Health Monitoring of (Geo)structures Using Stress Wave-Based Non-Invasive Techniques

Au cours de la durée de vie des (géo)structures, des anomalies structurales peuvent apparaître. Si ces anomalies ne sont pas détectées plus tôt, elles peuvent provoquer des défaillances structurelles ou des problèmes de fonctionnement. Par conséquent, la surveillance de la santé des (géo)structures est devenue un outil important pour évaluer leur intégrité et leur fonctionnalité dans les projets de construction et de réhabilitation. Les essais non destructifs (NDT) jouent un rôle important dans les domaines de l’ingénierie, de la construction et de la géophysique. En raison de leur nature non invasive et de leur faible coût, les NDT ont été largement appliqués pour la surveillance de la santé des structures, le contrôle qualité, l’investigation géotechnique et la caractérisation des matériaux de différents types d’infrastructures. L’objectif de cette recherche est d’utiliser des approches de NDT basées sur les ondes de contrainte pour surveiller la santé des (géo)structures à deux niveaux. Le premier niveau implique la caractérisation des propriétés mécaniques et géométriques pour surveiller la santé macroscopique de la structure, tandis que le deuxième niveau implique l’identification des dommages pour surveiller la santé microscopique de la structure. Une pile inconnue et une structure en poutre sont les applications pour la surveillance générale de la santé et la localisation des dommages, respectivement. De nouvelles méthodes d’interprétation du signal sont proposées pour la caractérisation des pieux en se basant sur la théorie des ondes guidées. La caractérisation des propriétés géométriques et mécaniques est d’une grande importance pour l’évaluation et la réutilisation de fondations inconnues. La propriété géométrique, telle que la longueur du pieu, peut être utilisée comme paramètre pour estimer le niveau d’affouillement et la capacité portante d’une fondation. Les propriétés mécaniques du pieu, telles que la vitesse des ondes longitudinale et de cisaillement, peuvent être utilisées pour évaluer l’état de santé ou l’intégrité du pieu. Dans un pieu cylindrique, il existe deux modes d’onde guidée : le mode longitudinal et le mode de flexion. Le mode longitudinal apparaît lorsque l’impact est placé sur la surface supérieure du pieu, et le mode de flexion correspond à une configuration de test dans laquelle l’impact est appliqué sur le côté latéral du pieu. La méthode des éléments spectraux peut être utilisée pour obtenir la relation de dispersion, c’est-à-dire la relation entre la vitesse de phase et la fréquence, qui est ensuite utilisée pour la caractérisation de la longueur et des propriétés mécaniques des pieux. Pour l’estimation de la longueur des pieux, on commence par combiner la relation de dispersion et la différence de phase des réponses recueillies par au moins deux capteurs situés sur le côté latéral afin de montrer la relation entre la différence de phase et le nombre d’onde. L’analyse périodique de cette relation permet d’estimer la longueur du pieu. Deuxièmement, la longueur du pieu peut également être estimée par un seul capteur pour l’acquisition des données. La relation entre le nombre d’onde et la magnitude normalisée peut être obtenue en combinant la relation de dispersion et la magnitude normalisée. Ensuite, par l’analyse périodique de cette relation, la longueur du pieux peut être estimée. Dans ces deux méthodes utilisant le mode longitudinal des ondes guidées, le capteur peut être placé sur le côté latéral et la surface supérieure. La troisième méthode consiste à caractériser la longueur du pieu en utilisant le mode de flexion et une méthode d’inversion. La relation de dispersion basée sur le mode de flexion est utilisée comme modèle avant, puis la relation de dispersion expérimentale peut être extraite par l’analyse résonante du signal collecté sur le côté latéral du pieu testé. Un algorithme d’optimisation basé sur l’algorithme génétique est utilisé pour estimer de manière inverse la longueur du pieu et les propriétés mécaniques simultanément, y compris la vitesse des ondes longitudinale et de cisaillement et la densité.»