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Pesage par pont instrumenté

Principe

Le principe du pesage par ponts instrumentés (B-WIM : Bridge Weigh-in-Motion) a été énoncé initialement par Ghosn, aux Etats-Unis dans les années 1970 : pour cela, les déformations d’un pont sont mesurées et par modélisation inverse, les poids sur essieux et les distances entre essieux sont reconstruites.

Superposition des effets de deux essieux

Pour cela, le principe de superposition est utilisé (Figure 1). Ainsi l’effet mesuré est l’effet des différents essieux sur le pont. Or l’effet d’un essieu est donné par la multiplication de son poids avec la ligne d’influence adéquate évaluée à l’abscisse de l’essieu (convolution des charges verticales et la fonction d’influence).

A noter que dans les premiers systèmes installés, des capteurs en surface (sur la chaussée) informaient le système du passage d’un véhicule, et déclenchaient l’enregistrement et le calcul inverse. Ces capteurs étaient appelés FAD (First Axle Detectors). Aujourd’hui tous les capteurs sont sur/sous le pont (et non en chaussée), il « suffit » de fixer un seuil de déclenchement pour détecter le passage d’un véhicule.

Effets mesurés

Tout effet mesurable peut être utilisé pour du pesage par pont instrumenté. Néanmoins, il est nécessaire que les capteurs ne se situent pas à un nœud de l’effet. De plus, il est préférable que l’effet –ou sa valeur numérique- soient sensibles au passage d’un poids lourd, si possible aux différents poids sur essieux (effet local).

Ont été mesurées :

  • Des déformations de flexion longitudinale sur OA simple travée,
  • Des déformations de flexion longitudinale en sous-face d’augets de dalle orthotrope,
  • Déformations d’effort tranchant.

Calibration

En mesurant ces effets, deux catégories d’informations sont inconnues : Celles liées au véhicule (nombre d’essieux, poids sur essieux, distance entre essieux) et celles liées à l’ouvrage d’art (lignes d’influence).

Pour évaluer la/les ligne(s) d’influence, une calibration est réalisée avec des PL de poids et dimensions connues dont un nombre assez grand de passage est réalisé sur l’ouvrage. Ceci permet de caler les lignes d’influence pour les différents capteurs du système.

Expérimentations réalisées

Plusieurs instrumentations ont été réalisées sur le viaduc de Millau, en 2010-2011, puis en 2016-20174.

Viaduc de Millau - Instrumentation en flexion longitudinale, en sous-face des augets longitudinaux, à mi-portée entre deux pièces de ponts
Ouvrage d’art en béton à Senlis (A1) - OA instrumenté de Senlis
Lignes de capteurs

L’ouvrage est droit, ce qui est un critère important pour obtenir de bons résultats.  Les résultats ont été très bons, même si nous n’avons considérés que des poids lourds lourdement chargés5. Il s’agissait d’une demande de la Chambre de Commerce et d’Industrie Seine Estuaire, qui gère l’ouvrage.

Capteurs dans le pont de Normandie

L’Université Gustave Eiffel/IFSTTAR et le Cerema (Laboratoire du Bourget) ont instrumenté en B-WIM le pont pour obtenir les charges des PL circulant, et ont réalisé des calculs de durée de vie en fatigue des différentes soudures1,2,3.

L’instrumentation en elle-même est similaire à celle du viaduc de Millau, mais les résultats sont totalement différents : pour Normandie, l’erreur a été grande (report d’environ 1 tonne du deuxième essieu sur le premier pour les 5 essieux). Nous n’avons pas réussi à améliorer la calibration.

Les résultats étaient suffisants pour un re-calcul en fatigue ou pour la détection d’une grande surcharge, mais pas pour du contrôle sanction automatisé ou pour des surcharges inférieures à 2 tonnes.

Pont de Normandie (en 2017)

Conclusions - perspectives

Il reste encore du travail à faire pour que le pesage par ponts soit reconnu comme celui par capteurs en chaussée. Néanmoins, il a l’avantage de poursuivre, avec une seule instrumentation, deux objectifs : le suivi de la structure et celui des charges roulantes. Toutefois, son installation et sa durabilité/robustesse sont encore à prouver.

Références

  1. JACOB, Bernard, SCHMIDT, Franziska, 2019, Assessment of bridge lifetime in fatigue against abnormal loads. Case of Normandy bridge, 26th World Road Congress (PIARC ), ABU DHABI, EMIRATS ARABES UNIS, 2019-10-06, 11 p. https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02466482/document
  2. JACOB, Bernard, SCHMIDT, Franziska, ARROYO CONTRERAS, Moisés, 2019, Fatigue assessment of Normandy bridge under traffic loading, ICWIM8, 8th International Conference on Weigh-In-Motion , PRAGUE, TCHÈQUE, RÉPUBLIQUE, 2019-05-20, 10 p. https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02465106/document
  3. ARROYO CONTRERAS, Moisés, JACOB, Bernard, SCHMIDT, Franziska, 2019, Assessment in fatigue of an orthotropic steel deck bridge under traffic loads and impact of abnormal loads. Case of Normandy bridge, TRB, Transportation Research Board Annual Meeting, WASHINGTON, ETATS-UNIS, 2019-01-13, 16 p. https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02464939/document
  4. SCHMIDT, Franziska, MAVRIC, M, ZNIDARIC, A, JACOB, Bernard, 2016, Use of B-WIM for Monitoring Traffic on a Specific Route on France, ICWIM7 - 7th International Conference on Weigh-In-Motion, FOZ DO IGUACU, BRESIL, 2016-11-07, International Society for Weigh-In-Motion, 7 p. https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01512631v1
  5. SCHMIDT, Franziska, MARTINET, Victor, JACOB, Bernard, 2016, Utilisation des ponts routiers pour le pesage et le contrôle des poids lourds, ATEC ITS France, Montrouge, FRANCE, 2016-01-26, 8 p. https://secure.key4events.com/key4register/schedule.aspx?e=419&dl=files%2Fpresentations%2F15731%2Fatec_its00072_bwim.pdf