La mise sous haute surveillance du pont Neuf de

Jean-Louis ROBERT Assistant Chef de la section Essais et contrôles Division Métaux, armatures et câbles pour ouvrages d'art Laboratoire central des Ponts et Chaussées

Maurice COURT Chargé de mission Service Infrastructure Direction départementale de l'Équipement de l'Ariège

Nhon VO DINH Responsable de la gestion des ouvrages d'art Service Infrastructure Direction départementale de l'Équipement de l'Ariège

Bruno GODART Ingénieur divisionnaire des Travaux publics de l'État Chef de la division Focntionnement et durabilité des ouvrages d'art Laboratoire central des Ponts et Chaussées

Présentation générale de l'ouvrage

Le pont Neuf de Foix a été construit pendant les années 1962-1963. Il permet à la route départementale 117 de franchir l'Ariège dans la ville de Foix (fig. 1) et supporte actuellement le trafic de la 20 dans le sens nord-sud (-Andorre), soit environ 17 500 véh/j et RESUME le double en période estivale. Le pont Neuf de Foix construit en 1962 permet à la route départementale 117 de franchir l'Ariège. À partir de 1995, il a dû sup• "^RN 20 Toulouse porter le trafic de la route nationale 20 pour une durée de cinq ans, le problème de sa sécurité s'est alors posé. Après investiga• tions, il est apparu qu'un risque de rupture de RD 117 poutres par effort tranchant lié à la rupture de Foix (centre) fils des câbles de précontrainte pouvait se produire.

Il a donc été décidé d'installer sur l'ouvrage un système de surveillance acoustique per• mettant de détecter en temps réel les rup• tures de fils.

Parallèlement, un dispositif de veille perma• nente a été créé, destiné à assurer la ferme• ture de l'ouvrage dans les plus brefs délais si un nombre jugé critique de ruptures de fils sur RN 20 un même about de poutre se produisait. L'ensemble fonctionne de façon satisfaisante Andorre depuis deux ans.

MOTS CLÉS : 67-53 - Pont - France - Surveillance acoustique - Détection - Rupture - Fil - Altération (gén.) - Équipement - Alerte - Sécurité. Fig. 1 - Le pont Neuf de Foix sur lAriège, viaduc indépendant à poutres précontraintes sous haute surveillance.

BULLETIN DES LABORATOIRES DES PONTS ET CHAUSSÉES - 215 - MAI-JUIN 1998 - RÉF. 4117 - PP. 71-76 Fig. 2 • Schéma du tablier Carrefour RN 20 du pont Neuf de Foix.

Centre ville

Ce pont a une longueur de 36,80 m, une largeur de >- fissure sur trois des extrémités des bandeaux ; 15,60 m et un biais de 69,10 grades. Son tablier a »- aucune fissuration caractéristique de flexion une structure de type VIPP (viaduc indépendant à ou d'effort tranchant. poutres précontraintes), et comporte cinq poutres De nombreuses investigations et études ont été précontraintes par post-tension de 2,18 m de hau• réalisées entre 1993 et 1995 à l'initiative des ser• teur et espacées de 3,12 m ; il possède également vices du département ou de l'État qui souhaitait cinq entretoises biaises dont deux d'about. Cet y faire passer le trafic de la route nationale 20 : ouvrage a la particularité d'être bordé de chaque côté par un bandeau de hauteur variable, appuyé >> le contrôle gammagraphique effectué par le sur les culées et liaisonné aux extrémités de Laboratoire régional des Ponts et Chaussées chaque entretoise (fig. 2). (LRPC) de a conclu à des défauts dans l'injection des gaines (aucune ne présente un Chaque poutre est précontrainte par douze câbles remplissage correct) et à une absence totale de constitués de sept torons de sept fils de 3,6 m ; coulis au niveau des ancrages ; chaque câble a une section de 500 mm2, une >- deux reconnaissances endoscopiques ont été force à la rupture garantie de 960 kN et une force réalisées par le LRPC de Toulouse ; maximale sous l'ancrage de 825 kN. Sur les >- le calcul de l'ouvrage a été effectué à deux douze câbles, cinq sont ancrés aux extrémités de reprises par Europe Études Gecti et un essai de la poutre et sept sont relevés et ancrés en table chargement a été réalisé. Ces études ont conduit supérieure. Les cinq entretoises et les deux ban• à réduire la largeur du pont pour ne permettre deaux sont également précontraints. La dalle, qui qu'une seule voie poids lourds. a une épaisseur de 0,16 m, ne comporte pas d'aciers passifs de continuité transversale, mais possède, en revanche, une précontrainte transver• Contexte sale à raison d'un câble F02 (quatre torons de de la mise sous haute surveillance sept fils de 3 mm) tous les 0,80 mètres. Compte tenu de la faiblesse du ferraillage passif existant dans ce type d'ouvrage, c'est essentiel• lement la précontrainte qui participe à la reprise Pathologie présentée par l'ouvrage des efforts tranchants. Les câbles de précon• Les désordres externes constatés sont peu impor• trainte étant peu ou mal protégés, en particulier à tants, mais la présence de ces quelques défauts, proximité des ancrages, les risques de rupture de conjuguée à la période de construction de ce câbles par corrosion au voisinage des ancrages pont, ont incité le gestionnaire à poursuivre des sont importants. Il existe donc un risque de rup• investigations. ture fragile des poutres par effort tranchant et, dans la mesure où il n'y a pas de solution écono• Les principaux défauts sont les suivants : miquement satisfaisante de confortement de fissuration longitudinale des talons ; l'ouvrage, ce dernier est condamné et doit donc 3- présence de stalactites actives ; être remplacé à plus ou moins long terme.

72 BULLETIN DES LABORATOIRES DES PONTS ET CHAUSSÉES - 215 - MAI-JUIN 1998 - RÉF. 4117 - PP. 71-76 La Direction départementale de l'Équipement Moyens mis en œuvre (DDE) avait prévu, au début de 1995, de faire pour assurer la haute surveillance passer le trafic de la route nationale 20 sur l'ouvrage ; il convenait donc d'examiner les Pour assurer la mise sous haute surveillance du décisions à prendre sachant que la réalisation pont Neuf de Foix, il a été décidé d'utiliser un du giratoire (fig. 1) avait été envisagée pour moyen de surveillance permettant de distinguer la améliorer la fluidité du trafic dans la traversée rupture d'un fil seul de la rupture d'un toron. Ce de Foix, en attendant la construction de la moyen est la surveillance acoustique, qui a été déviation dont la mise en service interviendra mise au point au LCPC et a déjà été employée pour en l'an 2000. La question posée était donc de surveiller les câbles de plusieurs ponts suspendus savoir s'il était possible ou non d'exploiter cet et pour surveiller un pont en béton précontraint. ouvrage et dans quelles conditions jusqu'à cette échéance. Un comité technique, présidé • Le principe de ce système de surveillance par M. Bois de l'Inspection générale des acoustique est le suivant. Ouvrages d'art, a été institué pour donner un Toute rupture engendre à l'instant où elle se pro• avis sur ce point. duit des ondes élastiques transitoires qui se pro• pagent dans les câbles et le béton. Des capteurs La Division des Ouvrages d'art du Centre répartis sur l'âme des poutres détectent ces d'études techniques de l'Équipement (CETE) du ondes et l'analyse des signaux qu'ils délivrent Sud-Ouest a effectué des calculs pour le comité permet de localiser l'origine des ondes et d'es• technique. Ces calculs montrent que, pour une timer approximativement l'énergie libérée par exploitation à deux voies (largeur de la chaussée une mesure d'amplitude. de 8 m), l'ouvrage avec une précontrainte intègre reste réglementaire vis-à-vis des contraintes de L'appareillage installé comporte : cisaillement à l'état limite de service (ELS), >- une armoire de gestion, qui enregistre et ana• mais que l'insuffisance d'étriers passifs n'assure lyse les signaux des capteurs. Elle teste, en outre, pas de comportement ductile de la structure en automatiquement leur bon fonctionnement toutes cas de rupture due à l'effort tranchant. De plus, les 24 heures ; dans cette configuration, la rupture d'un câble >• une série de capteurs répartis aux endroits criti• dans une poutre conduit à la ruine de celle-ci par ques sur l'ouvrage à surveiller (dans le cas présent, effort tranchant. Pour une exploitation à une voie les sections les plus dangereuses étaient situées, centrée (largeur de chaussée de 4,90 m), l'ou• pour chaque poutre, à environ 3 m de la culée). vrage avec une précontrainte intègre est régle• mentaire vis-à-vis des contraintes de cisaillement Pour chaque onde détectée, les mesures sui• à TELS, mais la ductilité en cas de rupture par vantes sont systématiquement effectuées : effort tranchant n'est pas assurée par les étriers >- différences des temps d'arrivée des ondes aux passifs. Cependant, dans cette configuration, les différents capteurs ; calculs montrent que la rupture d'un câble dans *- amplitude crête de la première alternance ; une poutre ne conduit qu'à un faible dépasse• >> amplitude maximale du signal. ment des limites réglementaires de cisaillement à TELS, en restant largement en deçà des critères L'armoire de gestion calcule alors la vitesse de pro• de rupture. pagation et localise l'origine des ondes détectées. Toutes ces informations sont stockées sur une La rupture de deux câbles situe le cisaillement mémoire de masse et immédiatement imprimées. entre la limite réglementaire et le critère de rupture, et la rupture de trois câbles peut faire L'armoire de gestion est commandée à distance à atteindre le niveau de cisaillement de rupture. partir d'un micro-ordinateur par une liaison Le comité technique a donc estimé que l'ou• modem et émet automatiquement un message vrage pouvait être exploité avec une chaussée à d'alerte vers un centre de surveillance, lorsque les deux voies centrée sur le tablier, sous réserve ondes détectées peuvent provenir d'une rupture. que soit mis en place un dispositif de haute Les critères de sélection sont : surveillance permettant de détecter en temps réel la rupture des aciers de précontrainte, en >~ la vitesse de propagation des ondes, distinguant la rupture d'un fil seul de la rup• >- le nombre de capteurs atteints, ture d'un toron, pour pouvoir déclencher des *- l'amplitude crête du signal. alertes ou des alarmes aboutissant à la ferme• La valeur de ces critères peut varier d'un ture de l'ouvrage sans délais dans les situations ouvrage à l'autre selon les conditions de propa• suivantes : gation des ondes. Pour le pont Neuf de Foix, ils >- rupture d'un toron, ont été définis ainsi : >• rupture d'un huitième fil à l'un des abouts de >- vitesse de propagation comprise entre 3 600 poutre. et 6 000 mètres par seconde ;

BULLETIN DES LABORATOIRES DES PONTS ET CHAUSSÉES - 215 • MAI-JUIIIN 1998 - RÉF. 4117 - PP. 71-76 73 F/g. 3 - Implantation Aval des capteurs Capteurs de surveillance A \ Cotes en mètre acoustique. Poutre 5 1 9

25 3 26 3,9 27 \ 19,3 \ 28 4 29 4 30

Poutre 4 20 21 \ \ 22 23

Rive gauche Poutre 3 1 g, 0,5 Rive droite ,13 3 14 3,5 15 ^ 19,5 \ 16 4 17 4 18

Poutre 2 0 4

7 4 8 4 99 \\ 19,19,55 \\ 110 0 4 11 4 12

4 4 \ 19,15 \ 3,7 3 2,05 Poutre 1

Amont

»> au moins trois capteurs consécutifs atteints ; et à intervenir très rapidement, d'où la mobilisa• >- amplitude crête du signal supérieur à 8 g. tion de plusieurs partenaires dans l'organisation de la surveillance et de l'alerte. Les principaux parte• Le capteur comporte un accéléromètre associé à naires sont les suivants. une électronique permettant les mesures de temps et d'amplitudes et leur transmission à l'armoire de • Direction départementale de l'Équipement gestion sous forme numérique via un bus. de l'Ariège • Installation du système de surveillance sur Cet organisme est responsable du dispositif de le pont Neuf (fig. 3) surveillance et d'alerte. Son rôle est le suivant : Les abouts de chacune des cinq poutres ont été >- le cadre de permanence à la DDE doit pouvoir équipés de trois capteurs fixés en ligne sur les être joint 24 h/24 h pour prendre connaissance des âmes des poutres tous les 4 m. L'ensemble de informations délivrées par le micro-ordinateur l'ouvrage est donc surveillé en permanence par implanté au Centre opérationnel du service dépar• trente capteurs reliés à une armoire de gestion temental d'incendie et de secours (CODIS) et située près de la culée rive gauche. prendre la décision de fermeture du pont, si cela est indispensable ; L'ouvrage a également été équipé d'un dispositif s* la Subdivision de l'Équipement de Foix est permettant de surveiller l'évolution des fissures mobilisée, si nécessaire, pour gérer les pro• des deux bandeaux. Ce dispositif ne rentre pas blèmes de circulation et de trafic. dans l'organisation technique de l'alerte, nous n'en parlerons donc pas ici. • Service départemental d'incendie et de secours (SDIS) Un micro-ordinateur relié à l'armoire technique Organisation de l'alerte du pont Neuf est installé au Centre opérationnel permanent du SDIS. Il déclenche l'alerte et et de l'intervention fournit les informations suivantes : La surveillance du pont Neuf de Foix et le dispo• *• localisation de la rupture ; sitif d'alerte et d'intervention ont fait l'objet de >- amplitude acoustique permettant de déter• l'élaboration d'un plan de surveillance, qui a été miner s'il s'agit d'une rupture de fil ou de toron ; approuvé par un arrêté préfectoral le 20 mai 1995. >~ vitesse de propagation de l'onde. Le plan d ' alerte est schématisé sur la figure 4. Il est Le SDIS assure l'interface entre l'armoire tech• adapté aux contraintes imposées pour assurer la nique du pont Neuf qui enregistre les événe• sécurité de la circulation sur le pont, à savoir pou• ments et le cadre de la DDE qui prend les déci• voir fermer le pont dans les plus brefs délais en cas sions nécessaires. En cas d'absence de réponse de rupture d'un toron ou d'un huitième fil à l'about du cadre de permanence de la DDE dans un délai d'une poutre. Ceci impose un dispositif de surveil• de 10 min, la permanence du SDIS informe la lance permanent et fiable et une capacité à décider permanence préfectorale.

74 BULLETIN DES LABORATOIRES DES PONTS ET CHAUSSÉES - 21s - MAI-JUIN 1998 • RÉF. 4117 - PP. 71-76 Fig. 4 - Organigramme décisionnel pour la surveillance.

SNCF Foix + Régie des eaux Centre opérationnel Sous-préfet Armoire départemental d'incendie de permanence Maire de Foix + technique et de secours Président du CODIS 09 Conseil général

Cadre DDE de permanence

Subdivisions DDE de Pamiers, Mirepoix et Lavelanet

Fermeture du pont Si nécessaire, déviation Organisation du trafic urbain du trafic de transit

Fig. 5 - Ruptures observées depuis la mise sous surveillance acoustique du pont Neuf de Foix (position et date).

(R7) 15,50 m-30/03/96 36,60 m

BULLETIN DES LABORATOIRES DES PONTS ET CHAUSSÉES - 215 - MAI-JUIN 1998 - RÉF. 4117 - PP. 71-76 • Commissariat de police de Foix • Recablage des capteurs du pont pour per• mettre d'isoler un about de poutre, lorsqu'un Il dispose lui aussi, en secours, d'un micro-ordinateur capteur est en panne. identique à celui du SDIS. Il reçoit les mêmes informations. A la demande du cadre de perma• • Mise en place d'un onduleur et système nence de la DDE, il est chargé d'assurer, si cela est d'alerte téléphonique en cas de coupure d'élec• indispensable, la fermeture du pont sans délai, ce tricité. qui peut être fait dans les 5 minutes qui suivent l'appel. Conclusions

Bilan de la surveillance Le dispositif de surveillance et d'alerte mis en place au pont Neuf de Foix est original et unique, Le dispositif de surveillance et d'alerte est opéra• bien qu'il utilise une technique acoustique déjà tionnel depuis le 20 mai 1995. Depuis cette date, éprouvée dans d'autres cadres de surveillance dix ruptures de fil ont été enregistrées (fig. 5). d'ouvrages d'art. Dans un premier temps, le seuil d'alerte a été situé relativement haut pour caler le dispositif. Les trois Le fonctionnement technique est relativement premières ruptures ont été détectées par le LCPC. complexe et a nécessité une période de rodage Les dernières ruptures enregistrées dans les abouts avant d'atteindre une fiabilité qui paraît désor• de poutre ont montré un bon fonctionnement du mais satisfaisante. C'est la DDE qui assure la dispositif en dépit des heures de ces alertes en maintenance générale. Des essais réguliers sont milieu de nuit (23 h 47 et 1 h 47). Enfin, on peut effectués au moins une fois par mois pour tester noter que, depuis deux ans, quatre ruptures de fil le matériel. ont été enregistrées au même about de poutre. En termes d'organisation, la contrainte est relati• • Les principaux problèmes que pose ce sys• vement forte. Le cadre de permanence de la tème de surveillance sont les suivants. DDE doit être en mesure de prendre une décision • Contraintes fortes pour le cadre de perma• de fermeture du pont 24 h/24 h, sa mobilisation nence de la DDE qui doit être en mesure de doit être constante et ne pas s'émousser dans le réagir 24 h/24 h. Par contre, l'utilisation d'un temps. service d'urgence comme le SDIS est un gage de fiabilité du dispositif. RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES • Fiabilité technique : les plus gros problèmes COURT M., GREZES B., LOSSET P. (1996), rencontrés durant la première année sont d'ordre Surveillance des ouvrages et des sites : pont Neuf de technique, notamment pendant les quatre pre• Foix, Ouvrages d'art, Bulletin de liaison du SETRA, miers mois : 25, novembre. — problèmes de communication, ROBERT J.-L., BRUHAT D., GERVAIS P., LALOUX R., — panne de capteur, RUMIANO N., DESMAS M. (1990), Surveillance — alimentation électrique coupée. acoustique des câbles, Bulletin de liaison des Laboratoires des Ponts et Chaussées, 169, sept.-oct., • Un ensemble de dispositifs de sécurité ont été pp. 71-78. mis en place pour pallier ces différentes pannes. ROBERT J.-L., LE BARS G. (1997), Surveillance • Doublement de la ligne de communication par acoustique des câbles - Méthodologie et appareillage, implantation d'un second micro-ordinateur au Congrès COFREND, Essais non destructifs, Nantes, commissariat de police. 22 sept., pp. 21-25.

ABSTRACT

Close monitoring of the Pont Neuf In Foix

L. ROBERT - M. COURT - N. VO DINH - B. GODART

The Pont Neuf in Foix was constructed in 1962 and takes the D117 Department Road over the river Arriege. From 1995 it also began to carry the traffic from the RN 20 Trunk Road for a five year period, which raised the question of its safety. Inspection revealed there could be a risk of beams falling as a result of shearing stresses induced by the breakage of wires in prestressing cables.

It was therefore decided to install an acoustic surveillance system on the bridge In order to detect wire breakages in real time.

A permanent monitoring system was also set up In order to close the bridge to traffic as rapidly as possible if the number of wire breakages on a given beam butt exceeded a critical threshold. The entire setup has been operating satisfactorily for two years.

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