USA : Reconstruction d'un pont après son effondrement Surveillance de la réparation de l'I-35 grâce à la technologie de pointe VSPECT® de Campbell Scientific

Reconstruction d'un pont après son effondrement

Le 1er Août 2007, le pont de ST. Anthony Falls sur le fleuve Mississippi à Minneapolis, dans le Minnesota, s'est effondré en pleine heure de pointe. Il s’ensuit la décision de reconstruire rapidement et en toute sécurité ce pont de l’I-35W. Il a été décidé d’exploiter de nouvelles technologies et de continuer par la suite de mesurer certains paramètres du pont afin d’assurer son suivi sur le long terme, la mise en place d’instrumentations en interne permet le suivi de la qualité de la construction, en surveillant le poids des charges et de l’effet du vent sur le pont.

This first part of a larger program involving the entire bridge pertained to only the Southbound Pier 2 columns and foundations. There, two types of strain gages and thermometers were installed to monitor three phases of the bridge and foundation system: (1) internal concrete curing temperature of the foundation elements, (2) construction loads, and (3) long-term health.

Four levels of six strain gages each were installed in two 100-ft-deep foundation shafts (48 gages total). Gage levels were designed to identify load-carrying contributions from various soil layers.

Each gage level consisted of four vibrating-wire strain gages positioned at quarter points around the circumference of the shaft cross section. Two of the four vibrating-wire gages at each level were coupled with a resistive strain gage situated at opposite sides of the shaft. This scheme provided long-term stability with the slower vibrating-wire gages along with fast measurements from the resistive gages during dynamic events.

In addition to the foundation measurements, two levels of four vibrating-wire strain gages were installed in the two columns supporting the two southbound concrete box girders (16 total vibrating-wire gages). Mid-level gages were duplicated with resistive strain gages for measuring short-duration transient events.

Two separate data acquisition systems were used to measure the vibrating-wire and resistive strain gages. The vibrating-wire gages (including the internal thermistors) were read with a Campbell Scientific AVW200 and recorded with a CR1000 datalogger. The resistive gages were measured with Campbell Scientific’s CR9000 high-speed data-acquisition system. Both systems were self-powered with solar panels and deep-cycle batteries, and each system uploaded data to a remote host server via cellular modem. This arrangement allowed the data-acquisition systems to operate independently of on-site construction power and communications, and they did not interfere with day-to-day construction activities. Key aspects to both data-acquisition systems were remote data monitoring, remote program downloading, and remote reconfiguration as the data-acquisition requirements increased and decreased.

Phase 1 involved internal concrete temperature monitoring. The embedded thermistors internal to the vibrating-wire strain gages provided one means of assuring that concrete temperatures stayed within acceptable ranges. The figure above shows

the internal shaft temperature at each of the gage levels over the course of shaft and footing construction.

Phase 2 monitored increasing loads and how those loads were distributed down the length of the shafts as construction progressed. The figure below shows the load on one of the shafts beneath the Pier 2 footing, along with construction milestones. This figure shows that almost 800 kips of the 3500-kip total shaft load was resisted in end bearing, and that about half the remaining load was carried by the rock-layer side shear. Load steps are evident between May 29 and July 9, showing the placement of each of the 15 box-girder segments.

Phase 3 is ongoing. It uses the calibrations and correlations derived during Phase 2 to monitor the long-term health of the bridge. Variations in shaft and column loads can identify aberrant conditions, and alert officials to take appropriate actions. Just prior to the opening of the bridge, truckload tests were conducted with eight 50-kip trucks (400-kip total) located at various locations along the bridge deck. (See photo on first page.)

This project was well-suited to demonstrate the benefits of the spectral analysis method for reading vibrating-wire sensors. Not only did this project involve a large number of vibrating-wire sensors, but the setup was located 5 ft from a 1000-kW generator. Even with the large generator nearby, no data was lost due to noise, and no extra analysis was needed to determine if measurements had been compromised by noise. In fact, the raw data were posted automatically to a publicly available website every 15 minutes, without review or qualification. Because of the success of the new method in this project, the program manager already has plans to make it a part of two future bridge-monitoring projects.

La première partie d'un programme plus large impliquant l'ensemble du pont concernait seulement les fondations et les 2 colonnes de la jetée de Southbound. Là, deux types de jauges de contrainte et des thermomètres ont été installés pour surveiller les trois phases de la reconstruction du pont et de ses fondations : (1) la température interne de béton de durcissement des éléments de fondation, (2) les charges sur la construction, et (3) son suivi sur le long terme.

Quatre niveaux de six jauges de contrainte ont été installés dans les deux puits de la fondation de 100 pieds de profondeur (48 jauges au total). Les jauges ont été installées pour évaluer les efforts sur les différentes couches de sol.

Chaque niveau de jauge se composait de quatre jauges à corde vibrante positionnées sur quatre points autour de la circonférence d'une section du pilier. Deux des quatre jauges à corde vibrante à chaque niveau ont été couplées avec une jauge de contrainte résistive située sur les côtés opposés du pilier. Ce montage permet d'évaluer la stabilité sur la durée avec une réponse lente pour les jauges à corde vibrante et avec des mesures rapides de jauges résistives lors d'événements dynamiques.

En plus des mesures sur les fondations, deux niveaux de quatre jauges à corde vibrante ont été installées dans les deux colonnes qui soutiennent les deux poutres-caissons en béton vers le sud (total 16 jauges à corde vibrante). Pour les jauges de niveau intermédiaire on a utilisé des jauges de contrainte résistives pour mesurer les événements transitoires de courte durée.

Deux systèmes d'acquisition de données distinctes ont été utilisés pour mesurer les cordes vibrantes et les jauges de contrainte résistives. Les jauges à corde vibrante (y compris les thermistances internes) ont été lus avec une interface AVW200 de Campbell Scientific et enregistrées avec une centrale d'acquisition de données CR1000. Les jauges résistives ont été mesurées avec le système d'acquisition de données à échantillonnage rapide CR9000 de Campbell Scientific. Les deux systèmes étaient autoalimentés par des panneaux solaires et des batteries, et les données de chaque système téléchargées par un serveur hôte distant via un modem cellulaire. Cette conception du système de mesure a permis aux systèmes d'acquisition de données de fonctionner indépendamment des moyens d'alimentation et de communication du site de construction, et de ne pas interférer avec les activités au jour le jour de la reconstruction. Les principaux points forts de ce système d'acquisition de données étaient la surveillance à distance des données, le téléchargement à distance du programme et la reconfiguration à distance des acquisitions de données en fonction des circonstances.

Phase 1 le elle concerne le contrôle interne de la température du béton. Les thermistances internes des jauges à corde vibrante fournissent le moyen de mesurer les températures du béton, ces températures sont restées dans des limites acceptables. La première figure ci-dessous montre la température de l'arbre interne à chacun des niveaux de jauge au cours de l'arbre et de la construction de pied.

Phase 2 concerne les mesures les charges croissantes et la façon dont ces charges ont été distribuées sur la longueur des colonnes de soutènement lors de la reconstruction. La figure ci-dessus montre la charge sur l'une des colonnes sous la jetée 2, à travers toutes les étapes de reconstruction. Cette figure montre que près de 800 kips des 3500-kip de charge total de la colonne ont été supportée par étape, et que près de la moitié de la charge restante a été porté par le sol. Les grandes étapes de charge sont concentrées entre le 29 mai et le 9 Juillet, montrant le placement de chacun des 15 segments de poutre-caisson.

La phase 3 est en cours. Ils utilisent les étalonnages et les données de la phase 2 pour surveiller l'état de santé sur le long terme du pont. Les variations sur l'axe et des colonnes de charge peuvent signaler des conditions aberrantes, et peuvent alerter le personnel afin de prendre les mesures appropriées. Juste avant l'ouverture du pont, des tests ont été menés avec huit camions de 50 kips (400 kips au total) situés à divers endroits le long du tablier du pont. (Voir la photo sur la première page.)

Ce projet était bien adapté à démontrer les avantages de la méthode d'analyse spectrale VSPECT<sup>®</sup> pour la lecture des capteurs à corde vibrante. Non seulement ce projet comporte un grand nombre de capteurs à corde vibrante, mais la configuration est situé à proximité d'un générateur de 1000 kW. Même avec ce générateur à proximité, aucune donnée n'a été perdue à cause du bruit, et aucune analyse supplémentaire n'a été nécessaire pour déterminer si les mesures avaient été compromises par le bruit. En fait, les données brutes ont été affichées automatiquement sur un site Web accessible au public toutes les 15 minutes, sans examen ou traitement avant affichage.

En raison du succès de cette nouvelle méthode dans ce projet, le gestionnaire du programme a déjà des plans, pour réutiliser dans deux futurs projets ce type de technique.

Découvrez toutes les applications