WO2015011067A1 - Procede de caracterisation de parametres mecaniques d'une chaussee - Google Patents

Procede de caracterisation de parametres mecaniques d'une chaussee Download PDF

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WO2015011067A1
WO2015011067A1 PCT/EP2014/065573 EP2014065573W WO2015011067A1 WO 2015011067 A1 WO2015011067 A1 WO 2015011067A1 EP 2014065573 W EP2014065573 W EP 2014065573W WO 2015011067 A1 WO2015011067 A1 WO 2015011067A1
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WO
WIPO (PCT)
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roadway
sensors
mechanical parameters
displacement
layer
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/065573
Other languages
English (en)
Inventor
Mickaël Carmona
Antoine Robinet
Eric COQUELLE
Jean-Luc Gautier
Original Assignee
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Colas
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives, Colas filed Critical Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
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Priority to US14/906,925 priority patent/US20160161251A1/en
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/32—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring the deformation in a solid
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C1/00—Design or layout of roads, e.g. for noise abatement, for gas absorption
    • E01C1/002—Design or lay-out of roads, e.g. street systems, cross-sections ; Design for noise abatement, e.g. sunken road
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C23/00—Auxiliary devices or arrangements for constructing, repairing, reconditioning, or taking-up road or like surfaces
    • E01C23/01—Devices or auxiliary means for setting-out or checking the configuration of new surfacing, e.g. templates, screed or reference line supports; Applications of apparatus for measuring, indicating, or recording the surface configuration of existing surfacing, e.g. profilographs
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01F—ADDITIONAL WORK, SUCH AS EQUIPPING ROADS OR THE CONSTRUCTION OF PLATFORMS, HELICOPTER LANDING STAGES, SIGNS, SNOW FENCES, OR THE LIKE
    • E01F11/00—Road engineering aspects of Embedding pads or other sensitive devices in paving or other road surfaces, e.g. traffic detectors, vehicle-operated pressure-sensitive actuators, devices for monitoring atmospheric or road conditions

Definitions

  • the invention relates to a method for characterizing mechanical parameters of a roadway.
  • the invention also relates to an information recording medium, a device for characterizing mechanical parameters of a roadway and a roadway instrumented with this device, for the implementation of this method.
  • the invention finally relates to a method for monitoring the appearance of a defect in a roadway.
  • the term "roadway” refers to a lane specifically configured for the circulation of wheeled vehicles, such as a road pavement, industrial, a port platform or an airstrip.
  • a railway line is not considered a roadway.
  • step c) the determination of the mechanical parameters of the roadway from the measurements of the various sensors and a predetermined model connecting the movements measured by each sensor to the characteristics of the load applied during step a), this model being parameterized by the known position of the different sensors with respect to the pavement and the mechanical parameters to be characterized.
  • BENEDETTO A and Al "Elliptic model for prediction of deflections induced by a light falling weight deflectometer", Journal of Terramhanics, Peragmon Press, Headington Hill Hall, Oxford, GB, Vol. 49, No. 1, October 26, 201, 1, pages 1-12;
  • the invention therefore relates to a method of characterizing k mechanical parameters of a roadway, this roadway being formed by a stack in a Z direction of N layers and delimited by lateral edges, where k and N are integers non-zero, this method being in accordance with claim 1.
  • Embodiments of the invention may have one or more of the features of the dependent claims.
  • step a) the use of a vehicle of mass M and traveling on the roadway at a speed V makes it possible to implement step a) without having to use a falling mass deflectometer.
  • the implementation of step a) is thus simplified and faster because it is no longer necessary to move the deflectometer from place to place.
  • step a) can be implemented with a vehicle of mass M traveling on the roadway at a speed V, where the characteristics M and V are not known a priori. This makes it possible to carry out step a) passively, with any vehicle traveling naturally on the road, rather than with a standard vehicle for which the characteristics M and V are previously known. Step a) and, more generally, the method of characterization can thus be implemented passively, without the need to close the access to the roadway to the vehicles circulating there.
  • the measurement of the speed V from the same sensors as those used to measure the displacement during step b) makes it possible to avoid having to use sensors dedicated to the measurement of V, which simplifies the implementation of process and reduces the cost.
  • the elasticity moduli make it possible to obtain information on the structural state of the roadway.
  • the invention also relates to a method of monitoring the appearance of a defect in a roadway according to claim 8.
  • the invention also relates to an information recording medium, comprising instructions for performing step c) of a method according to the invention when these instructions are executed by an electronic calculator.
  • the invention also relates to a device for characterizing k mechanical parameters of a roadway according to claim 10.
  • the invention also relates to an instrumented roadway according to claim 1 1.
  • the embodiments of the characterization device or the instrumented pavement according to the invention may have the following characteristic: said sensors comprise triaxial accelerometers.
  • FIG. 1 is a schematic illustration, in a view from above, of a portion of an instrumented roadway by means of a device for characterizing mechanical parameters of the roadway;
  • FIG. 2 is a schematic illustration, in a cross-sectional view, of the pavement portion of Figure 1;
  • FIG. 3 is a schematic illustration of a displacement sensor of the roadway of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a flowchart of a method for characterizing mechanical parameters of the roadway of FIG. 1;
  • FIG. 5 is a flowchart of a method for monitoring the appearance of a defect in the pavement of FIG.
  • the same references are used to designate the same elements.
  • Figure 1 shows a roadway 2.
  • This roadway 2 extends in directions X and Y not parallel to each other and perpendicular to a Z stacking direction of the layers.
  • the direction Z is vertical.
  • These directions X and Y are here orthogonal and define a horizontal plane.
  • the X, Y and Z directions here define an orthonormal reference R, fixed with respect to the roadway 2.
  • This floor 2 extends here essentially longitudinally in the direction X.
  • the floor 2 is delimited in the Y direction, aisles 4 and 6 by the side edges respectively 10 and 12.
  • This floor 2 is here rectilinear and has a width W, measured along the Y direction.
  • the aisle 4 comprises a zone 14 formed of a material.
  • the aisle 6 has two zones 16 and 18 distinct and immediately consecutive to the direction X. Each of these areas 16, 18 is formed of a different material.
  • the zones 14, 16 and 18 are here each homogeneous in all directions and especially in the Z direction.
  • the mechanical coupling between the lateral edges 10, 12 and the zones 14, 16, 18 is presumed to be known or can be determined experimentally or by modeling of the aisles.
  • the zones 14, 16 are formed of a material that is very little deformable with respect to the materials forming the roadway 2.
  • these zones 14, 16 are identical and are made of concrete.
  • Area 18 is here an earthed shoulder.
  • the reference R has its origin in a point O of the surface of the roadway, located equidistant from the edges 10 and 12. Typically, the origin of the reference R is taken in the center of a study area 19 on which is applied a mechanical excitation. To improve the readability of Figures 1 and 2, this mark R is drawn next to the floor 2.
  • Area 19 corresponds to a portion of the roadway 2 which we want to know the mechanical characteristics.
  • this zone 19 is a rectangular portion of the roadway 2 whose width in the Y direction is greater than the width W of the roadway and whose length in the X direction is less than twenty or fifty meters and preferably less than 10 meters, five meters and advantageously less than two meters.
  • the roadway 2 is bordered by portions of the aisles 4 and 6 formed only, respectively, zones 14 and 16.
  • the zone 19 is not drawn to scale in Figure 1. In this description, the following applies in particular to this study area 19.
  • Figure 2 shows in greater detail this road 2.
  • the road 2 comprises a plurality of N layers, superimposed contiguously one above the other in the direction Z, where N is a non-zero positive integer. These layers are here flat and parallel to each other.
  • the layer at the top of this stack has an outwardly facing upper surface forming a horizontal running surface capable of receiving the circulation of wheeled vehicles, such as motor vehicles.
  • These N layers here bear the references Ci, C 2 , C N , numbered consecutively, where C N designates the deepest layer of the roadway.
  • the depth is measured in the Z direction relative to the running surface 20.
  • the number N is greater than two or three and generally less than ten or twenty.
  • the layer Ci is for example a wearing course in bituminous mix, while the layers C 2 to C N are base or foundation or bonding layers for mechanically supporting the wearing course.
  • the layer C N rests on a base consisting of the same material as the zones 14 and 16.
  • these layers C 2 to C N comprise rubble or a binder.
  • This floor 2 here comprises a device for characterizing its mechanical parameters.
  • the roadway 2 is then called “instrumented roadway”.
  • the mechanical parameters of the roadway 2 that we wish to characterize are the elastic moduli of each of the layers Ci to C N and, more specifically, the Young's modulus and the Poisson's ratio of each of them.
  • layers Ci to C N We denote respectively Ej and Vj the Young's modulus and the Poisson's ratio associated with the layer C where j is an integer between 1 and N.
  • a unit 30 for processing the measurements of the sensors 40 is a unit 30 for processing the measurements of the sensors 40.
  • the reference 40 points only to a limited number of copies of this sensor 40.
  • the unit 30 comprises:
  • the interface 36 is able to collect the various measurements made by the sensors 40.
  • the computer 32 executes instructions recorded in the support 34.
  • the support 34 comprises in particular instructions for executing the methods of FIGS. 4 and 5. .
  • This unit 30 is here placed on one side of the road 2, preferably in the zone 19.
  • Each of the sensors 40 is capable of: - measure, directly or indirectly, a displacement in at least three non-parallel directions, and
  • the sensors 40 are located inside the zone 19. In this example, these sensors 40 are buried in the different layers of the roadway so that each layer comprises, in the zone 19, a number of sensors greater than or equal to the number of mechanical parameters to be characterized for this layer.
  • each layer thus comprises, within the zone 19, at least two sensors 40.
  • each layer comprises, inside the zone 19, at least three sensors 40, not aligned with each other.
  • the position of these sensors 40 with respect to the roadway is known or determinable.
  • Sensors 40 are here distributed within each layer along at least two different horizontal directions.
  • the sensors 40 are not aligned along the same axis within the zone 19.
  • the sensors 40 are distributed so as not to be concentrated at one and the same point of the roadway.
  • This sensor 40 further comprises an identifier making it possible to identify, in a unique way, preferably without contact, each copy of the sensor 40 among all the sensors 40 present inside the roadway 2.
  • the accuracy of the measurement of the displacement undergone by the roadway is increased, especially in the deepest layers, compared to the case where the sensors are placed only in pavement surface.
  • This sensor 40 comprises here:
  • control module 50 connected, in particular, to the assembly 44 and to the interface 46.
  • the shell 42 is able to withstand the stages of manufacture of the roadway, such as compaction or contact with hot bitumen during the construction of the roadway.
  • the shell 42 is also able to withstand the passage of vehicles on the road, in particular the passage of heavy vehicles or industrial vehicles (such as container carriers) having an axle load greater than two or five tons and lower or equal to one hundred and twenty tons.
  • This shell 42 advantageously has a reduced volume so as not to degrade the properties or the shape of the roadway when the sensor 40 is buried inside the roadway.
  • This volume is for example less than or equal to 20 cm 3 or 10 cm 3 and, preferably, less than or equal to 5 cm 3 or 2 cm 3 .
  • This volume presents here a cubic or spherical form.
  • the assembly 44 is particularly capable of measuring a displacement in at least three non-parallel directions. Typically, these three directions are orthogonal to each other.
  • the assembly 44 comprises for this purpose a transducer 60 capable of measuring a physical quantity representative of the local displacement of the sensor 40 in the roadway.
  • the transducer 60 is a tri-axis accelerometer sold by the company "STMicroelectronics" under the reference “LSM303DLH”. Although the accelerometer does not directly measure a displacement, this displacement can be calculated in a known manner from the measured acceleration, for example by integrating the measured acceleration with respect to time.
  • This transducer 60 is here able to measure a displacement between 1 ⁇ and 1 mm and preferably between 10 ⁇ and 500 ⁇ .
  • the assembly 44 further comprises a temperature probe 62, such as the sensor marketed by the company "Colibrys" under the reference "MS9002".
  • the assembly 44 also comprises a tri-axis magnetometer 64.
  • the distance between the sensors 40 is chosen in particular according to the sensitivity of each of the transducers 60.
  • the transducers 60 have a sensitivity such that the transducers 60 located beyond ten or fifteen meters from the point where a displacement excitation is applied does not measure any displacement.
  • the interface 46 is able to transfer measured data to the interface 36.
  • This interface 46 here comprises an RFID antenna, such as the antenna described in the patent application WO 201 1/157941 A1.
  • This interface 46 is advantageously configured to provide the identifier of the sensor 40 at the same time as the measurements made by the assembly 44.
  • the module 48 electrically feeds the assembly 44, the interface 46 and the module 50.
  • This module 48 comprises for example a battery or an energy harvesting device ("energy harvesting" in English).
  • the module 50 is here a microcontroller.
  • the pavement 2 is modeled by means of a predetermined model M G ,
  • This model M G connects the local displacements of the roadway at a point to the characteristics of a mechanical excitation applied to the roadway to deform it.
  • This model M G is parameterized by mechanical parameters of the roadway including in particular k mechanical parameters of the roadway 2, corresponding here to the Young moduli Ei to E N and the Poisson coefficients Vi to v N. Also, in this embodiment, k is 2 * N.
  • This model M G is presented here in the form of one or more differential equations (or, more precisely, of partial differential equations) involving time.
  • the model links, for any point I of the roadway 2, the characteristics of the mechanical excitation applied in the zone 19, the displacement of this point I obtained in response to this excitation. Subsequently, the position of the point I in the R mark is denoted X ,.
  • the mechanical excitation is generated by the passage on the surface 20 of a vehicle mass M moving on the road 2 at a constant speed V.
  • the mass M and the speed V are here the characteristics of the mechanical excitation.
  • the pavement 2 is modeled by modeling the individual behavior of each layer Cj by a predetermined submodel Mj of this layer.
  • This sub-model Mj is, for example, the model described in the documents "The response of a layered half-space to traffic loads moving along its surface" by H. Grundmann et al. ; Archive of Applied Mechanics, vol. 69, p. 55-67, Springer-Verlag 1999 and "Dynamic effect of moving loads on road pavements: A review" by N. Beskou et al. ; Soil Dynamics and Earthquake Engineering, vol. 31, p. 547-567, 201 1 (section 3.2 and in particular equations 20 to 27 of this document).
  • This submodel Mj corresponds to the following partial differential equation:
  • the sub-model Mj connects the displacement field of this layer to the mechanical parameters of this layer and to the characteristics of the mechanical excitation undergone by this layer.
  • the k mechanical parameters are the first and second coefficients of Lamé Aj and ⁇ ; of each layer Q, and not the Young moduli Ej and the Poisson coefficients Vj of each layer.
  • This model involves, in addition to k parameters, the mass density pj of each layer.
  • This mass density pj is supposed to be known. For example, this mass density pj is measured experimentally for each layer.
  • the mechanical excitation is that applied to the surface 20 by the passage of the vehicle.
  • the mechanical excitation is that transmitted by the next higher layer.
  • Boundary conditions are added to solve the system of partial differential equations of this model. These boundary conditions are specifically chosen according to the configuration of the roadway 2, and according to at least the X and Y directions. These boundary conditions are here defined with reference to the displacement field of each layer as follows:
  • the displacement field is zero outside the roadway beyond the edges 10 and 12 and, in particular, in the zones 14 and 16 of the aisles, and
  • the roadway 2 is provided, instrumented by means of the characterization device.
  • this roadway 2 is previously instrumented, by drilling thin channels inside the layers of the roadway 2 to locate the sensors 40.
  • the roadway 2 thus comprises the sensors 40.
  • absolute position of each of these sensors 40 is here known, for example, because we took care to raise the position of each of these sensors 40 during their implantation inside the roadway 2. By absolute position, the position is designated relative to the reference reference R.
  • the model M G is automatically acquired and the boundary conditions are defined according to the characteristics of the roadway 2 and the aisles 4 and 6.
  • the chosen boundary conditions are those previously described.
  • a step 104 the roadway is mechanically excited to deform this road, for example by applying a load on the surface 20.
  • this load is applied by circulating on the surface 20 of the roadway 2, to the constant speed V, a vehicle having the mass M.
  • the mass M is between half a ton and one hundred and twenty tons at the axle.
  • the speed V is here between 10km / h and 150 km / h.
  • step 106 the displacement of each of the sensors 40 is measured, in response to the excitation applied in step 104, by the accelerometer 60 of each sensor 40.
  • step 106 proceeds partially simultaneously with step 104.
  • each of the sensors 40 is measured.
  • Note D (Xi, t) the displacement measured by the i-th sensor 40 with respect to its initial position in the roadway 2, where the index i identifies the sensor having made this measurement, and X, is the position of this i-th sensor in the reference R.
  • the initial position of a sensor 40 is here the position occupied by this sensor in the absence of excitation carriageway mechanics 2.
  • the excitation is applied by a vehicle moving on the surface and not by a load applied punctually at a specific point of the roadway.
  • the layers of the roadway 2 located inside the zone 19 then undergo, as the vehicle moves on the surface 20, a mechanical excitation which deforms them and which therefore causes the sensors 40 to move.
  • the accelerometer 60 of each sensor 40 measures the corresponding instantaneous acceleration at regular intervals to obtain a temporal sequence of measurements corresponding to the displacement D (Xi, t) of this point Xi over time.
  • the instantaneous displacement field of all the sensors 40 is measured in each layer of the roadway 2 in response to the excitation. These successive recordings are for example made from the beginning of the excitation, with a constant sampling frequency.
  • each probe 62 the temperature is measured by each probe 62, and the evolution over time of the local magnetic field is measured by each magnetometer 64.
  • the measurement of the temperature T in each layer makes it possible to know for which temperature conditions each of the k parameters is obtained by the method. Indeed, the values of the parameters E ,, v, vary according to the temperature.
  • the data measured by these sensors are advantageously transmitted to the unit 30.
  • the displacement field measured for each of the layers Ci to C N is available .
  • the mass M and the speed V of this vehicle are not known a priori.
  • the speed V and the mass M are estimated from the data measured during the step 106.
  • the determination of the speed V is here carried out automatically, according to known methods, using the data measured by the accelerometers 60 during the step 106.
  • the known methods are based on the correlation between displacement signals measured at different locations by different sensors in response to the passage of the same vehicle. For example, the passage of the vehicle causes a displacement measured by a first sensor. This displacement is then measured by a second remote sensor, a few moments later. Knowing the distance separating these two sensors and the delay separating the measurement instants from these displacements, the speed V at which the vehicle is traveling can be estimated.
  • Such a method is for example described in the document "Traffic Surveillance by Wireless Sensor Networks" of S-Y. Cheung, Department of Mechanical Engineering, University of California, Berkeley, USA, 2006.
  • the mass M is here determined by means of the data measured by the magnetometers 64. These data make it possible to estimate the "magnetic mass" of the vehicle traveling during step 104.
  • the magnetic signature of vehicle for example due to the amount of magnetic metallic material contained in this vehicle.
  • this magnetic signature is recorded, then compared to a reference database to estimate the value of the mass M.
  • This database comprises for example a plurality of predefined signatures each associated with the mass of a corresponding vehicle.
  • This database is for example obtained beforehand by calibration, by circulating on the road vehicles of known mass and recording their respective magnetic signature.
  • the excitation of the roadway is achieved by vehicles traveling naturally on the roadway 2.
  • the process can thus be implemented continuously and passively on a roadway 2, without it being necessary. of closing the roadway 2 to traffic or mobilize specific equipment to perform step 104.
  • the implementation of the process is then greatly simplified.
  • the k physical parameters are determined automatically from the model M G and measured displacement fields.
  • these parameters are determined by inversion of the pavement model, using known numerical methods. For example, we proceed as follows, by successive iterations.
  • initial values ° Ei to ° E N and ° vi to ° v N are first fixed for each of the k mechanical parameters
  • the values of the k mechanical parameters of the roadway are adjusted to minimize the error between the displacement D (x, t) measured and the theoretical displacement D (x, t) calculated previously.
  • this minimization is carried out according to the criterion of the least squares, by determining the values of the k mechanical parameters which minimize the following function:
  • This acceptable limit is here less than 5% or 1% and preferably less than 0.01%.
  • step 110 there is thus a value for all k mechanical parameters Ei to E N and Vi to v N characterizing the roadway.
  • This process starts with steps 100 and 102 previously described.
  • reference intervals are predefined for each of the k mechanical parameters of the roadway 2 modeled by the model M G.
  • these reference ranges define value ranges within which each of the k mechanical parameters is considered to have a normal value, indicating a normal state of the roadway 2.
  • steps 104 to 1 10 of the method of Figure 4 are successively implemented to characterize these k mechanical parameters.
  • Step 132 the values of k mechanical parameters obtained at the end of step 1 10 are compared with the corresponding reference intervals predefined during step 130. If at least one of the k mechanical parameters has a value located outside the corresponding reference interval, then the roadway 2 is said to have a defect. An alert is then emitted during a step 134, for example by the unit 30. On the other hand, if all the k mechanical parameters have values included in their respective reference intervals, then the roadway 2 is said not to present any default. Step 104 and the following are then implemented again. Here, the implementation of these steps is triggered by each passage of a motor vehicle.
  • the direction Z is not vertical.
  • the roadway 2 does not necessarily extend in the X direction.
  • the pavement model may be different.
  • the submodels Mj may not correspond to the different layers, the same submodel including, for example, several adjacent layers Cj.
  • Pavement 2 may also not be modeled using sub-models for each of the layers. For example, all the layers of pavement 2 are modeled as a beam on an elastic support, using the model described in section 3.1 of the article by N. Beskou et al. previously cited.
  • the number k of mechanical parameters may be different. For example, not all layers are characterized by the same number of mechanical parameters. This is particularly the case if the values of some of these parameters are already known so that it is not necessary to estimate them again.
  • the layers may have different shapes. For example, these layers have a curved shape in the Z direction.
  • boundary conditions can be chosen differently.
  • the boundary conditions at the edges of the road may differ depending on the nature of the materials forming the aisles 4 and 6.
  • the boundary conditions of the aisles of the roadway are taken into account according to only one of the directions X or Y, provided that this direction does not coincide with the direction in which the roadway 2 extends, that is, there is at least one point of intersection between this direction and one of the lateral edges of the roadway 2.
  • the zone 19 may be defined differently and may in particular have a different shape.
  • the aisles encompassed by the zone 19 comprise the zones 14, 16 and also the zone 18.
  • the boundary conditions of the model are adapted accordingly, especially if the zone 18 has a nature different from that zones 14 and 16.
  • this zone 18 is an earthed shoulder.
  • the zone 19 moves along the roadway 2 as the vehicle applying the mechanical excitation moves on the surface 20.
  • the layer C N does not rest on a base, but itself forms a base on which the other layers rest.
  • This layer C N then for example has a thickness at least ten times or a hundred times greater than the thickness of the other layers, so that this layer C N can be modeled by a semi-infinite layer extending indefinitely along the Z direction in a direction opposite to that of the surface 20.
  • the thickness of a layer is presumed to be homogeneous and is measured in the Z direction.
  • the boundary conditions in the Z direction for this layer C N are modified. consequently, for example by imposing a zero displacement value at infinity according to Z.
  • the unit 30 is embedded in a vehicle traveling on or near the roadway 2.
  • this vehicle is the same as that which causes the excitation during step 106.
  • the unit 30 can also be placed in a place distant from the zone 19 and the roadway 2, for example in a single site centralizing the surveillance of several pavements identical to the roadway 2.
  • a collector is then placed in the zone 19 in order to collect the data transmitted by the sensors 40 and to relay these data to the unit 30.
  • the sensors 40 are not buried. One or more of the sensors 40 may also be straddling between two layers.
  • the sensor 40 may be different.
  • the assembly 44 may be different.
  • the transducer 60 is replaced by an acoustic sensor, able to measure a pressure field in the layer.
  • This acoustic sensor is for example an electret microphone or ceramic lead titanium zirconate (PZT).
  • Transducer 60 can also be replaced by a geophone.
  • the measurement of the speed V during the step 106 is implemented differently, for example according to the manner described in the document "Acoustic Sensor Network for Vehicle Traffic Monitoring by B. Barbagli et al; VEHICULAR 2012: The First International Conference on Advances in Vehicular Systems, Technology and Applications, 2012.
  • step 100 includes a preliminary operation of locating these sensors. For example, a predefined excitation is applied to the roadway and the response of each of the sensors is measured to determine their measurement directions. Simultaneously, the position of these sensors is identified by means of the identifier and by triangulation during the reception of the signals emitted by each sensor 40. In another example, the estimation of the measurement directions of the sensors is carried out by means of the a method known per se of static attitude estimation, from the data measured by the tri-axis accelerometer and the tri-axis magnetometer.
  • Sensors 40 may be present in the roadway 2 outside the zone 19. For example, sensors 40 are placed over the entire length of the roadway 2. Due to the limited sensitivity of the sensors, however, it is considered that the sensors located outside the zone 19 measure only a zero displacement.
  • the sensors 40 may not be placed in all the layers C i to C N.
  • the sensors 40 are all placed inside the C N layer.
  • the interface 46 may comprise an antenna extending outside the shell 42, or on an outer face of this shell 42. In a variant, the interface 46 includes a wire connection connected to the interface 36.
  • the module 48 may be different. This module 48 may comprise a wired or wireless power system allowing it to be recharged by a source of energy outside the road 2.
  • the temperature probe 62 may be different.
  • this probe 62 is a platinum probe, such as a PT100 probe.
  • the probe 62 can also be omitted if one chooses not to measure the temperature.
  • the displacement field can be measured differently. For example, the displacement of one of the sensors is recorded following the beginning of the excitation. The moment ÎMAX where this displacement reaches its maximum value is raised. Then, only the displacements D (Xi, Î M AX) are taken into account to determine the k mechanical parameters. Thus, the time dependence can be omitted, which simplifies the characterization of the k mechanical parameters.
  • Step 104 several vehicles can travel simultaneously on the roadway 2.
  • Step 108 then comprises a processing operation of the data measured during step 106 to separate the contributions of each of these vehicles, following methods of separation of known sources in the field of sensors for the management of urban traffic.
  • the value of the speed V is measured with additional sensors separate elements 44 used to measure displacements. These additional sensors may be located in the roadway 2 outside the sensors 40 or outside the roadway 2.
  • the mass M can be measured differently, for example by means of accelerometers 60 according to known techniques, such as that described in the document "Vehicle weight estimates using a buried three-axis seismometer" by J. LeMond et al. ; Part of the SPIE Conference on Sensors, C31, Information and Training Technologies for Law Enforcement, Boston, Mass., SPIE Vol. 3577, November 1998. In this case, the number of sensors 40 inside each layer may be greater than that described.
  • the magnetometer 64 can then be omitted.
  • the values of the characteristics M and V may already be known, for example when step 104 is implemented by means of a standard vehicle. In this case, step 108 and magnetometer 64 are omitted.
  • Step 104 may be implemented by means of a falling mass deflectometer.
  • the equivalent M and V characteristics are defined for the model, depending on the setting parameters of the deflectometer.
  • Those skilled in the art know that there is an empirical correspondence between the characteristics M, V and the adjustment parameters of the deflectometer. For example, one can build a model that accepts the characteristics of the falling load. In this case, step 106 is omitted.
  • moduli of elasticity can be used, such as Lamé coefficients.
  • the model is adapted accordingly.
  • the person skilled in the art knows that there are mutually interconnecting relationships between these different moduli of elasticity.
  • step 1 Other inversion methods can be used during step 1 to reverse the pavement model.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de caractérisation de k paramètres mécaniques d'une chaussée formée par un empilement dans une direction Z de N couches, comportant : a) l'application (104) d'une charge sur la chaussée pour la déformer, b) en réponse, la mesure (106) de la déformation de la chaussée en différents points à l'aide de capteurs de déplacement situés en chacun de ces points, c) la détermination (110) des k paramètres à partir des mesures des différents capteurs; dans lequel : - la mesure est réalisée par au moins k capteurs enfouis à l'intérieur de la chaussée et répartis dans au moins deux directions X et Y non-parallèles perpendiculaires à la direction Z, et - la détermination des k paramètres est également obtenue à partir des conditions limites connues sur des bords latéraux de la chaussée.

Description

PROCÉDÉ DE CARACTÉRISATION DE PARAMÈTRES MÉCANIQUES D'UNE
CHAUSSÉE
[ooi] L'invention concerne un procédé de caractérisation de paramètres mécaniques d'une chaussée. L'invention concerne également un support d'enregistrement d'informations, un dispositif de caractérisation de paramètres mécaniques d'une chaussée et une chaussée instrumentée avec ce dispositif, pour la mise en œuvre de ce procédé. L'invention concerne enfin un procédé de surveillance de l'apparition d'un défaut dans une chaussée.
[002] Dans cette description, le terme de « chaussée » désigne une voie spécifiquement configurée pour la circulation de véhicules à roues, comme une chaussée routière, industrielle, une plateforme portuaire ou une piste d'aviation. Par contre, une voie de chemin de fer n'est pas considérée comme une chaussée.
[003] Il existe des procédés de caractérisation de paramètres mécaniques d'une chaussée, qui utilisent un déflectomètre à masse tombante (« falling weight deflectometer » en langue anglaise). Ces procédés comportent typiquement :
a) l'application, à l'aide du déflectomètre, d'une charge sur la chaussée pour la déformer,
b) en réponse, la mesure de la déformation de la surface de la chaussée en différents points à l'aide de capteurs de déplacement situés en chacun de ces points, en surface de la chaussée,
c) la détermination des paramètres mécaniques de la chaussée à partir des mesures des différents capteurs et d'un modèle prédéterminé reliant les déplacements mesurés par chaque capteur aux caractéristiques de la charge appliquée lors de l'étape a), ce modèle étant paramétré par la position connue des différents capteurs par rapport à la chaussée et par les paramètres mécaniques à caractériser.
[004] Un exemple d'un tel procédé est décrit dans l'article de M. Broutin et al. « TOWARDS A DYNAMICAL BACK-CALCULATION PROCEDURE FOR HWD; A FULL-SCALE VALIDATION EXPERIMENT », 2010 FAA Worldwide Airport Technology Transfer Conférence, Atlantic City, New Jersey, USA ; Avril 2010. Dans ces procédés connus, les capteurs sont typiquement alignés en surface de la chaussée le long d'une seule direction.
[005] Ces procédés présentent cependant comme inconvénient que la précision et la fiabilité des paramètres mécaniques caractérisés sont limitées, ainsi que la venue sur site d'un véhicule instrumenté dédié.
[006] De l'état de la technique est également connu de :
- Database Compendex, Engineering Information, Inc, New York, Septembre 2012, Gonzalez A et Al : « Elastic strains, modulus and permanent déformation of foamed bitumen pavements in accelerated testing facility », Road and Transport research September 2012 ARRB Transport Research LTD, AUS, vol. 21 , n°3, septembre 2012, pages 64-76,
- Database Compendex, Engineering Information, Inc, New York, CHEN S-X et Al : « Analysis of asphalt pavement structural response from an accelerated loading test », Journal of Harbin Institute of technology, August 2007, Harbin Institute of Technology, Department of scientific research CN, Vol. 14, N)4, août 2007, pages 50- 505,
- BENEDETTO A et Al : « Elliptic model for prédiction of deflections induced by a light falling weight deflectometer », Journal of terrmachanics, Peragmon Press, Headington Hill Hall, Oxford, GB, Vol. 49, n°1 , 26 octobre 201 1 , pages 1 -12 ;
- WO2012/012903 A1 .
[007] Il existe donc un besoin pour un procédé de caractérisation de paramètres mécaniques d'une chaussée, qui présente une précision accrue.
[008] L'invention concerne donc un procédé de caractérisation de k paramètres mécaniques d'une chaussée, cette chaussée étant formée par un empilement dans une direction Z de N couches et délimitée par des bords latéraux, où k et N sont des nombres entiers non nuls, ce procédé étant conforme à la revendication 1 .
[009] En mesurant les déplacements selon au moins deux directions X et Y non parallèles et perpendiculaires à la direction Z et en prenant en compte les conditions aux limites sur les bords latéraux de cette chaussée, les caractéristiques mécaniques de la chaussée sont déterminées avec une précision et une fiabilité améliorées En effet, les déposants ont découvert de façon surprenante que la prise en compte de l'existence des bords latéraux, alors que les procédés connus considèrent que la chaussée s'étend à l'infini dans toutes les directions, augmente sensiblement la fiabilité des calculs. En outre, l'enfouissement des capteurs dans la chaussée permet de mesurer les déformations de la chaussée avec une précision accrue, notamment en ce qui concerne le déplacement des couches de la chaussée les plus profondes.
[ooio] Les modes de réalisation de l'invention peuvent présenter une ou plusieurs des caractéristiques des revendications dépendantes.
[ooii] Ces modes de réalisation présentent en outre les avantages suivants :
- l'utilisation d'un véhicule de masse M et circulant sur la chaussée à une vitesse V, permet de mettre en œuvre l'étape a) sans avoir à utiliser un déflectomètre à masse tombante. La mise en œuvre de l'étape a) est ainsi simplifiée et plus rapide car il n'est plus nécessaire de déplacer de place en place le déflectomètre.
- l'étape a) peut être mise en œuvre avec un véhicule de masse M circulant sur la chaussée à une vitesse V, où les caractéristiques M et V ne sont pas connus a priori. Cela permet de réaliser l'étape a) de façon passive, avec n'importe quel véhicule circulant naturellement sur la chaussée, plutôt qu'avec un véhicule-étalon pour lequel les caractéristiques M et V sont préalablement connus. L'étape a) et, plus généralement, le procédé de caractérisation peuvent ainsi être mis en œuvre de façon passive, sans qu'il ne soit nécessaire de fermer l'accès à la chaussée aux véhicules y circulant.
- la mesure de la vitesse V à partir des mêmes capteurs que ceux utilisés pour mesurer le déplacement lors de l'étape b) permet d'éviter d'avoir à utiliser des capteurs dédiés à la mesure de V, ce qui simplifie la mise en œuvre du procédé et en réduit le coût.
- la modélisation de la chaussée en utilisant des sous-modèles pour chacune des N couches qui la constituent permet d'affiner la précision des k paramètres mécaniques caractérisés.
- les modules d'élasticité permettent d'obtenir des informations sur l'état structurel de la chaussée.
[0012] Selon un autre aspect, l'invention concerne également un procédé de surveillance de l'apparition d'un défaut dans une chaussée conforme à la revendication 8.
[0013] Selon un autre aspect, l'invention concerne également un support d'enregistrement d'informations, comportant des instructions pour l'exécution de l'étape c) d'un procédé conforme à l'invention lorsque ces instructions sont exécutées par un calculateur électronique.
[0014] Selon un autre aspect, l'invention concerne également un dispositif de caractérisation de k paramètres mécaniques d'une chaussée conforme à la revendication 10.
[0015] Selon un autre aspect, l'invention concerne également une chaussée instrumentée conforme à la revendication 1 1.
[0016] Les modes de réalisation du dispositif de caractérisation ou la chaussée instrumentée selon l'invention peuvent présenter la caractéristique suivante : lesdits capteurs comportent des accéléromètres tri-axes.
[0017] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
- la figure 1 est une illustration schématique, selon une vue de dessus, d'une portion d'une chaussée instrumentée au moyen d'un dispositif pour caractériser des paramètres mécaniques de cette chaussée ;
- la figure 2 est une illustration schématique, selon une vue en coupe transversale, de la portion de chaussée de la figure 1 ;
- la figure 3 est une illustration schématique d'un capteur de déplacement de la chaussée de la figure 1 ;
- la figure 4 est un organigramme d'un procédé de caractérisation de paramètres mécaniques de la chaussée de la figure 1 ;
- la figure 5 est un organigramme d'un procédé de surveillance de l'apparition d'un défaut dans la chaussée de la figure 1 . [0018] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments.
[0019] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail .
[0020] La figure 1 représente une chaussée 2. Cette chaussée 2 s'étend selon des directions X et Y non parallèles entre elles et perpendiculaires à une direction Z d'empilement des couches. Dans l'exemple représenté, la direction Z est verticale. Ces directions X et Y sont ici orthogonales et définissent un plan horizontal. Les directions X, Y et Z définissent ici un repère R orthonormé, fixe par rapport à la chaussée 2.
[0021] Cette chaussée 2 s'étend ici essentiellement longitudinalement selon la direction X. La chaussée 2 est délimitée, dans la direction Y, de bas-côtés 4 et 6 par des bords latéraux respectivement 10 et 12. Cette chaussée 2 est ici rectiligne et présente une largeur W, mesurée selon la direction Y.
[0022] À titre d'illustration, le bas-côté 4 comporte une zone 14 formée d'un matériau. Le bas-côté 6 comporte deux zones 16 et 18 distinctes et immédiatement consécutives à la direction X. Chacune de ces zones 16, 18 est formée d'un matériau différent. Les zones 14, 16 et 18 sont ici chacune homogène selon toutes les directions et notamment selon la direction Z. Le couplage mécanique entre les bords latéraux 10, 12 et les zones 14, 16, 18 est présumé connu ou peut être déterminé expérimentalement ou par modélisation des bas-côtés. Ici, pour simplifier, on considère que les zones 14, 16 sont formées d'un matériau très peu déformable par rapport aux matériaux formant la chaussée 2. Par exemple, ces zones 14, 16 sont identiques et sont en béton. La zone 18 est ici un accotement en terre.
[0023] Le repère R a son origine en un point O de la surface de la chaussée, situé à équidistance des bords 10 et 12. Typiquement, l'origine du repère R est prise au centre d'une zone 19 d'étude sur laquelle est appliquée une excitation mécanique. Pour améliorer la lisibilité des figures 1 et 2, ce repère R est dessiné à côté de la chaussée 2.
[0024] La zone 19 correspond à une portion de la chaussée 2 dont on veut connaître les caractéristiques mécaniques. Dans cet exemple, cette zone 19 est une portion rectangulaire de la chaussée 2 dont la largeur dans la direction Y est supérieure à la largeur W de la chaussée et dont la longueur dans la direction X est inférieure à vingt ou cinquante mètres et, de préférence, inférieure à 10 mètres, cinq mètres et, avantageusement, inférieure à deux mètres. En outre, ici, à l'intérieur de cette zone 19, la chaussée 2 est bordée par des portions des bas-côtés 4 et 6 formées uniquement, respectivement, des zones 14 et 16. Pour simplifier, la zone 19 n'est pas dessinée à l'échelle sur la figure 1 . Dans cette description, ce qui suit s'applique notamment à cette zone d'étude 19. [0025] La figure 2 représente plus en détail cette chaussée 2. La chaussée 2 comporte une pluralité de N couches, superposées contiguëment les unes au-dessus des autres selon la direction Z, où N est un nombre entier positif non nul. Ces couches sont ici planes et parallèles entre elles. La couche située au sommet de cet empilement présente une face supérieure tournée vers l'extérieur formant une surface de roulement 20 horizontale apte à recevoir la circulation de véhicules à roues, tels que des véhicules automobiles. Ces N couches portent ici les références Ci, C2, CN, numérotées consécutivement, où CN désigne la couche la plus profonde de la chaussée. La profondeur est ici mesurée selon la direction Z par rapport à la surface de roulement 20. Dans cet exemple, le nombre N est supérieur à deux ou trois et, généralement, est inférieur à dix ou à vingt. La couche Ci est par exemple une couche de roulement en enrobé bitumineux, tandis que les couches C2 à CN sont des couches de base ou de fondation ou de liaison servant à supporter mécaniquement la couche de roulement. Dans cet exemple, la couche CN repose sur un socle constitué du même matériau que les zones 14 et 16. Par exemple, ces couches C2 à CN comportent des gravats ou un liant.
[0026] Cette chaussée 2 comporte ici un dispositif de caractérisation de ses paramètres mécaniques. La chaussée 2 est alors dite « chaussée instrumentée ».
[0027] Dans cet exemple, les paramètres mécaniques de la chaussée 2 que l'on souhaite caractériser sont les modules d'élasticité de chacune des couches Ci à CN et, plus précisément, le module de Young et le coefficient de Poisson de chacune des couches Ci à CN. On notera respectivement Ej et Vj le module de Young et le coefficient de Poisson associés à la couche C où j est un entier compris entre 1 et N.
[0028] Le dispositif de caractérisation comporte :
- des capteurs 40 de déplacement pour mesurer des déplacements de la chaussée 2, et
- une unité 30 de traitement des mesures des capteurs 40.
[0029] Pour simplifier la figure 2, la référence 40 ne pointe que sur un nombre limité d'exemplaires de ce capteur 40.
[0030] L'unité 30 comporte :
- un calculateur électronique 32 programmable ;
- un support d'enregistrement 34 d'informations ;
- une interface de communication 36 avec les capteurs.
[0031] L'interface 36 est apte à collecter les différentes mesures réalisées par les capteurs 40. Le calculateur 32 exécute des instructions enregistrées dans le support 34. Le support 34 comporte notamment des instructions pour l'exécution des procédés des figures 4 et 5.
[0032] Cette unité 30 est ici placée sur un côté de la route 2, de préférence dans la zone 19.
[0033] Chacun des capteurs 40 est apte à : - mesurer, directement ou indirectement, un déplacement dans au moins trois directions non parallèles, et
- résister mécaniquement au passage de véhicules sur une chaussée lorsqu'il est enfoui à l'intérieur de cette chaussée.
[0034] Les capteurs 40 sont situés à l'intérieur de la zone 19. Dans cet exemple, ces capteurs 40 sont enfouis dans les différentes couches de la chaussée de façon à ce que chaque couche comporte, dans la zone 19, un nombre de capteurs supérieur ou égal au nombre de paramètres mécaniques à caractériser pour cette couche. Ici, chaque couche comporte donc, à l'intérieur de la zone 19, au moins deux capteurs 40. De préférence, chaque couche comporte, à l'intérieur de la zone 19, au moins trois capteurs 40, non alignés entre eux. La position de ces capteurs 40 par rapport à la chaussée est connue ou déterminable. Des capteurs 40 sont ici répartis au sein de chaque couche le long d'au moins deux directions horizontales différentes. Ainsi les capteurs 40 ne sont pas alignés le long d'un même axe à l'intérieur de la zone 19. De préférence, les capteurs 40 sont répartis de façon à ne pas être tous concentrés en un même point de la chaussée. Ce capteur 40 comporte en outre un identifiant permettant d'identifier, de façon unique, de préférence sans contact, chaque exemplaire du capteur 40 parmi l'ensemble des capteurs 40 présents à l'intérieur de la chaussée 2.
[0035] En enfouissant les capteurs 40 à l'intérieur de la chaussée 2, la précision de la mesure du déplacement subi par la chaussée est accrue, notamment dans les couches les plus profondes, par rapport au cas où les capteurs sont placés uniquement en surface de la chaussée.
[0036] Ici, tous les capteurs 40 sont identiques. Par conséquent, seul un de ces capteurs 40 va maintenant être décrit en détail, en référence à la figure 3. Ce capteur 40 comporte ici :
- une coquille 42 à l'intérieur de laquelle sont logés tous les composants du capteur 40 ;
- un ensemble de mesure 44 ;
- une interface de communication 46 ;
- un module d'alimentation en énergie 48 ;
- un module de commande 50, raccordé, notamment, à l'ensemble 44 et à l'interface 46.
[0037] La coquille 42 est apte à résister aux étapes de fabrication de la chaussée, telles que le compactage ou le contact avec du bitume chaud pendant la réalisation de la chaussée. La coquille 42 est également apte à résister au passage de véhicules sur la chaussée, notamment au passage de véhicules lourds ou d'engins industriels (tels que des porte-containers) présentant une charge à l'essieu supérieure à deux ou cinq tonnes et inférieure ou égale à cent vingt tonnes. Cette coquille 42 présente avantageusement un volume réduit afin de ne pas dégrader les propriétés ni la forme de la chaussée lorsque le capteur 40 est enfoui à l'intérieur de la chaussée. Ce volume est par exemple inférieur ou égal à 20 cm3 ou à 10 cm3 et, de préférence, inférieur ou égal à 5 cm3 ou 2 cm3. Ce volume présente ici une forme cubique ou sphérique.
[0038] L'ensemble 44 est notamment apte à mesurer un déplacement dans au moins trois directions non parallèles. Typiquement, ces trois directions sont orthogonales entre elles. L'ensemble 44 comporte à cet effet un transducteur 60 apte à mesurer une grandeur physique représentative du déplacement local du capteur 40 dans la chaussée. Par exemple, le transducteur 60 est un accéléromètre tri-axes commercialisé par la société « STMicroelectronics » sous la référence « LSM303DLH ». Bien que l'accéléromètre ne mesure pas directement un déplacement, ce déplacement peut être calculé de façon connue à partir de l'accélération mesurée, par exemple par intégration de l'accélération mesurée par rapport au temps. Ce transducteur 60 est ici apte à mesurer un déplacement compris entre 1 μηη et 1 mm et, de préférence, compris entre 10μηη et 500μηη. Avantageusement, l'ensemble 44 comporte en outre une sonde de température 62, telle que le capteur commercialisé par la société « Colibrys » sous la référence « MS9002 ». Dans cet exemple, l'ensemble 44 comporte également un magnétomètre tri-axes 64.
[0039] La distance entre les capteurs 40 est notamment choisie en fonction de la sensibilité de chacun des transducteurs 60. En pratique, dans cet exemple, les transducteurs 60 ont une sensibilité telle que les transducteurs 60 situés au-delà de dix ou quinze mètres du point où est appliquée une excitation engendrant un déplacement ne mesurent aucun déplacement.
[0040] L'interface 46 est apte à transférer des données mesurées vers l'interface 36. Cette interface 46 comporte ici une antenne RFID, telle que l'antenne décrite dans la demande de brevet WO 201 1/157941 A1 . Cette interface 46 est avantageusement configurée pour fournir l'identifiant du capteur 40 en même temps que les mesures réalisées par l'ensemble 44.
[0041] Le module 48 alimente électriquement l'ensemble 44, l'interface 46 et le module 50. Ce module 48 comporte par exemple une batterie ou un dispositif de récupération d'énergie (« energy harvesting » en langue anglaise).
[0042] Le module 50 est ici un micro-contrôleur.
[0043] La chaussée 2 est modélisée au moyen d'un modèle prédéterminé MG, Ce modèle MG relie les déplacements locaux de cette chaussée en un point aux caractéristiques d'une excitation mécanique appliquée sur cette chaussée pour la déformer. Ce modèle MG est paramétré par des paramètres mécaniques de la chaussée dont notamment k paramètres mécaniques de la chaussée 2, correspondant ici aux modules de Young Ei à EN et aux coefficients de Poisson Vi à vN. Aussi, dans ce mode de réalisation, k est égal à 2*N. Ce modèle MG se présente ici sous la forme d'une ou de plusieurs équations différentielles (ou, plus précisément, d'équations aux dérivées partielles) faisant intervenir le temps. Le modèle relie, pour tout point I de la chaussée 2, les caractéristiques de l'excitation mécanique appliquée dans la zone 19, au déplacement de ce point I obtenu en réponse à cette excitation. Par la suite, la position du point I dans le repère R est notée X,.
[0044] Ici, l'excitation mécanique est engendrée par le passage sur la surface 20 d'un véhicule de masse M se déplaçant sur cette chaussée 2 à une vitesse V constante. La masse M et la vitesse V sont ici les caractéristiques de l'excitation mécanique.
[0045] Dans cet exemple, on modélise la chaussée 2 en modélisant le comportement individuel de chaque couche Cj par un sous-modèle Mj prédéterminé de cette couche. Ce sous-modèle Mj est par exemple le modèle décrit dans les documents « The response of a layered half-space to trafic loads moving along its surface » de H. Grundmann et al. ; Archive of Applied Mechanics, vol. 69, p. 55-67, Springer-Verlag 1999 et « Dynamic effect of moving loads on road pavements : A review » de N. Beskou et al. ; Soil Dynamics and Earthquake Engineering, vol. 31 , p. 547-567, 201 1 (section 3.2 et notamment les équations 20 à 27 de ce document). Ce sous-modèle Mj correspond à l'équation aux dérivées partielles suivante :
*Ui,jj + (λ + )*Uj,ij - p*ûi = 0
[0046] Pour l'explication des différents termes de cette équation, le lecteur est renvoyé à l'article de N. Beskou et al. Ces explications ne sont pas reprises ici. Dans ce sous-modèle Mj, la couche est ici considérée comme présentant des propriétés mécaniques homogènes et isotropes.
[0047] Ainsi, pour une couche donnée, le sous-modèle Mj relie le champ de déplacement de cette couche aux paramètres mécaniques de cette couche et aux caractéristiques de l'excitation mécanique subie par cette couche. Le champ de déplacement est ici défini comme l'ensemble des déplacements D(X, ,t) mesurés en I points X, dans la zone 19, où i=1 ,... ,l. Dans ce sous-modèle Mj, les k paramètres mécaniques sont les premier et second coefficients de Lamé Aj et μ; de chaque couche Q, et non pas les modules de Young Ej et les coefficients de Poisson Vj de chaque couche. Cependant, il existe des relations mathématiques qui relient ces premier et second coefficients de Lamé Aj et μ; au module de Young Ej et au coefficient de Poisson Vj. Ces relations sont bien connues et ne seront pas reprises ici.
[0048] Ce modèle fait intervenir, en plus des k paramètres, la densité massique pj de chaque couche. Cette densité massique pj est supposée connue. Par exemple, cette densité massique pj est mesurée expérimentalement pour chaque couche. Pour la couche Ci, l'excitation mécanique est celle appliquée sur la surface 20 par le passage du véhicule. Pour chacune des couches inférieures, l'excitation mécanique est celle transmise par la couche immédiatement supérieure. [0049] Le modèle MG est donc un système d'équations aux dérivées partielles, où chaque équation correspond à celle du sous-modèle Mj d'une couche. Par la suite, on représente schématiquement ce modèle MG par la relation suivante D(X, ,t) = f(Ei, EN ; Vi , vN ; M ; V ; Xi, t) où :
- D(Xi,t) est le déplacement instantané en un point de coordonnées X, de la chaussée 2 ;
- f est une fonction du modèle ;
- X les coordonnées du point I dans le repère R, et
- 1 la variable temps.
[0050] Généralement, à partir du système d'équations aux dérivées partielles, il n'est pas possible de trouver une expression analytique de f. Toutefois, cela n'empêche pas d'estimer les valeurs des paramètres Ei, Vi pour chaque couche comme cela est expliqué par la suite.
[0051] Des conditions aux limites sont ajoutées pour résoudre le système d'équations aux dérivées partielles de ce modèle. Ces conditions aux limites sont spécifiquement choisies en fonction de la configuration de la chaussée 2, et selon au moins les directions X et Y. Ces conditions aux limites sont ici définies en référence au champ de déplacement de chaque couche comme suit :
1 ) les champs de déplacement de deux couches contiguës sont égaux à l'interface entre ces deux couches ;
2) le champ de déplacement est nul à l'infini dans la direction X ;
3) le champ de déplacement est nul en dehors de la chaussée au-delà des bords 10 et 12 et, notamment, dans les zones 14 et 16 des bas-côtés, et
4) le champ de déplacement est nul en dessous de la couche CN.
[0052] Les conditions 3) et 4) sont ici justifiées par la nature des matériaux formant les zones 14 et 16 et le socle. En effet, pour simplifier, on considère ici que ces zones 14 et 16 ainsi que le socle sont formés d'un matériau très peu déformable comparé aux matériaux formant les couches de la chaussée 2.
[0053] En prenant en compte les conditions aux limites du déplacement selon les directions X et Y, et notamment le long des bords 10, 12 de la chaussée 2, la précision du modèle est accrue, puisque l'on tient compte de l'influence des bas-côtés sur la déformation de la chaussée 2. Jusqu'à présent, l'existence des bas-côtés était négligée car jugée sans effet important.
[0054] Un exemple d'utilisation du dispositif pour caractériser ces paramètres physiques de la chaussée 2 va maintenant être décrit, en référence à l'organigramme de la figure 4 et à l'aide des figures 1 et 2.
[0055] Lors d'une étape 100, la chaussée 2 est fournie, instrumentée au moyen du dispositif de caractérisation. Par exemple, cette chaussée 2 est instrumentée préalablement, en forant de minces canaux à l'intérieur des couches de la chaussée 2 pour y implanter les capteurs 40. La chaussée 2 comporte ainsi les capteurs 40. La position absolue de chacun de ces capteurs 40 est ici connue, par exemple, parce que l'on a pris soin de relever la position de chacun de ces capteurs 40 lors de leur implantation à l'intérieur de la chaussée 2. Par position absolue, on désigne la position par rapport au repère de référence R.
[0056] Avantageusement, lors d'une étape 102, le modèle MG est automatiquement acquis et les conditions aux limites sont définies en fonction des caractéristiques de la chaussée 2 et des bas-côtés 4 et 6. Ici, les conditions aux limites choisies sont celles précédemment décrites.
[0057] Lors d'une étape 104, la chaussée est excitée mécaniquement pour déformer cette chaussée, par exemple en appliquant une charge sur la surface 20. Ici, cette charge est appliquée en faisant circuler sur la surface 20 de la chaussée 2, à la vitesse V constante, un véhicule présentant la masse M. Par exemple, la masse M est comprise entre une demi-tonne et cent vingt tonnes à l'essieu. La vitesse V est ici comprise entre 10km/h et 150 km/h.
[0058] En parallèle, lors d'une étape 106, le déplacement de chacun des capteurs 40 est mesuré, en réponse à l'excitation appliquée à l'étape 104, par l'accéléromètre 60 de chaque capteur 40. Ici, l'étape 106 se déroule en partie simultanément avec l'étape 104.
[0059] Plus précisément, ici, on mesure le déplacement de chacun des capteurs 40. On notera D(Xi,t) le déplacement mesuré par le i-ième capteur 40 par rapport à sa position initiale dans la chaussée 2, où l'indice i identifie le capteur ayant réalisé cette mesure, et X, est la position de ce i-ème capteur dans le repère R. La position initiale d'un capteur 40 est ici la position occupée par ce capteur en l'absence d'excitation mécanique de la chaussée 2.
[0060] Dans cet exemple, l'excitation est appliquée par un véhicule se déplaçant sur la surface et non pas par une charge appliquée ponctuellement en un point précis de la chaussée. Les couches de la chaussée 2 situées à l'intérieur de la zone 19 subissent alors, au fur et à mesure du déplacement du véhicule sur la surface 20, une excitation mécanique qui les déforme et qui provoque donc un déplacement des capteurs 40. En réponse, l'accéléromètre 60 de chaque capteur 40 mesure l'accélération instantanée correspondante à intervalles réguliers pour obtenir unes suite temporelle de mesures correspondant au déplacement D(Xi ,t) de ce point Xi au cours du temps. Par enregistrements successifs au cours de l'excitation, on mesure ainsi le champ de déplacement instantané de l'ensemble des capteurs 40 dans chaque couche de la chaussée 2 en réponse à l'excitation. Ces enregistrements successifs sont par exemple réalisés à partir du début de l'excitation, avec une fréquence d'échantillonnage constante.
[0061] De plus, lors de cette étape 106 :
- la température est mesurée par chaque sonde 62, et - l'évolution au cours du temps du champ magnétique local est mesurée par chaque magnétomètre 64.
[0062] La mesure de la température T dans chaque couche permet de connaître pour quelles conditions de température chacun des k paramètres est obtenu par le procédé. En effet, les valeurs des paramètres E,, v, varient en fonction de la température.
[0063] Les données mesurées par ces capteurs sont avantageusement transmises à l'unité 30. À l'issue de cette étape 106, on dispose du champ de déplacement mesuré pour chacune des couches Ci à CN.
[0064] Dans cet exemple, la masse M et la vitesse V de ce véhicule ne sont pas connues a priori. Aussi, lors d'une étape 108, la vitesse V et la masse M sont estimées à partir des données mesurées lors de l'étape 106. La détermination de la vitesse V est ici réalisée automatiquement, suivant des méthodes connues, au moyen des données mesurées par les accéléromètres 60 lors de l'étape 106. Typiquement, les méthodes connues se basent sur la corrélation entre des signaux de déplacements mesurés à des emplacements différents par des capteurs distincts en réponse au passage du même véhicule. Par exemple, le passage du véhicule engendre un déplacement mesuré par un premier capteur. Ce déplacement est ensuite mesuré par un second capteur distant, quelques instants plus tard. Connaissant la distance séparant ces deux capteurs et le délai séparant les instants de mesure de ces déplacements, la vitesse V à laquelle circule le véhicule peut être estimée. Une telle méthode est par exemple décrite dans le document « Traffic Surveillance by Wireless Sensor Networks » de S-Y. Cheung, Department of Mechanical Engineering, University of California, Berkeley, USA, 2006.
[0065] La masse M est ici déterminée au moyen des données mesurées par les magnétomètres 64. Ces données permettent d'estimer la « masse magnétique » du véhicule circulant lors de l'étape 104. Par masse magnétique, on désigne la signature magnétique du véhicule, par exemple due à la quantité de matière métallique magnétique contenue dans ce véhicule. Ainsi, en parallèle, lors du passage du véhicule lors de l'étape 104, cette signature magnétique est enregistrée, puis comparée à une base de données de référence afin d'estimer la valeur de la masse M. Cette base de données comporte par exemple une pluralité de signatures prédéfinies associées chacune à la masse d'un véhicule correspondant. Cette base de données est par exemple obtenue préalablement par étalonnage, en faisant circuler sur la chaussée des véhicules de masse connue et en enregistrant leur signature magnétique respective.
[0066] De cette façon, l'excitation de la chaussée est réalisée par les véhicules circulant naturellement sur la chaussée 2. Le procédé peut ainsi être mis en œuvre de façon continue et passive sur une chaussée 2, sans qu'il ne soit nécessaire de fermer la chaussée 2 à la circulation ni de mobiliser un équipement spécifique pour réaliser l'étape 104. La mise en œuvre du procédé est alors grandement simplifiée.
[0067] Ensuite, lors d'une étape 110, les k paramètres physiques sont déterminés automatiquement à partir du modèle MG et des champs de déplacement mesurés. Ici, ces paramètres sont déterminés par inversion du modèle de chaussée, au moyen de méthodes numériques connues. Par exemple, on procède comme suit, par itérations successives.
[0068] Typiquement, pour cela, des valeurs initiales °Ei à °EN et °vi à °vN sont d'abord fixées pour chacun des k paramètres mécaniques
[0069] Puis, le déplacement théorique D(x,t) est calculé pour chacun des points I où se trouve un capteur 40 et à chaque instant d'échantillonnage à partir des valeurs fixées des paramètres mécaniques : D(x,t) = f(°Ei, °EN ; °vi, °vN ; M ; V ; x,t). Ce déplacement théorique est calculé par résolution des équations du modèle MG au moyen d'outils de résolution numériques tels que les méthodes aux éléments finis et en prenant en compte les conditions limites précédemment fixées. On obtient ainsi un champ de déplacement théorique associé aux valeurs initiales des paramètres mécaniques.
[0070] Ensuite, les valeurs des k paramètres mécaniques de la chaussée sont ajustés pour minimiser l'erreur entre le déplacement D(x,t) mesuré et le déplacement théorique D(x,t) calculé précédemment. Ici, cette minimisation est réalisée suivant le critère des moindres carrés, en déterminant les valeurs des k paramètres mécaniques qui minimisent la fonction suivante :
J (Ei, EN ; vi, vN ) =∑j [ D(Xj, t) - f( Ei, EN ; Vl, vN ; M ; V ; Xj, t)]2 , la sommation étant effectuée sur le nombre total de capteurs et où f(...) = D(Xj,t).
[0071] De façon connue, ces opérations sont répétées par itérations successives jusqu'à ce que l'erreur soit inférieure à une limite acceptable. Cette limite acceptable est ici inférieure à 5 % ou à 1 % et, de préférence, inférieure à 0,01 %.
[0072] À l'issue de l'étape 110, on dispose ainsi d'une valeur pour l'ensemble des k paramètres mécaniques Ei à EN et Vi à vN caractérisant la chaussée.
[0073] Un exemple d'un procédé de surveillance de l'apparition d'un défaut dans la chaussée 2 va maintenant être décrit, en référence à l'organigramme de la figure 5 et à l'aide des figures 1 à 4.
[0074] Ce procédé débute par les étapes 100 et 102 précédemment décrites.
[0075] Puis, lors d'une étape 130, des intervalles de référence sont prédéfinis pour chacun des k paramètres mécaniques de la chaussée 2 modélisés par le modèle MG. Par exemple, ces intervalles de référence définissent des plages de valeur au sein desquelles chacun des k paramètres mécaniques est considéré comme présentant une valeur normale, indiquant un état normal de la chaussée 2. Au contraire, si un des paramètres mécaniques présente une valeur située en dehors de l'intervalle correspondant, cela indique un défaut mécanique dans la chaussée. [0076] Puis, les étapes 104 à 1 10 du procédé de la figure 4 sont successivement mises en œuvre, pour caractériser ces k paramètres mécaniques.
[0077] Ensuite, lors d'une étape 132, les valeurs de k paramètres mécaniques obtenus à l'issue de l'étape 1 10 sont comparées aux intervalles de référence correspondants prédéfinis lors de l'étape 130. Si au moins un des k paramètres mécaniques présente une valeur située en dehors de l'intervalle de référence correspondant, alors la chaussée 2 est dite présenter un défaut. Une alerte est alors émise lors d'une étape 134, par exemple par l'unité 30. Au contraire, si tous les k paramètres mécaniques présentent des valeurs comprises dans leurs intervalles de référence respectifs, alors la chaussée 2 est dite ne pas présenter de défaut. L'étape 104 et les suivantes sont alors de nouveau mises en œuvre. Ici, la mise en œuvre de ces étapes est déclenchée par chaque passage d'un véhicule automobile.
[0078] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles.
[0079] En variante, la direction Z n'est pas verticale. La chaussée 2 ne s'étend pas forcément dans la direction X.
[0080] Le modèle de chaussée peut être différent. En variante, les sous-modèles Mj peuvent ne pas correspondre aux différentes couches, un même sous-modèle englobant par exemple plusieurs couches Cj contiguës. La chaussée 2 peut aussi ne pas être modélisée en faisant appel à des sous-modèles pour chacune des couches. Par exemple, la totalité des couches de la chaussée 2 est modélisée comme une poutre sur un support élastique, en utilisant le modèle décrit dans la section 3.1 de l'article de N. Beskou et al. précédemment cité.
[0081] Le nombre k de paramètres mécaniques peut être différent. Par exemple, toutes les couches ne sont pas caractérisées par le même nombre de paramètres mécaniques. C'est notamment le cas si les valeurs de certains de ces paramètres sont déjà connues de sorte qu'il n'est pas nécessaire de les estimer à nouveau.
[0082] Les couches peuvent présenter des formes différentes. Par exemple, ces couches présentent une forme bombée selon la direction Z.
[0083] Les conditions aux limites peuvent être choisies différemment. En particulier, les conditions aux limites sur les bords de la route peuvent différer en fonction de la nature des matériaux formant les bas-côtés 4 et 6.
[0084] En variante, les conditions limites des bas-côtés de la chaussée sont prises en compte selon seulement une seule des directions X ou Y, à condition que cette direction ne coïncide pas avec la direction dans laquelle s'étend la chaussée 2, c'est- à-dire qu'il existe au moins un point d'intersection entre cette direction et l'un des bords latéraux de la chaussée 2. De cette manière, la précision et la fiabilité de la détermination des caractéristiques mécaniques de la chaussée, bien que moins précises par rapport au cas où les conditions aux limites sont prises en compte selon les directions X et Y, sont néanmoins améliorées, tout en facilitant la mise en œuvre de la détermination. [0085] La zone 19 peut être définie différemment et peut notamment présenter une forme différente. Par exemple, les bas-côtés englobés par la zone 19 comportent les zones 14, 16 et aussi la zone 18. Dans ce cas, les conditions aux limites du modèle sont adaptées en conséquence, notamment si la zone 18 présente une nature différente de celle des zones 14 et 16. Par exemple, cette zone 18 est un accotement en terre.
[0086] Par exemple, la zone 19 se déplace le long de la chaussée 2 au fur et à mesure que le véhicule appliquant l'excitation mécanique se déplace sur la surface 20.
[0087] En variante, la couche CN ne repose pas sur un socle, mais forme elle-même un socle sur lequel reposent les autres couches. Cette couche CN présente alors par exemple une épaisseur au moins dix fois ou cent fois supérieure à l'épaisseur des autres couches, de telle sorte que cette couche CN est modélisable par une couche semi-infinie s'étendant indéfiniment selon la direction Z dans un sens opposé à celui de la surface 20. Ici, l'épaisseur d'une couche est présumée homogène et est mesurée selon la direction Z. Dans ce cas, les conditions aux limites dans la direction Z pour cette couche CN sont modifiées en conséquence, par exemple en imposant une valeur de déplacement nulle à l'infini selon Z.
[0088] En variante, l'unité 30 est embarquée dans un véhicule circulant sur ou à proximité de la chaussée 2. Par exemple, ce véhicule est le même que celui qui provoque l'excitation lors de l'étape 106. L'unité 30 peut également être placée dans un lieu distant de la zone 19 et de la chaussée 2, par exemple dans un site unique centralisant la surveillance de plusieurs chaussées identiques à la chaussée 2. Un collecteur est alors placé dans la zone 19 afin de collecter les données émises par les capteurs 40 et pour relayer ces données vers l'unité 30.
[0089] En variante, les capteurs 40 ne sont pas enfouis. Un ou plusieurs des capteurs 40 peuvent aussi être à cheval entre deux couches.
[0090] Le capteur 40 peut être différent. En particulier, l'ensemble 44 peut être différent. Par exemple, le transducteur 60 est remplacé par un capteur acoustique, apte à mesurer un champ de pression dans la couche. Ce capteur acoustique est par exemple un microphone à électret ou à céramique titano-zirconate de plomb (PZT). Le transducteur 60 peut aussi être remplacé par un géophone.
[0091] Dans le cas où l'élément 44 ne comporte pas d'accéléromètre, alors la mesure de la vitesse V lors de l'étape 106 est mise en œuvre de façon différente, par exemple suivant la façon décrite dans le document « Acoustic Sensor Network for Vehicle Traffic Monitoring » de B. Barbagli et al ; VEHICULAR 2012 : The First International Conférence on Advances in Vehicular Systems, Technology and Applications, 2012.
[0092] La position des capteurs 40 dans la chaussée 2 n'est pas forcément connue. II en va de même pour leurs directions de mesure. En effet, ces capteurs peuvent avoir été disposés aléatoirement dans la chaussée 2, par exemple au moment de la construction de cette chaussée 2. Dans ce cas, l'étape 100 comporte une opération préalable de repérage de ces capteurs. Par exemple, une excitation prédéfinie est appliquée sur la chaussée et la réponse de chacun des capteurs est mesurée, pour déterminer leurs directions de mesure. Simultanément, la position de ces capteurs est identifiée à l'aide de l'identifiant et par triangulation lors de la réception des signaux émis par chaque capteur 40. Dans un autre exemple, l'estimation des directions de mesure des capteurs est effectuée au moyen d'une méthode connue en soi d'estimation d'attitude statique, à partir des données mesurées par l'accéléromètre tri- axes et le magnétomètre tri-axes.
[0093] Des capteurs 40 peuvent être présents dans la chaussée 2 en dehors de la zone 19. Par exemple, des capteurs 40 sont placés sur toute la longueur de la chaussée 2. Du fait de la sensibilité limitée des capteurs, on considère cependant que les capteurs situés en dehors de la zone 19 ne mesurent qu'un déplacement nul.
[0094] Les capteurs 40 peuvent ne pas être placés dans toutes les couches C i à CN. Par exemple, les capteurs 40 sont tous placés à l'intérieur de la couche CN.
[0095] L'interface 46 peut comporter une antenne s'étendant à l'extérieur de la coquille 42, ou encore sur une face extérieure de cette coquille 42. En variante, l'interface 46 comporte une liaison filaire reliée à l'interface 36.
[0096] Le module 48 peut être différent. Ce module 48 peut comporter un système d'alimentation avec ou sans fil permettant son rechargement par une source d'énergie extérieure à la chaussée 2.
[0097] La sonde de température 62 peut être différente. Par exemple, cette sonde 62 est une sonde à platine, telle qu'une sonde PT100. La sonde 62 peut aussi être omise si on choisit de ne pas mesurer la température.
[0098] Le champ de déplacement peut être mesuré différemment. Par exemple, on enregistre le déplacement d'un des capteurs suivant le début de l'excitation. L'instant ÎMAX OÙ ce déplacement atteint sa valeur maximale est relevé. Ensuite, seuls les déplacements D(Xi, ÎMAX) sont pris en compte pour déterminer les k paramètres mécaniques. Ainsi, la dépendance en temps peut être omise, ce qui simplifie la caractérisation des k paramètres mécaniques.
[0099] Lors de l'étape 104, plusieurs véhicules peuvent circuler simultanément sur la chaussée 2. L'étape 108 comporte alors une opération de traitement des données mesurées lors de l'étape 106 pour séparer les contributions de chacun de ces véhicules, suivant des méthodes de séparation de sources connues dans le domaine des capteurs pour la gestion du trafic urbain.
[00100] En variante, la valeur de la vitesse V est mesurée avec des capteurs additionnels distincts des éléments 44 utilisés pour mesurer les déplacements. Ces capteurs additionnels peuvent être localisés dans la chaussée 2 à l'extérieur des capteurs 40 ou à l'extérieur de la chaussée 2. [00101 ] La masse M peut être mesurée différemment, par exemple au moyen des accéléromètres 60 selon des techniques connues, comme celle décrite dans le document « Vehicle weight estimâtes using a buried three-axis seismometer » de J. LeMond et al. ; Part of the SPIE Conférence on Sensors, C31 , Information and Training Technologies for Law Enforcement, Boston, Massachusetts, SPIE Vol. 3577, Novembre 1998. Dans ce cas, le nombre de capteurs 40 à l'intérieur de chaque couche peut être supérieur à celui décrit. Le magnétomètre 64 peut alors être omis. [00102] Les valeurs des caractéristiques M et V peuvent être déjà connues, par exemple lorsque l'étape 104 est mise en œuvre au moyen d'un véhicule-étalon. Dans ce cas, l'étape 108 et le magnétomètre 64 sont omis.
[00103] L'étape 104 peut être mise en œuvre au moyen d'un déflectomètre à masse tombante. Dans ce cas, les caractéristiques M et V équivalentes sont définis pour le modèle, en fonction des paramètres de réglage du déflectomètre. L'homme du métier sait en effet qu'il existe une correspondance empirique entre les caractéristiques M, V et les paramètres de réglage du déflectomètre. Par exemple, on peut construire un modèle qui accepte les caractéristiques de la charge tombante. Dans ce cas, l'étape 106 est omise.
[00104] D'autres modules d'élasticité peuvent être utilisés, comme les coefficients de Lamé. Dans ce cas, le modèle est adapté en conséquence. L'homme du métier sait qu'il existe des relations reliant mutuellement ces différents modules d'élasticité.
[00105] D'autres méthodes d'inversion peuvent être utilisées lors de l'étape 1 10 pour inverser le modèle de chaussée.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de caractérisation de k paramètres mécaniques d'une chaussée (2), cette chaussée étant formée par un empilement dans une direction Z de N couches (Ci, C2, CN) et délimitée par des bords latéraux (10, 12), où k et N sont des nombres entiers non nuls, ce procédé comportant :
a) l'application (104) d'une charge sur la chaussée pour la déformer,
b) en réponse, la mesure (106) de la déformation de la chaussée en différents points à l'aide de capteurs de déplacement situés en chacun de ces points,
c) la détermination (110) des k paramètres mécaniques à partir des mesures des différents capteurs et d'un modèle prédéterminé reliant les déplacements mesurés par chaque capteur aux caractéristiques de la charge appliquée lors de l'étape a), ce modèle étant paramétré par la position connue des différents capteurs par rapport à la chaussée et par les k paramètres mécaniques à caractériser,
caractérisé en ce que :
- lors de l'étape b), la mesure est réalisée par au moins k capteurs (40) enfouis à l'intérieur de la chaussée et répartis dans au moins deux directions X et Y non- parallèles perpendiculaires à la direction Z, et
- lors de l'étape c), la détermination des k paramètres est également obtenue à partir des conditions limites connues sur les bords latéraux de la chaussée.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la déformation (104) de la chaussée lors de l'étape a) comporte le déplacement sur la chaussée d'un véhicule automobile de masse M à une vitesse V constante et le modèle utilisé lors de l'étape c) est également paramétré par cette vitesse V et cette mesure M pour caractériser la charge appliquée lors de l'étape a).
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'étape a) comporte la mesure (106) de la masse M et de la vitesse de déplacement V du véhicule se déplaçant sur la chaussée.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la mesure (106) de la vitesse de déplacement V est réalisée à partir des mêmes capteurs que ceux utilisés lors de l'étape b).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
- N est supérieur ou égal à deux ; - lors de l'étape b), le nombre de capteurs (40) utilisés enfouis à l'intérieur de chaque couche est supérieur ou égal au nombre de paramètres mécaniques de cette couche à déterminer lors de l'étape c).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, lors de l'étape c) (110) le modèle comporte, pour chacune des N couches, un sous- modèle prédéterminé du comportement mécanique de cette couche, reliant les déplacements mesurés à l'intérieur de cette couche aux excitations mécaniques subies par cette couche à ses interfaces avec les autres couches qui lui sont adjacentes.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les k paramètres mécaniques sont des modules d'élasticité.
8. Procédé de surveillance de l'apparition d'un défaut dans une chaussée, caractérisé en ce qu'il comporte :
- la mise en œuvre d'un procédé de caractérisation de k paramètres mécaniques de la chaussée, conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7 ;
- la comparaison automatique (132) de chacun des k paramètres mécaniques caractérisés à un intervalle de référence prédéfini pour ce paramètre, la chaussée étant considérée comme présentant un défaut uniquement si au moins un des k paramètres mécaniques caractérisés n'appartient pas à l'intervalle de référence prédéfini correspondant.
9. Support d'enregistrement d'informations (34), caractérisé en ce qu'il comporte des instructions pour l'exécution de l'étape c) d'un procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7 lorsque ces instructions sont exécutées par un calculateur électronique.
10. Dispositif de caractérisation de k paramètres mécaniques d'une chaussée, caractérisé en ce que ce dispositif comporte :
- une pluralité de capteurs (40), chacun apte à mesurer un déplacement et à transmettre le résultat de cette mesure à un calculateur électronique, ces capteurs étant en outre aptes à résister au passage de véhicules lorsqu'ils sont enfouis dans une chaussée ;
- un calculateur électronique (32), programmé pour exécuter l'étape c) de l'une quelconque des revendications 1 à 7 à l'aide des mesures transmises par ladite pluralité de capteurs.
1 1 . Chaussée (2) instrumentée caractérisée en ce qu'elle comporte :
- N couches (Ci, C2, CN) empilées dans une direction Z, où N est un nombre entier non nul ;
- un dispositif de caractérisation de k paramètres mécaniques de la chaussée, conforme au dispositif de la revendication 10, lesdits capteurs (40) étant enfouis à l'intérieur de la chaussée.
12. Dispositif selon la revendication 10 ou chaussée selon la revendication 1 1 , dans lequel lesdits capteurs comportent des accéléromètres tri-axes (60).
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