Techniques temporaires de surveillance de la force de câble pendant la phase de construction du pont: l'expérience du viaduc Tajo River

Several types non-destructive testing are used to diagnose the safe condition of stay cables in bridges⁹, such as ultrasonic testing, the magnetic flux leakage detection technique¹⁰, or X-rays.Bien que efficaces, ces techniques conviennent plus à l'évaluation des séjours hors service.

On the one hand, various devices have been developed for the direct measurement of strain in bridge cables, such as load cells^{9,10,11,12,13,14,15}, optical fibre Bragg grating sensors¹⁶, or elastomagnetic strain sensors^17,18.

Ces capteurs sont capables, grâce à leurs technologies spécifiques, pour déterminer avec précision la contrainte ressentie par le câble et, lorsqu'elles sont connectées à un système de surveillance structurelle (SMS), il est possible de créer un enregistrement historique à long terme des contraintes de câble égalementpour accéder à ces données en temps réel à partir de n'importe quel emplacement distant.

D'un autre côté, la méthodologie indirecte la plus courante pour l'évaluation rapide des contraintes de câbles de pont est la technique du fil vibrant. This method is based on the relationship between cable stress and its vibration frequency, which can be correctly identified from the recording of accelerations during free vibration of suspension cables^{19,20,21,22,23,24}. The application of this method requires the use of spectral decomposition techniques that allow for a real-time determination of the stresses in the suspension cables in bridges by identifying the vibration frequencies during a free vibration regime^{25,26,27,28,29,30,31}.

There are many types of sensors for each of the measurement techniques^32,33,34,35.

Capteurs du système électronique et micro-mécanique (MEMS)

Les capteurs électroniques transforment la mesure (paramètre à mesurer) en un changement de tension, de courant, de résistance, de capacité ou d'inductance.Les capteurs électriques sont disponibles dans de nombreuses variétés et sont souvent très simples à interfacer avec n'importe quel système de données. Examples include potentiometer displacement sensors, resistive strain-gauges, load cells, MEMS³⁶ tiltmeters and piezoelectric sensors.Les capteurs électriques sont souvent relativement peu coûteux mais peuvent être soumis à la dérive et peuvent être affectés ou endommagés par des troubles électromagnétiques tels que les lignes électriques.

Fil vibrant

Vibrating Wire (VW) sensors³⁷ transform the measuring into a chance in the vibration frequency of a wire.Dans le cas du capteur de déformation VW, un changement de déformation entraîne un changement de tension d'un fil en acier, tandis que dans le cas des piézomètres VW, la déformation d'une membrane due à un changement de pression d'eau induit également un changement dans la tensiondu fil du capteur.Une fois que le fil est excité par un électro-aimant, il est possible de mesurer avec précision sa fréquence de vibration.Les mesures de fréquence sont très précises et stables, c'est pourquoi ces capteurs sont devenus une norme pour une mesure précise à long terme de la surveillance géotechnique et structurelle.

Capteurs de fibres optiques

From many points of view, optical fibre sensors³⁸ are the ideal transducers for structural health monitoring.Ces capteurs transforment les quantités à mesurer en un changement dans la caractéristique de propagation de la lumière voyageant à travers la fibre optique.Étant durables, stables et insensibles aux troubles externes, ils sont particulièrement utiles pour l'évaluation à long terme de la santé des structures civiles et des géostructures.Il existe de nombreuses technologies de capteurs à fibre optique différentes, y compris des réseaux de fibre Bragg, l'interféromètre Sofo, l'interféromètre Fabry Perot et distribuent des capteurs Brillouin et Raman, et offrent un large éventail de performances et d'adéquation pour différentes applications.

In the early 1990s, fibre optic sensors made a major entry into the sensor industry and now have an established presence in the structural sensing industry³⁹.

Détection distribuée

Distributed fibre sensors^40,41 represent a paradigm shift in terms of monitoring and sensing.Les capteurs distribués sont capables de détecter à tout moment le long d'une seule fibre optique de télécommunication standard, ce qui permet de discriminer différentes positions du paramètre mesuré le long de la fibre, transférant la déformation et la température de la structure à la fibre.

Distributed sensors are specially recommended⁴² for detecting and discriminating events at any point within a structure.

Optique / radar / laser

These techniques are particularly useful for monitoring the global movements of structures⁴³.Ils comprennent des méthodes de géodésie traditionnelles, des stations totales avec ou sans prismes cibles installés sur la structure, les compteurs de distance laser et les profilomètres laser ainsi que les radars terrestres (y compris le radar d'ouverture synthétique).Ces techniques peuvent être poursuivies par exemple, pour mesurer la déformation d'un pont, le mouvement d'une tour, la progression d'un glissement de terrain ou la déviation d'un barrage.

Techniques basées sur l'image

Olaszek⁴⁴ developed a method that incorporated the photogrammetric principle with computer vision technique to investigate slow dynamic characteristics of bridges.

Patsias and Staszewski⁴⁵ and Yoshida et al.⁴⁶ started the use of videogrammetric techniques to measure mode shapes of a beam and to capture the 3D dynamic behavior of different structures.Chung et al.⁴⁷ used digital image techniques for identifying nonlinear characteristics in more complex structural systems. Chang and Ji⁴⁸ developed a two-camera videogrammetric technique for measuring a 3D structural vibration response at laboratory level. In⁴⁹, Ji and Chang proposed a novel nontarget technique based on image analysis using one digital camera for cable vibration measurement but, again, it is a proof-of-concept.

Ces techniques, bien que prometteuses et la plupart d'entre elles vérifiées au niveau du laboratoire ou dans des conditions contrôlées, ne semblent pas fournir des informations dynamiques complètes, seulement une partie de la vibration libre.Par conséquent, l'application pendant la construction doit attendre un niveau de développement plus avancé.