs (Ci) comprennent :
- une boîte (16), formant châssis des moyens capteurs,rendue, en fonctionnement, mécaniquement soli- daire du support mobile (3) par l'intermédiaire de pre¬ miers moyens de découplage élastique (18),
- une tête de détection (20, 21, 22, 23) méca¬ niquement solidaire de la boîte formant châssis (16) par l'intermédiaire de deuxièmes moyens (24) de décou- plage élastique.
13. Dispositif selon la revendication 12, carac¬ térisé en ce que la tête de détection comprend :
- un bras de levier support (22) articulé en rotation autour d'un axe fixe par rapport au châssis (16), l'extrémité opposée du bras de levier étant méca¬ niquement solidaire du châssis (16) par l'intermédiaire desdits deuxièmes moyens de détection (24) ,
- une cellule de détection (20,21) mécanique¬ ment solidaire du bras de levier (22) par l'intermé- diaire de troisièmes moyens (23) de découplage élasti¬ que.
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que la cellule de détection (20,21) comprend :
- un transducteur électromécanique (20) de type accéléromètre ou géophone, la face sensible dudit transducteur étant mécaniquement solidaire d'une poin¬ te (21) en matériau dur,destinée à être placée en contact avec le point de mesure sur la surface du re¬ vêtement.
15. Dispositif selon l'une des revendications
12 à 14, caractérisé en ce que la boîte (16) formant châssis comprend trois pointes support (17) destinées à venir en contact avec le revêtement.
16. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens processeurs de commande séquentielle du dis¬ positif et de calcul de traitement des signatures de référence et de mesure, conformément au procédé selon l'une des revendications 1 à 5.
17. Dispositif selon la revendication 16, carac¬ térisé en ce que lesdits moyens processeurs de comman¬ de et de calcul comprennent :
- un microordinateur muni de ses périphériques, lesdits périphériques comportant notamment : . des moyens de mémorisation non volatile permettant la mémorisation de valeurs numériques repré¬ sentatives desdites signatures de mesure,
. des moyens de mémorisation de type mémoire reprogrammable électriquement (EEPR0M) dans le-quels sont mémorisés les valeurs numériques, représentatives des signatures dites de référence,
. des moyens de mémorisation de type mémoire morte reprogrammable (REPROM) dans lesquels est mémo- risé un programme de calcul et de traitement des va¬ leurs pour effectuer une comparaison des signatures de mesure (SMi) aux signatures de référence (2a à 2i) pour établir une identification par critère de ressemblance,
- des interfaces (analogique-numérique/numérique- analogique) de commande d'entrée/sortie reliées aux organes d'entraînement et de commande des éléments de percussion (Mi) et des moyens capteurs (Ci).
18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que lesditesinterfaces de commande d'entrée/sortie comportent notamment un détecteur de valeur crête de l'amplitude du choc calibré, ledit détecteur délivrant,par l'intermédiaire d'un circuit à seuil,une impulsion d'enclenchement du dispositif d'accouplement à embrayage électromagnétique de façon à éviter l'existence de rebondissements de chaque élé¬ ment de percussion (Mi) après réalisation d'un choc calibré.
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