Projet anr senso résumé / Abstract Septembre 2009

Projet ANR SENSO – Résumé / Abstract – Septembre 2009

Projet ANR SENSO - Stratégie d’évaluation non destructive pour la surveillance des ouvrages en béton
Résumé :
L’évaluation de l’état des ouvrages en béton, dans une démarche plus globale d’estimation de la durée de vie résiduelle, de planification des réparations ou d’optimisation de la surveillance, constitue un enjeu d’importance. Le problème demeure vaste et relativement complexe pour plusieurs raisons. La prédiction de la durée de vie nécessite l’évaluation d’indicateurs de l’état du béton sur ouvrages. Cette évaluation par des méthodes destructives est toujours une source d’interrogations en particulier si les prélèvements sont difficiles. En outre, si l’évaluation vise à prédire la durée de vie résiduelle par des méthodes probabilistes celle-ci doit intégrer la variabilité du matériau à différents niveaux, ce qui nécessite de multiplier le nombre de mesures. Enfin les indicateurs peuvent avoir des effets combinés sur les mesures et il devient dès lors difficile de séparer la part de chacun. C’est dans ce contexte que l‘évaluation non destructive doit trouver logiquement sa place, puisque, totalement non intrusive, elle permet la multiplication des points de mesure à moindre coût. De plus une approche multi-techniques, associant diverses familles de contrôle non destructif doit permettre la séparation des effets combinés des différents indicateurs. Cependant même s’il existe un panel important de méthodes non destructives la relation entre les observables issues de la mesure et les indicateurs ne sont pas encore clairement définies en particulier à cause de la difficulté à transposer les résultats obtenus en laboratoire sur le site.
C’est dans ce contexte et autour de cette problématique qu’a été construit le projet SENSO (Stratégie d’Evaluation Non destructive pour la Surveillance des Ouvrages en béton). L’objectif du projet est de contribuer au développement d’une méthodologie d’évaluation de l’état des ouvrages en béton armé s’appuyant sur des techniques innovantes presque exclusivement issues du contrôle non destructif. En particulier une approche multi-techniques est utilisée en associant différentes familles de contrôles non destructifs (ultrasonores en transmission et ondes de surface, électromagnétiques, électrique, thermographiques) capables de fournir près de 60 observables (atténuation, vitesse, résistivité, fréquence, etc.). La quantification de la variabilité des mesures face à un indicateur donné étant un des objectifs essentiels de SENSO, nous avons cherché à l’atteindre aussi bien en conditions contrôlées de laboratoire que sur ouvrages. Dans ce contexte, nous avons corrélé les observables issues de la mesure non destructive aux indicateurs sélectionnés (porosité, module d’Young, résistance en compression, teneur en eau, teneur en chlorures et profondeur carbonatée) sur une gamme représentative de bétons en conditions de laboratoire. Une base de données extrêmement conséquente réunissant près de 200000 mesures issues de diverses familles de techniques non destructives a été constituée. Une démarche rigoureuse de traitement des données issues de l’évaluation à partir de différentes méthodes statistiques a permis de caractériser la variabilité à différents niveaux, et de définir la qualité et la pertinence des techniques d’END face à un indicateur donné. On a ainsi pu discriminer un certain nombre d’observables en fonction de leur qualité (faible variabilité) et de leur pertinence (sensibilité vis-à-vis de chaque indicateur). Des lois de corrélation reliant observables END et indicateurs d’état du matériau ont également été construites, par régression linéaires ou bilinéaires (entre une observable et deux indicateurs). L’inversion de ces lois statistiques permet ensuite l’évaluation d’un indicateur à partir de la mesure d’une ou plusieurs observables lorsque les techniques sont utilisées en combinaison. La plus-value de cette utilisation combinée des techniques a été valorisée en mettant en place une procédure de fusion des données. L’ensemble de la procédure d’évaluation proposée à la suite des essais en laboratoire, regroupant à la fois l’inversion des lois statistiques et la fusion des données, a ensuite été testée sur des maquettes dont les indicateurs n’étaient pas contrôlés. Les résultats obtenus sont tout à fait pertinents.
Enfin des essais sur ouvrages ont également été réalisés pour analyser la pertinence et la variabilité de la mesure END sur sites et confronter à nouveau l’ensemble de la méthodologie à une évaluation sur site réel. Dans ce cas un décalage systématique entre l’évaluation par END et les résultats des caractérisations destructives montre qu’un recalage de la méthodologie est nécessaire. Une procédure doit être développée qui consistera à définir la forme de ce recalage, c'est-à-dire le type de mesures à réaliser et dans quelles conditions et ensuite le nombre optimal de points de recalage en fonction du niveau de fiabilité requis pour l’évaluation. Les premières bases de cette procédure ont été proposées dans le projet SENSO.

Abstract :
The condition assessment of concrete structures for a better estimation of the residual service life, planning repair or optimization of surveillance, is of major interest. The problem remains large and relatively complex for several reasons. The prediction of residual life requires the evaluation of indicators of the condition of concrete structures. This assessment by destructive methods is always a source of concern, especially if coring is difficult. In addition, if the prediction of the residual life involves probabilistic methods, that must incorporate the variability of the material at different levels and so the evaluation requires multiplying the number of measurements. Moreover, the indicators may have combined effects on the measurements and it is therefore difficult to separate the various effects. For all these reasons, non-destructive testing (NDT) methods are of great interest, since, completely non-intrusive, they allow the multiplication of measurement points at a lower cost. Also a combination of NDT methods allow the combined effects of different indicators to be separated. However, although a large panel of potentially efficient NDT methods is available for characterizing the condition of material, the relationship between the NDT observables and the indicators of the material's condition is not clearly defined due to the difficulty of transposing laboratory results to the site.
In this context, and to achieve these objectives, the project SENSO (Strategy of non-destructive evaluation for the monitoring of concrete structures) has been initiated. The aim was to contribute to a development of a methodology for assessing the condition of reinforced concrete structures based on non destructive techniques. A combination of NDT methods is used involving different physical measurements (ultrasonic transmission and surface waves, electromagnetic, electrical, infrared thermography) and providing nearly 60 observables (attenuation, velocity, resistivity, frequency, etc.). Since the quantification of the measurement variability regarding each indicator is an important objective of the project we achieve it, both in laboratory conditions and on real structures. By means of a very important experimental program we correlated the non destructive measurements to the different selected indicators (porosity, Young's modulus, compressive strength, water content, chloride content and carbonated depth) on a representative range of concretes. A database involving about 200,000 NDT measurements from different types of NDT methods has been built. A rigorous treatment of data with different statistical methods was implemented to characterize the measurement variability at different levels and define the quality and the relevance of the NDT methods regarding each indicator. This processing allowed discriminating a number of observables according to their quality (low variability) and their relevance (sensitivity versus each indicator). Some empirical laws between NDT measurements and indicators of material condition were also drawn by linear or bi-linear regression (between one observable and two indicators). These statistical laws can be used for the evaluation of an indicator by means of one or many NDT measurements when the methods are used in combination. The added value of the combination of techniques was obtained by means of data fusion. The methodology developed in laboratory conditions involving both evaluation of the indicators and data fusion was tested on models on which the indicators were not fully controlled. The results are quite relevant.
Finally, in-situ investigations were done to analyze the variability and the reliability of the non destructive evaluation on real structures and to test the methodology of evaluation developed in laboratory conditions. In this case a systematic difference between the assessment by NDT and the results of the destructive evaluation was observed. This demonstrates that adjustment of the methodology is necessary with reference values obtained on samples. A calibration procedure must be developed to define the kind of measurements (destructive or semi-destructive), the conditions of the measurements (environmental, cores…) and finally the optimal number of calibration points depending on the level of reliability required for the evaluation. The first steps of this procedure were proposed in the SENSO project.