GuideTechnique LCPC SUIVIDIM

GT RGI.
qxd 09/12/2009 10:36 Page 1
techniques et méthodes
des laboratoires des ponts et chaussées
Méthodes de suivi dimensionnel et de suivi de la fissuration des structures

Le présent guide technique est un recueil de cinq méthodes de mesures utilisées pour effectuer le
suivi des déformations locales ou globales des structures, le suivi de leur déformée ou de leur
fissuration : la mesure de l'ouverture de fissures par macrophotographie numérique, la mesure de
déformation à l'aide de l'extensomètre type LCPC de base 400 mm, le suivi dimensionnel à l'aide du
distancemètre orientable à fil d'invar, le suivi dimensionnel par distancemétrie infrarouge et le suivi
dimensionnel par planimétrie laser.
Ces méthodes présentent un grand intérêt pour le diagnostic et la surveillance métrologique des
ouvrages et de façon plus générale pour le contrôle de santé des ouvrages. Elles ont un vaste
champ possible d'applications dans le domaine des ouvrages d'art (ponts, tunnels, ouvrages de
soutènement des terres) et plus largement dans le domaine des structures de génie civil et des
grands bâtiments. Elles sont particulièrement utilisées pour le suivi des structures en béton atteintes
de réaction de gonflement interne, en accord avec la méthodologie de gestion décrite dans le guide
technique d'aide à la gestion des ouvrages atteints de réaction de gonflement interne du béton publié
par le LCPC en 2003.
This technical guide is a collection of five methods of measurement used to monitor local or global
strains in structures, as well as their deformation or cracking: the measure of the crack width by
digital macrophotography, the measurement of local deformations using the LCPC extensometer of
base 400 mm, the monitoring of global deformation using an invar wire-distancemeter, the monitoring Guide technique
of global deformation by infrared distancemeter and the dimensional monitoring by laser planimetry.
These methods are of great interest for diagnosis and metrological monitoring of structures and more
generally for their health monitoring. They have a wide range of possible applications in the field of
transportation structures (bridges, tunnels, earth retaining structures) and more widely in the field of Méthodes de suivi dimensionnel
et de suivi de la fissuration
civil engineering structures and major buildings. They are particularly used for monitoring concrete
structures affected by internal swelling reaction, in agreement with the management methodology
described in the technical guide for aiding to management of structures affected by internal swelling
des structures
reaction of concrete published by the LCPC in 2003.
Avec application aux structures atteintes de

réaction de gonflement interne du béton
ISSN 1151-1516
Réf : SUIVIDIM
Prix : 35 Euros HT
Conformément à la note du 04/07/2014 de la direction générale de l'Ifsttar précisant la politique de
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d'essai
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de l'Aménagement et des Transports
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Méthodes de suivi dimensionnel
des structures
Avec application aux structures
atteintes de réaction de gonflement
interne du béton
Guide technique
Décembre 2009
Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

58, bd Lefebvre, F 75732 Paris Cedex 15
Ce guide technique a été élaboré par :
h M. Pascal Fasseu (CETE Nord-Picardie),
h M. Marc Michel (CETE Nord-Picardie),
h M. Fabien Renaudin (CETE de l’Est),
sous la direction de M. Bruno Godart (LCPC).
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Prix : 35 € HT
En couverture : Mise en œuvre du distancemètre à fil d’invar sur un pont en maçonnerie.
Ce document est propriété du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées et ne peut être reproduit,
même partiellement, sans l’autorisation de son directeur général (ou de ses représentants autorisés).
© 2009 - LCPC
ISSN 1151-1516
ISBN 978-2-7208-2549-2
N° DOI/Crossref 10.3829/gt-gtsuividim-fr
Sommaire
Présentation par M. Bruno Godart ....................................................................................................... 7
MÉTHODE 1 - La mesure de l’ouverture de fissures par macrophotographie

numérique .............................................................................................................................................................. 9
1. Objet - Domaine d’application ...........................................................................................................................9
2. Références bibliographiques .............................................................................................................................9
3. Principe .............................................................................................................................................................9
4. Matériel et fournitures .......................................................................................................................................9
5. Mode opératoire ..............................................................................................................................................10
6. Contrôles et incertitudes .................................................................................................................................10
7. Résultats et interprétation ...............................................................................................................................11
Contacts ..........................................................................................................................................................11
Annexe 1 - Matériel et exemple d‛application ...........................................................................12
MÉTHODE 2 - La mesure de déformation à l’aide de l’extensomètre

type LCPC de base 400 mm ................................................................................................................... 15
1. Objet - Domaine d’application .........................................................................................................................15
2. Références bibliographiques ...........................................................................................................................15
3. Principe ...........................................................................................................................................................16
4. Matériel et fournitures .....................................................................................................................................16
5. Mode opératoire ..............................................................................................................................................17
5.1. Préparation des bases en laboratoire .............................................................................................18
5.2. Scellement des bases sur le béton .................................................................................................18
5.3. Réalisation des mesures sur les bases ...........................................................................................18
6. Contrôles et incertitudes .................................................................................................................................19
7. Résultats et interprétation ...............................................................................................................................20
7.1. Présentation des résultats ...............................................................................................................20
7.2. Interprétation ...................................................................................................................................20
Contacts ..........................................................................................................................................................21
Annexe 1 - Tableau de relevé de mesures type .......................................................................22
Annexe 2 - Photos de l‛extensomètre et de ses accessoires.............................................23
Annexe 3 - Utilisation de l‛extensomètre type LCPC base 400 mm
dans le cadre du suivi d‛un ouvrage atteint de réactions de gonflement interne .....25
4
MÉTHODE 3 - Suivi dimensionnel d’une structure à l’aide du distancemètre
orientable à fil d’invar D01 ...................................................................................................................... 27
3. Principe ...........................................................................................................................................................27
4.1. Lot de mesure de distancemètre type D01 .....................................................................................28
4.2. Appareils de mesure de la température ..........................................................................................28
4.3. Fournitures ......................................................................................................................................28
5. Contrôles du matériel et incertitude ................................................................................................................28
6. Modes opératoires et interprétations ...............................................................................................................29
6.1. Suivi de la géométrie d’une section .................................................................................................29
6.2. Suivi de l’écartement des naissances d’une voûte ..........................................................................31
6.3. Suivi de gonflement de structures en béton in situ ..........................................................................32
7. Présentation des résultats ...............................................................................................................................33
Contacts ..........................................................................................................................................................33
Annexe 1 - Photos du distancemètre et de ses accessoires ..............................................34
Annexe 2 - Tableau de relevé de mesures type .......................................................................36
Annexe 3 - Exemple de suivi de la géométrie d‛une section...............................................37
Annexe 4 - Exemple d‛instrumentation pour le suivi de la distance
entre naissances d‛une voûte................................................................................................................38
Annexe 5 - Exemple d‛instrumentation d‛un mur présentant des symptômes
de gonflement interne ..............................................................................................................................39
MÉTHODE 4 - Le suivi dimensionnel de structure par distancemétrie

infrarouge ............................................................................................................................................................ 41
3. Principe ...........................................................................................................................................................41
5. Mode opératoire ..............................................................................................................................................42
5.1. Implantation des bases et pose des supports des dispositifs de mesure .......................................42
5.2. Implantation des sondes thermo-hygrométriques internes .............................................................43
5.3. Réglages du dispositif .....................................................................................................................43
5.4. Mesures ...........................................................................................................................................43
6. Incertitude .......................................................................................................................................................43
7. Exploitation des mesures ................................................................................................................................43
8. Exemple d’utilisation de la méthode ................................................................................................................44
Contacts ..........................................................................................................................................................45
Annexe 1 - Photos du distancemètre et de ses accessoires ..............................................46
Annexe 2 - Feuille de saisie des mesures ....................................................................................48
Annexe 3 - Exemple d‛utilisation de la méthode.......................................................................49
5
MÉTHODE 5 - Le suivi dimensionnel de structure par planimétrie laser ............. 51
3. Principe ...........................................................................................................................................................51
5. Mode opératoire ..............................................................................................................................................52
5.1. Implantation des bases et pose des supports des dispositifs de mesure .......................................52
5.2. Mesures ...........................................................................................................................................52
6. Incertitude .......................................................................................................................................................53
7. Exploitation des mesures ................................................................................................................................53
8. Exemples d’utilisation de la méthode ..............................................................................................................53
Contacts ..........................................................................................................................................................54
Annexe 1 - Photos et figures du distancemètre et de ses accessoires .......................55
Annexe 2 - Exemples d‛utilisation de la planimétrie ...............................................................58
Présentation
Le présent document est un recueil de cinq méthodes de mesures utilisées pour effectuer le suivi
des déformations locales ou globales des structures, le suivi de leur déformée ou de leur fissuration.
Celles-ci sont :
h la mesure de l’ouverture de fissures par macrophotographie numérique,
h la mesure de déformation à l’aide de l’extensomètre type LCPC de base 400 mm,
h le suivi dimensionnel à l’aide du distancemètre orientable à fil d’invar,
h le suivi dimensionnel par distancemétrie infrarouge,
h le suivi dimensionnel par planimétrie laser.
Ces méthodes viennent utilement compléter la méthode d’essai LPC n°47 intitulée « Détermination
de l’indice de fissuration d’un parement en béton », dont notre retour d’expérience ne justifie pas
qu’elle soit modifiée. Tout au plus peut-on noter que dans cette méthode, le processus de calcul de
l’indice de fissuration est bien adapté à des ouvrages qui présentent une fissuration relativement
répartie, et que lorsque l’on est confronté à une fissuration fortement orientée (comme dans certains
cas de structures en béton précontraint ou de poteaux bien chargés), il convient de calculer l’indice
de fissuration selon l’axe perpendiculaire à l’axe d’orientation des fissures.
Il convient de noter que certains appareils utilisés pour l’application de ces méthodes, comme
l’extensomètre type LCPC de base 400 mm et le distancemètre orientable à fil d’invar D01, existent
depuis fort longtemps puisque le premier à été mis au point il y a une trentaine d’années pour suivre
les déformations différées des ponts sous l’action du retrait et du fluage, et que le second a été mis
au point par l’unité de Mécanique des Roches du LRPC de Lyon, il y aussi une bonne trentaine
d’années, pour suivre les déformations des massifs rocheux et des sols.
L’ensemble de ces méthodes ont donc un vaste champ possible d’application qui vont de
la surveillance de la convergence des tunnels au suivi de la déplanation de grands murs de
soutènement des terres, en passant par la surveillance de l’écartement des culées d’un pont en arc.
Ce qui est novateur dans le présent document, c’est leur application à la surveillance et au diagnostic
de l’état des structures en béton atteintes de réaction de gonflement interne, que cette dernière soit
occasionnée par l’alcali-réaction, la réaction sulfatique interne, la formation de thaumasite ou le gel
interne des bétons.
En outre, ces méthodes sont en adéquation avec la méthodologie de gestion décrite dans le guide
technique d’aide à la gestion des ouvrages atteints de réaction de gonflement interne du béton
publié par le LCPC en 2003* qui s’appuie fortement sur le suivi in-situ du gonflement des structures
et de leur fissuration, et donc sur les mesures d’indice de fissuration, sur les mesures de distances
globales (distancemétrie) et sur les ouvertures de fissures.
Enfin, il est apparu opportun de faire apparaître, pour chacune des méthodes décrites, les
coordonnées des interlocuteurs susceptibles de renseigner efficacement les personnes intéressées
(futurs utilisateurs de ces méthodes, laboratoires souhaitant s’équiper, gestionnaires d’ouvrages
d’art, etc.)
Bruno GODART
Directeur technique des Ouvrages d’Art
* LCPC, Aide à la gestion des ouvrages attetints de réaction de gonflement interne du béton, Guide technique, 66 p. Novembre 2003.
Méthode 1
La mesure de l’ouverture de fissures
par macrophotographie numérique
1. OBJET - DOMAINE D’APPLICATION

L’objet de la méthode est de relever avec précision, fiabilité et répétabilité l’ouverture de fissures
présentes sur un parement d’un ouvrage en béton.
L’application de cette méthode s’inscrit dans les activités d’inspections ou d’expertises d’ouvrages en
béton en particulier lorsque ceux-ci présentent des anomalies de comportement ou de fonctionnement
et qu’un relevé précis de la fissuration et de son évolution dans le temps est nécessaire. Elle constitue
également une amélioration de la méthode de détermination de l’indice de fissuration [1].
L’emploi d’un appareil photographique par rapport à la mesure directe à l’œil présente de nombreux
avantages comme la commodité et la rapidité de l’opération de mesure notamment lorsque
l’accessibilité est réduite et/où l’éclairage insuffisant, la meilleure précision grâce aux possibilités
de traitement numérique ultérieur des images et une meilleure traçabilité par l’archivage des
photographies qui facilite la surveillance de l’évolution de la fissuration.
2. RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
[1] Détermination de l’indice de fissuration d’un parement de béton, Techniques et méthodes des LPC,
Méthode d’essai LPC 47, octobre 1997, 16 pages.
3. PRINCIPE
Il consiste à positionner sur une fissure une loupe micrométrique montée sur l’objectif d’un appareil
photographique numérique, de prendre une photographie et d’effectuer un traitement numérique
de celle-ci afin de déterminer avec le maximum de précision l’ouverture de la fissure.
4. MATÉRIEL ET FOURNITURES
Le matériel se compose de (Fig. 1 en annexe) :
h Un appareil photographique réflex numérique présentant au moins les caractéristiques
suivantes :
- Capteur d’au moins 4 millions de pixels (cette caractéristique est sujette à l’évolution des
performances des appareils photographiques, et il est évident que l’augmentation du nombre
de pixels améliore la précision de la mesure) ;
CHAPITRE 1 La mesure de l’ouverture de fissures par macrophotographie numérique
10
- Zoom optique 3× (téléobjectif de focale minimale 150 mm en équivalent appareil argentique
24 × 36) ;
- Mise au point automatique et manuelle (cette dernière est préférable) ;
- Écran de visualisation à cristaux liquides ;
- Possibilité d’adaptation d’une bague sur l’objectif ;
h Une loupe micrométrique de grossissement 10 × équipée d’un réticule gradué de 0 à 20 mm avec
un pas de 0,1 mm ;
h Une bague d’adaptation permettant d’assujettir la loupe sur l’objectif de l’appareil.
5. MODE OPÉRATOIRE
En vue d’une éventuelle répétition des relevés dans le temps et pour assurer un suivi de l’ouverture
de la fissure, on repère sur l’ouvrage l’emplacement de la mesure par un tracé à la peinture (par
exemple un cercle au diamètre de la loupe tracé à cheval sur la fissure + axe d’orientation + numéro
d’identification).
La loupe est fixée sur l’appareil photo au moyen de la bague d’adaptation, puis l’appareil est réglé
en mode automatique (mise au point, ouverture et temps de pose). Dans tous les cas le flash est
enclenché en mode forcé afin d’éviter un flou de bougé et en puissance maximale (pour cela, au
besoin, le capteur de la cellule du flash peut être provisoirement obturé par un adhésif noir). Le
zoom optique est placé en position téléobjectif.
La loupe est placée au contact de la surface à cheval sur la fissure (Fig. 2 en annexe). L’appareil est
orienté selon le repère tracé au préalable. La visée est contrôlée sur l’écran à cristaux liquides puis la
prise de vue est déclenchée. Un enregistrement des clichés pris en corrélation avec la dénomination ou
la numérotation des emplacements est effectué ; si l’appareil dispose d’une fonction enregistrement
sonore, le numéro du point peut être dicté.
Une vérification de la qualité de la prise de vue est opérée sur l’écran puis les relevés peuvent
continuer sur les points suivants.
Une prise de vue plus générale de la zone étudiée est également souhaitable.
6. CONTRÔLES ET INCERTITUDES
La résolution théorique de la mesure résulte directement de celle du capteur de l’appareil, du facteur
de grossissement de l’ensemble optique objectif + loupe, et de la qualité de l’optique.
Par exemple, avec une loupe de grossissement 10× montée sur un objectif de 210 mm de focale
(équivalent à 150 mm pour un format 24 × 36), le champ de prise de vue a une largeur de 10 mm.
Avec un capteur de 2240 × 1680 pixels (4 Mégapixels), un pixel représente donc 4,5 μm.
Dans la pratique la résolution effective est un peu inférieure à celle-ci en raison des pertes de netteté
dans l’optique et de défaut de mise au point. Dans ces conditions on estime que la résolution descend
à 2 ou 3 pixels soit 9 à 14 μm (Fig. 3 en annexe).
L’aspect irrégulier des lèvres d’une fissure qui peuvent être ébréchées ou garnies de calcite et de
salissures constitue également une autre source d’imprécision mais surtout sur la mesure absolue
d’ouverture car les variations relatives peuvent s’appuyer sur d’autres repères que les lèvres de la
fissure comme par exemple la texture de la surface du béton (mesure de la distance entre deux
détails tels que cavités, bulles, etc.).
Enfin une erreur peut être commise si l’on néglige le choix du positionnement et de l’orientation de la
mesure notamment lorsque l’ouverture de la fissure se fait suivant une direction non perpendiculaire
à son orientation principale (cisaillement). Ce type de déplacement est ainsi aisé à déterminer ce qui
peut constituer une information très utile pour certaines investigations.
En raison de la faible profondeur de champ du dispositif, un rejet des lèvres des fissures altère la
précision de mesure et peut rendre la méthode inopérante s’il est trop important.
11
Pour autant, la précision obtenue avec cette technique est élevée et reste largement supérieure au
relevé visuel direct. L’intérêt majeur offert par cette méthode est la répétabilité de la mesure qui
autorise un suivi précis dans le temps de l’ouverture d’une fissure et ceci sans qu’il soit nécessaire
d’équiper l’ouvrage de dispositifs spécifiques complexes et fragiles. En effet, en repérant par traçage
indélébile le point de mesure, les photos successives seront toujours positionnées au même endroit.
Dès lors les relevés de la largeur sur les images pourront se faire dans des conditions toujours
rigoureusement identiques. C’est ainsi que ce repérage permettra de diminuer fortement les erreurs
et imprécisions de lecture et d’interprétation qui pourraient résulter de prises de vue effectuées par
des opérateurs différents.
7. RÉSULTATS ET INTERPRÉTATION
Les fichiers des clichés sont transférés dans un micro-ordinateur puis visualisés au moyen d’un
logiciel de traitement d’image standard. Au besoin, une amélioration du contraste et de la netteté
peut être appliquée. La détermination peut ensuite se faire soit directement sur l’écran de l’ordinateur
soit sur un tirage papier après agrandissement de la zone de mesure.
Dans un premier temps, on détermine le facteur de grossissement de l’image agrandie examinée.
Ceci peut se faire avec précision au moyen de la vue du réticule gradué. Par exemple si l’on relève
192 mm à l’écran ou sur le papier pour 4 mm réel sur le réticule, le facteur de grossissement est de
192 mm/4 mm = 48.
Dans un second temps, on effectue une ou plusieurs mesures de largeur apparente de la fissure et
l’on divise ces valeurs par le facteur de grossissement pour obtenir les valeurs réelles de la largeur
de la fissure.
D’autres moyens de dépouillement sont également envisageables comme le comptage de pixels, la
comparaison avec des figures de dimension connue ou un traitement numérique de l’image.
Les figures 3, 4 et 5 de l’annexe 1 montrent des exemples de mesure.
Contacts
P. FASSEU - 03 20 48 49 53 - pascal.fasseu@developpement-durable.gouv.fr
LRPC de Lille – Groupe Bétons Ouvrages d’Art
Fax : 03.20.50.55.09
B. GODART - 01.40.43.53.32 - bruno.godart@lcpc.fr

LCPC PARIS – Direction Technique Ouvrages d’Art
Fax : 01.40.43.65.20
CHAPITRE 1 La mesure de l’ouverture de fissures par macrophotographie numérique
12
Matériel et exemples d’application
Annexe 1
Figure 1 - Ensemble du matériel.
Figure 2 - Dispositif en position de mesure.

13
Matériel et exemple d’application
Annexe 1
Figure 3 - Mesure d’une fissure par comptage de pixels.
Figure 4 - Exemple d’une fissure aux lèvres irrégulières.
Figure 5 - Suivi dans le temps de l’ouverture d’une fissure.

15
Méthode 2
La mesure de déformation
à l’aide de l’extensomètre type LCPC
de base 400 mm
1. OBJET – DOMAINE D’APPLICATION

Le présent mode opératoire a pour objet de décrire la mise en œuvre de l’extensomètre type LCPC
de base 400 mm sur des éléments de structure en béton.
Les moyens de mesures d’extensométrie sont très nombreux (jauges à fil résistant, capteurs de
déplacement, extensomètres à bille, comparateurs, etc.) et permettent de répondre à la plupart des
problèmes rencontrés sur les ouvrages, moyennant parfois quelques adaptations (utilisation de
poulies, de fil invar, etc.).
L’intérêt de l’extensomètre type LCPC de base 400 mm est de permettre de suivre les déformations
en surface d’un élément en béton sur une base de mesure plus longue que celle des extensomètres
courants, avec une très bonne précision et de façon durable. C’est ainsi que certains ouvrages sont
suivis depuis plus de vingt ans avec ce type de capteur, grâce à un recalage des mesures par rapport
à une base étalon en silice conservée en laboratoire ou sur chantier.
Cet extensomètre, qui peut être utilisé lors de l’auscultation ponctuelle d’un ouvrage (par exemple
lors d’essais de chargement), constitue surtout un très bon moyen de surveillance. Il est en effet plus
particulièrement adapté au suivi périodique des déformations d’un élément de structure sous l’effet
de phénomènes permanents ou lentement variables :
h déformations de retrait, de fluage,
h déformations sous variations d’un effort de précontrainte,
h déformations de gonflements internes du béton.
Il est à noter que son utilisation peut être intéressante pour reconstituer un diagramme de type
« Navier de déformations »* depuis l’intérieur d’un pont caisson sous l’effet d’un chargement donné
ou pour suivre périodiquement les ouvertures de joints entre voussoirs d’un pont-caisson (dans ce
cas, on utilise l’extensomètre pour faire de la fissurométrie).
Il existe également un extensomètre type LCPC de base 200 mm dont les principes d’utilisation sont
identiques à ceux de l’extensomètre de base 400 mm décrit dans le présent mode opératoire.
Diruy M., Étude expérimentale des phénomènes différés dans les ouvrages en béton précontraint,
Bulletin de liaison des LPC, 85, pp. 77-96, sept.-oct. 1976.
Notice d’utilisation du conditionneur Militron 1234 IC avec palpeur inductif N° 1303 de type
Feinprüf.
* Un Navier de déformations consiste à vérifier la linéarité des déformations suivant la hauteur d’une section.
CHAPITRE 2 La mesure de déformation à l’aide de l’extensomètre type LCPC de base 400 mm
16
Plans de l’extensomètre et de ses accessoires
Plans LCPC n° Désignation

B 530 100 Extensomètre à palpeur électronique Base 400 mm
B 530 200 Barreau réglable Base 400 mm
B 530 301 Corps de mannequin Base 400 mm
B 530 401 Base
B 530 500 Barreau de référence
B 530 610 Gabarit de perçage
3. PRINCIPE
Le principe de la méthode consiste à mettre en place à la surface d’un élément en béton, une paire
de bases espacées de 400 mm puis à venir positionner sur ces bases un bâti en acier invar muni d’un
capteur de déplacement.
Le bâti possède un appui fixe et un appui mobile. Le mouvement de cet appui est directement
transmis au capteur.
Il s’agit ensuite de repositionner à intervalles réguliers l’extensomètre sur les bases pour suivre les
variations de déformation à la surface de la pièce instrumentée.
Conditionneur Militron 1234 IC

Plages de mesure : +/- 2000 μm soit +/- 5000 μm/m sur calibre 1 μm
Valeur du dernier digit : 1 μm
Temps de réponse : 100 millisecondes
Précision : 0,1 % de la plage de mesure
Tension d’alimentation : 220 V
Palpeur inductif Feinprüf n°1303

Étendue de mesure : +/- 1 mm (ce qui représente +/-2500 μm/m rapporté à une base
de 0,4 m)
Sensibilité : 0,02 μm
Erreur de mesure maximale : 0,5 % de la plage de mesure
Nota : Il est possible d’utiliser un conditionneur et un capteur différents ayant des caractéristiques
équivalentes.
Accessoires mis au point par le LCPC

h 1 bâti d’extensomètre 400 mm en invar,
h 2 barreaux de référence en silice (l’un conservé en laboratoire, l’autre réservé au chantier),
h 1 barreau de réglage,
h 10 corps de mannequin,
h 1 mannequin de perçage,
h n bases,
h 1 bâti pour étalonnage.
17
Appareils de mesure de la température
h 1 appareil de mesure de température,
h n thermocouples ou sondes platines.
Fournitures
h n vis Allen φ 5 × longueur 10 mm,
h n cartons de section carrée 40 × 40 mm avec trou centré φ 10 mm,
h colle HBM × 60,
h 1 spatule fine,
h 1 soufflette,
h 1 goupillon,
h 1 niveau à bulle,
h 1 clé Allen de 4 mm,
h 1 tournevis,
h n chevilles φ 6 mm,
h n vis « Parker » φ ext. ≥ 12 mm, φ int. 8 mm,
h n rondelles,
h Graisse,
h Tissu,
h Acétone,
h Perceuse,
h Forets φ 6 et 12 mm.
5. MODE OPÉRATOIRE
La mise en œuvre de la méthode se fait en trois phases :
h dans un premier temps, il faut positionner les bases en laboratoire sur un corps de mannequin en
fixant précisément leur entraxe (en général au zéro du capteur correspondant au milieu de l’étendue
de mesure),
h ensuite, on scelle les bases sur la pièce à instrumenter à l’aide des mannequins,
h enfin on réalise la mesure à l’aide de l’extensomètre.
5.1. Préparation des bases en Laboratoire

La préparation des bases en laboratoire nécessite les opérations suivantes :
h nettoyer à l’aide d’acétone les surfaces d’appui :
- du barreau de réglage,
- du corps de mannequin,
- des bases,
- de l’extensomètre ;
h positionner les bases sur le barreau réglable et serrer uniformément les deux vis de fixation du
barreau ;
h mettre en route la chaîne de mesure environ 15 minutes avant la mesure ;
h régler le zéro de l’extensomètre sur le barreau de silice « laboratoire » ;
h positionner l’extensomètre sur le barreau de réglage et faire varier l’entraxe des plots à l’aide des
vis de réglage de manière à obtenir le zéro sur l’extensomètre ;
h visser le mannequin sur les bases ;
h démonter l’ensemble du barreau de réglage ;
h mettre en place un carton isolant sur l’axe de chaque base de manière à ne coller que l’axe ;
h conserver le montage dans une caisse à l’abri de tout choc éventuel.
18
5.2. Scellement des bases sur le béton
Le scellement des bases sur le béton requiert les actions suivantes :
h implanter les bases suivant les axes de mesure choisis. Éviter les angles des éléments de structure,
tenir compte de la position des armatures passives et actives ;
h fixer le mannequin de perçage par son milieu, vérifier au niveau à bulle, soit la verticalité soit
l’horizontalité du mannequin suivant l’implantation ;
h percer les deux trous suivant le mannequin de perçage en veillant à bien les centrer et à rester
perpendiculaire au parement ;
h nettoyer les trous à la soufflette puis avec le goupillon ;
h vérifier l’entraxe percé avec un mannequin équipé des bases ;
h nettoyer les bases à l’acétone ;
h enduire les trous et les axes des bases de colle (seul l’axe des bases doit être scellé et pas la tête de
la base) ;
h fixer le corps du mannequin en serrant la vis de fixation centrale ;
h respecter un délai d’environ 24 heures pour le séchage de la colle (en fonction de la colle, il est
possible de descendre en dessous de cette valeur, mais il faut dans tous les cas attendre la stabilisation
thermique de la zone au contact de la colle avant de réaliser la première mesure) ;
h dévisser les vis de blocage ;
h repérer les bases à la peinture indélébile ;
h réaliser un schéma d’implantation des bases ;
h protéger les bases à l’aide de graisse.
Lors de cette phase on procédera également à la mise en place de sondes de température dans le
matériau.
5.3. Réalisation des mesures sur les bases

La réalisation des mesures impose les opérations suivantes :
h vérifier avant la sortie sur chantier la chaîne de mesure en laboratoire sur les barreaux de silice
(noter l’écart, cet écart doit toujours être le même) ;
h mettre en route la chaîne de mesure et attendre 15 minutes avant la première mesure ;
h s’assurer de la propreté des surfaces d’appui (en particulier éliminer la graisse sur les bases lors
de mesures périodiques) ;
h régler le zéro sur le barreau de silice chantier et vérifier la répétabilité de la mesure ;
h effectuer les mesures sur les bases (série de cinq mesures) implantées sur l’élément de structure.
(l’extensomètre sera toujours positionné de la même manière, par exemple, capteur en haut ou à
gauche) ;
h protéger les bases après la mesure avec de la graisse ;
h relever les conditions de température ;
h vérifier la chaîne de mesure sur les barreaux de silice de retour au laboratoire.
Quelques précisions et conseils

• L’intérêt du corps de mannequin est de fixer précisément l’entraxe des bases, mais il s’agit surtout
de positionner les bases dans un même plan, condition indispensable au bon positionnement de
l’extensomètre et à la répétabilité de sa réponse.
• La tête des bases est constituée d’un tronc de cône sur lequel l’extensomètre vient prendre appui
par l’intermédiaire de trois cylindres positionnés à 120°. En outre, un petit téton positionné sur
l’extensomètre, côté partie fixe, vient prendre appui sur le plot scellé. Cette disposition assure une
parfaite répétabilité dans la mise en place de l’extensomètre.
• Lorsque les effets du phénomène que l’on souhaite suivre sont clairement orientés suivant une
direction de la pièce instrumentée, il peut être intéressant de positionner des bases perpendiculairement
au sens principal d’instrumentation. Cette disposition peut, en effet, permettre de s’affranchir de
l’effet de la température, en retranchant aux variations mesurées dans le sens principal, les variations
19
mesurées perpendiculairement (on suppose alors que la déformation transversale due au phénomène
recherché est nulle, sinon il faut tenir compte du coefficient de Poisson du matériau).
Exemple
Soit une pièce prismatique soumise à un effort variable suivant la direction x.
Suivant cette direction x, on mesure une déformation εx et suivant une direction perpendiculaire y,
on mesure une déformation εy. À deux périodes différentes, on effectue une mesure, on a :
Δ εx = Δσx / E + Δ εx T
avec σx : contrainte suivant x
E : module d’élasticité du béton de l’ouvrage
Δ εx T : variation de déformation suivant x liée à la variation de température
et Δ ε y = ν . Δ σx / E + Δ ε y T
avec ν : coefficient de Poisson du béton de l’ouvrage
Δ εy T : variation de déformation suivant y liée à la variation de température
On suppose Δ εy T = Δ εx T
Soit Δ σ x = E . (Δ ε x - Δ εy) / (1-ν)
• Le choix du calibre dépend de l’amplitude des déformations attendues. En général, le calibre

0,1 μm correspondant à une plage de +/- 200 μm sur 400 mm et convient pour les instrumentations
à réaliser. Ceci permet de vérifier finement la bonne répétabilité de la mesure. Dans bien des cas, on
peut se contenter d’arrondir au μm.
6. CONTRÔLES ET INCERTITUDES
Le LCPC dispose d’un banc d’étalonnage qui permet d’étalonner la chaîne de mesure sans démonter
le capteur de son bâti. L’étalonnage de la chaîne « conditionneur – capteur » peut être réalisé par un
laboratoire accrédité mais ceci impose de démonter le capteur du bâti de l’extensomètre.
Avant chaque mesure, le zéro de la chaîne est vérifié en laboratoire sur un barreau de silice
« laboratoire » muni de bases. Sur chantier en fonction des conditions de température, ce zéro peut
être réglé sur un barreau de silice « chantier » après stabilisation en température des appareils de la
chaîne.
Régulièrement, l’écart de la réponse de la chaîne sur les deux barreaux de silice est vérifié, cet écart
doit toujours être le même. En outre, il est possible de prévoir en laboratoire des bases de contrôle
disposées sur un massif en béton (suffisamment ancien pour ne pas être perturbé par le retrait) ou
sur une pièce en acier dans un local stable en température. Périodiquement la réponse du capteur
sur ces bases peut être vérifiée. Ceci permet de contrôler d’autres points de l’étendue de mesure que
le zéro.
Le coefficient thermique de la chaîne de mesure (capteur, bâti et appareil de lecture) a été vérifié
expérimentalement en laboratoire, il est de l’ordre de – 1μm/°C. Le coefficient thermique du barreau
de référence en silice est proche de 0,5 μm/°C. Le recalage du système de mesure sur le barreau de
silice « chantier » après avoir attendu l’équilibre permet de compenser l’effet de la température sur
le système de mesure. Par contre, il faut tenir compte de la variation de déformation provoquée par
la température sur le barreau de référence.
Lors des mesures, on réalise une série de cinq mesures. L’expérience montre qu’en général l’écart
entre les mesures est au plus de 1μm. Dans le cas d’une dispersion plus importante des mesures, il
faut vérifier l’état de propreté des surfaces.
20
Dans des conditions normales d’utilisation, l’incertitude sur une mesure peut donc être estimée à
+/- 1 μm sur la base de 400 mm, soit +/- 2,5 μm/m.
7. RÉSULTATS ET INTERPRÉTATION
7.1 Présentation des résultats

La présentation des résultats comporte les rubriques suivantes :
h identification de l’ouvrage,
h date de l’intervention,
h opérateurs,
h conditions atmosphériques,
h température ambiante,
h schéma d’implantation des bases d’extensométrie,
h schéma d’implantation des sondes de température,
h tableau des mesures sur les bases d’extensométrie,
h tableau des mesures sur les sondes de température.
Un modèle de tableau de relevé figure en annexe 1.

Les variations des déplacements mesurés sur une base de 400 mm sont ramenées à une base de 1 m
de manière à être présentées en μm/m.
7.2 Interprétation
L’interprétation des mesures dépend de la problématique posée. Il peut par exemple être intéressant
d’estimer la variation de contrainte ayant entraîné la variation de déformation mesurée en prenant
en compte le module instantané ou différé supposé du béton en fonction de la nature de l’action à
l’origine de la déformation.
Pour tenter de s’affranchir des effets thermiques, on peut a priori retenir deux principes :
h soit mettre en place, si cela est possible, une base témoin dans une zone subissant les mêmes
variations thermiques que les bases de suivi mais non soumise aux effets d’autres actions et en
particulier aux effets du phénomène suivi ;
h soit implanter des sondes de température à proximité des bases de suivi et corriger les effets
thermiques en fonction de la variation de température du matériau et de son coefficient de dilatation
thermique connu ou supposé. Comme la mesure réalisée est une mesure de surface, les sondes seront
positionnées à 2 ou 3 cm de profondeur. Dans ce cas la variation de déformation due à la variation
de température sur la base de mesure a pour expression :
Δ ε T = l . α. ΔT
avec Δε T : variation de déformation due à la variation de température du béton,
l : base de mesure soit 0,4 m,
α : coefficient de dilatation thermique du béton,
ΔT : la variation de température mesurée entre deux mesures.
On doit également compenser le variation de déformation du barreau de silice servant de référence
(coefficient thermique de l’ordre de 0,5 μm/°C.
Exemple d’application numérique

On suppose la mise en place d’une base sur une structure en béton.
Une mesure initiale est réalisée à une température ambiante de 20 °C : on lit + 20 μm sur le
conditionneur du capteur.
Une autre mesure est réalisée ultérieurement sur la même base à une température de 4 °C : on lit
-10 μm sur le conditionneur du capteur.
21
La variation de déformation du béton liée aux variations thermiques entre les deux mesures est
égale à :
Δ ε T = 0,4.1.10-5.(4-20) = - 64 μm
Le décalage lié à la variation de déformation du barreau est égale à
Δ ε barreau = 0,5.(4-20) = - 8 μm
La variation de déformation de la base entre les deux mesures, corrigée des effets thermiques est
alors égale à :
Δ ε = -10 – 20 + 64 - 8 = + 26 μm
Soit un allongement de la base de mesure de 26 μm.
Contacts
F. RENAUDIN 03.87.20.46.29 fabien.renaudin@developpement-durable.gouv.fr
CETE de l’Est – Division Ouvrages d’Art
Fax : 03.87.20.46.49
B. GODART 01.40.43.53.32 bruno.godart@lcpc.fr

Fax : 01.40.43.65.20
22
Annexe 1
Tableau de relevé de mesures type

CHAPITRE 2
Date
Opérateur
Conditions atmosphériques
Température ambiante
Conditions particulières
Valeurs lues en μm Variations en μm / Variatons en μm/m/

Bases
1 2 3 4 5 moy origine origine
1
2
3
4
5
6
Variations de défor-
La mesure de déformation à l’aide de l’extensomètre type LCPC de base 400 mm
Variations en °C /
Sondes de températures Valeur en °C mations thermiques
origine
en μm/m/origine
α
Variations de défomation compensées

Variatons en μm/m/ origine
des déformations thermiques
1
3
4
6
Photos de l’extensomètre et de ses accessoires 23
Annexe 2
Figure 6 - Vue d’ensemble du matériel.
Figure 7 - Bases à sceller.
Figure 8 - Extensomètre positionné sur le barreau de silice.
Figure 9 - Détail de la zone d’appui de l’extensomètre.

24
(suite)
Annexe 2
Figure 10 - Détail de la zone d’appui de l’extensomètre.
Figure 11 - En haut : Barreau de silice - En bas : Barreau de réglage.
Figure 12 - En haut : corps de mannequin - En bas : mannequin

de perçage.
Figure 13 - Extensomètre en position sur des bases de contrôle

en laboratoire.
25
Utilisation de l’extensomètre type LCPC base 400 mm dans le cadre du suivi
d’un ouvrage atteint de réactions de gonflement interne
Annexe 3
La mise en œuvre de l’extensomètre dans le cadre du suivi d’un ouvrage atteint de réaction de
gonflement interne ne présente pas de différence notable par rapport au mode opératoire décrit dans
ce document.
L’extensomètre base 400 mm peut être utilisé pour suivre localement et finement les déformations
de surface d’un élément de structure atteint de réaction de gonflement interne.
Les directions de mesure pourront suivre les directions des axes de l’indice de fissuration (voir
méthode d’essai des LPC n° 47) de manière à corréler localement les déformations de la pièce avec
l’évolution de la fissuration.
Le recours à l’extensomètre peut être intéressant dans le cadre de pièces de faibles dimensions et
lorsque la fissuration est orientée suivant une direction privilégiée.
On peut par exemple penser aux cas de poutres précontraintes dont les effets de la réaction
de gonflement se traduisent essentiellement par une fissuration orientée parallèle à l’effort de
précontrainte. Dans ce cas, on pourra implanter des bases de mesures perpendiculairement à la
fissuration sur la hauteur de l’âme de la poutre et ce dans plusieurs sections. On s’intéresse alors à
une déformation moyenne incluant la présence de fissures.
Cette méthode peut également présenter un intérêt dans le cas de poteaux. L’implantation des
bases suivant un plan transversal à la fibre moyenne du poteau permettra de suivre les variations de
la section du poteau sous l’effet des réactions de gonflement.
De manière un peu forfaitaire, on pourra aussi tenter de rapprocher les variations de déformation de
la pièce instrumentée avec l’augmentation du taux de travail des armatures passives parallèles à la
direction de mesure.
On veillera cependant à bien choisir l’emplacement des bases en évitant de préférence les fissures.
Par ailleurs, pour que le positionnement de l’extensomètre reste répétable sur les bases, il ne faut
pas que les déformations de la pièce entraînent des mouvements trop importants des bases.
27
Méthode 3
Suivi dimensionnel d’une structure
à l’aide du distancemètre orientable
à fil d’invar D01
1. OBJET – DOMAINE D’APPLICATION

Le présent mode opératoire a pour objet de décrire la mise en œuvre du distancemètre orientable
à fil d’invar DO1 sur des ouvrages d’art afin d’en suivre les mouvements ou les déformations qui
peuvent être qualifiées de déformations globales.
Dans la panoplie des moyens de suivi des déformations d’ouvrages, l’intérêt du distancemètre
orientable à fil d’invar est de permettre le suivi de la distance entre deux points implantés sur une
structure, sur une grande base de mesure, avec une bonne précision et de façon durable (jusqu’à
20 m de distance avec une résolution de 0,1 mm). Il permet d’effectuer à partir d’un même repère
des mesures dans toutes les directions (systèmes de trilatération à deux ou trois dimensions).
Parmi les applications possibles du distancemètre à la surveillance des ouvrages d’art, l’objet du
présent mode opératoire est de traiter le suivi :
h de la géométrie d’une section d’ouvrage,
h de l’écartement des naissances d’une voûte,
h du gonflement d’une structure en béton in situ.
[1] Notice d’utilisation du LRPC de Lyon – Groupe Mécanique des roches, Distancemètre orientable à
fil INVAR D01, 19 pages.
[2] LCPC, Aide à la gestion des ouvrages atteints de Réactions de Gonflement Interne, Guide technique,
66 p., Novembre 2003.
[3] Détermination de l’indice de fissuration d’un parement de béton, Techniques et méthodes des LPC,
Méthode d’essai LPC n° 47, octobre 1997, 16 pages.
[4] Buses métalliques, Guide pour la surveillance spécialisée, l’entretien et la réparation, SETRA,
décembre 1992.
[5] Les ponts en maçonnerie, Conception et stabilité, SETRA, Juin 1982.
3. PRINCIPE
Le principe de la méthode consiste :
h à mettre en place sur la structure des repères,
h à venir positionner entre deux repères une chaîne de mesure qui est constituée par le distancemè-
CHAPITRE 3 Suivi dimensionnel d’une structure à l’aide du distancemètre orientable à fil d’invar D01
28
tre, un fil de mesure (appelé fil maître) et une ou deux rallonges suivant le cas permettant de centrer
l’appareil sur sa plage de mesure,
h à effectuer une lecture sur le vernier du distancemètre.
Il s’agit ensuite de repositionner à intervalles réguliers cette chaîne de mesure entre les repères pour
suivre les variations de distance de la base de mesure.
4.1. Lot de mesure de distancemètre type D01

L’appareillage type Laboratoire des Ponts et Chaussées de Lyon se présente sous la forme d’un lot
de mesure complet comportant :
h l’appareil de mesure proprement dit qui rassemble les fonctions de tension et de mesure ; il
comporte une molette montée sur une tige filetée permettant de régler la tension du fil, ainsi qu’un
dynamomètre à ressort taré et une échelle de lecture équipée d’un vernier au 1/10 mm. La plage utile
de fonctionnement de l’appareil est de 100 mm.
- Base de mesure : de 1 à 20 m
- Plage de mesure du vernier : 100 mm
- Résolution absolue : 0,1 mm
- Résolution relative sur la plus grande base : 5.10-6 m/m
h le corps d’ancrage qui constitue le système d’amarrage auquel est reliée l’autre extrémité du fil de
mesure,
h un jeu de fils et de rallonges étalonnés permettant la réalisation de toutes les longueurs comprises
entre 1 et 20 m,
h une fiche d’étalonnage déterminant les différentes constantes de l’appareil de mesure et des fils
en invar.
Le lot complet de mesure est logé dans des coffrets en aluminium.
4.2. Appareils de mesure de la température

h un appareil de mesure de température,
h n thermocouples ou sondes platines.
4.3. Fournitures
h n repères de type DO,
h une perceuse avec un foret de 18 mm, longueur 200 mm mini et 1 foret de 32 mm,
h une soufflette,
h un goupillon,
h un produit de scellement.
5. CONTRÔLES DU MATÉRIEL ET INCERTITUDE

Le LRPC de Lyon dispose d’un banc d’étalonnage qui permet d’étalonner l’ensemble de la chaîne de
mesure.
En outre, il est possible de prévoir en laboratoire des bases de contrôle disposées dans un local
stable en température. On pourra éventuellement faire des mesures comparatives avec un autre
instrument.
Avant chaque mesure, on vérifie l’intégrité des fils. Lors des mesures, on réalise deux séries de trois
mesures. L’expérience montre qu’en général l’écart entre les mesures est au plus de 0,1 mm. Dans le
29
cas d’une dispersion importante des mesures, il faut vérifier l’état des scellements ou des dispositifs
de fixation.
La résolution absolue est de 0,1 mm, et la résolution relative sur la plus grande base est de
5.10-6 m/m.
6. MODES OPÉRATOIRES ET INTERPRÉTATIONS

Le mode opératoire pour la mesure de distance est décrit dans la note d’utilisation citée en référence
[1]. Ce mode opératoire peut s’appliquer à la surveillance des ouvrages d’art. Des précisions
sont essentiellement à apporter pour ce qui concerne le positionnement des bases de mesure, les
éventuelles corrections thermiques et l’interprétation des résultats.
6.1. Suivi de la géométrie d’une section
6.1.1. Objectif
L’objectif est de suivre les déformations d’une section de structure à partir de la mesure de distances
entre points implantés sur cette section. En général, la section considérée est un plan vertical,
on suppose donc que tous les points sont dans le même plan. Cette méthode est essentiellement
employée pour réaliser des mesures de convergence sur des ouvrages de type tunnel, buse, cadre,
etc.
6.1.2. Position des points

Les points sont positionnés régulièrement sur la circonférence intérieure de l’ouvrage. L’implantation
est aussi symétrique que possible par rapport aux axes de symétrie de l’ouvrage.
6.1.3. Scellement des points

Le scellement des repères se fait à au moins 15 cm des bords libres des éléments instrumentés. Il est
fortement conseillé d’éviter de positionner ces repères sur des fissures existantes, et de les implanter
au centre des mailles du ferraillage. Dans tous les cas, l’utilisation d’un détecteur d’armatures est
recommandée.
Dans le cas de buse métallique, il est possible de réaliser des adaptateurs pour se fixer sur les
filetages des boulons d’assemblage de la buse.
6.1.4. Mise en place de sondes de température

On positionne au moins une sonde de température à 5 cm de profondeur dans la section instrumentée
d’une structure en béton. Selon les cas, l’instrumentation en température pourra être plus évoluée
de manière à déterminer la température moyenne de la structure et les éventuels gradients de
température existant dans son épaisseur ou sur la hauteur de l’ouvrage.
6.1.5. Détermination du mouvement des points

Soit n points implantés sur une structure, le point 1 est choisi comme point de référence et les autres
points sont positionnés de telle façon qu’ils soient tous situés dans le demi-plan délimité par la
droite passant par les points 1 et 2 (ceci évite des problèmes de signe).
Le point 1 est l’origine du plan (noté O), l’axe Ox des abscisses est l’axe passant par les points 1 et
2, son orientation est telle que l’abscisse du point 2 est positive. L’axe Oy des ordonnées est l’axe
orthogonal à l’axe Ox passant par l’origine et orienté de façon à ce que les ordonnées des points
soient toutes positives.
30
On note :
D1-i : distance du point 1 au point i,
D2-i : distance du point 2 au point i,
xi ; yi : les coordonnées du point i.
On réalise la mesure de toutes les distances D1-i pour i allant de 2 à n et toutes les distances D2-i pour
i allant de 3 à n. Ceci donne accès à 2n-3 valeurs.
Il y a, a priori, 2n inconnues correspondant aux coordonnées des n points. Cependant, dans le repère
Oxy, les coordonnées du point 1 sont connues ([0 ; 0]) ainsi que l’ordonnée du point 2 (0), il reste
donc 2n-3 inconnues.
À partir des 2n-3 distances mesurées, il est donc possible de déterminer les 2n-3 inconnues.
On a : x 1 = 0 ; y1 = 0 et x2 = D1-2 ; y2 = 0
Les coordonnées du point i, pour i allant de 3 à n, sont déterminées de la façon suivante :
D1-i² = xi² + yi² et D2-i² = (xi - D1-2)² + yi²
(D1-2 ² D1-i ² - D 2-i ²)

Soit xi
2.D1-2
et yi D1-i ² - x i ²
Si l’on souhaite connaître les coordonnées des points dans un repère orthonormé Ox’y’ dont l’axe des
abscisses correspond à l’horizontal, il est nécessaire d’effectuer un nivellement relatif des points 1
et 2. La différence d’altitude h2-h1 (altitude du point 2 - altitude du point 1) correspond à l’ordonnée
y’2 du point 2 dans le repère Ox’y’. L’angle θ entre les axes des deux repères peut être déterminé, car
on a :
sin θ = y’2 / D1-2 soit θ = arcsin (y’2 / D1-2)
Dans le nouveau repère Ox’y’, les coordonnées des points sont alors :
x’1 = 0 , y’1 = 0 et x’2 = D 1-2.cos θ ; y’2 = h2 - h1
x’i = xi.cos θ – yi.sin θ et y’i = xi.sin θ + yi.cos θ
Des mesures régulières sont réalisées et l’on suit les variations des coordonnées [xi; yi] de tous les
points. Ceci permet d’avoir les mouvements des points dans un repère où le point 1 est toujours à
l’origine.
Si l’on souhaite connaître, les mouvements de la section dans l’absolu, il faut effectuer un suivi
topométrique du point 1 par rapport à une référence extérieure réputée fixe, de façon à déterminer
les mouvements Δx1 ; Δy1 du point 1 dans le repère Ox’y’. Les coordonnées des points sont alors
obtenues par translation [Δx1 ; Δy1].
Chaque série de mesures s’accompagne de mesures de température pour pouvoir faire les corrections
thermiques nécessaires.
En guise de contrôle, on réalise la mesure de distance sur quelques autres trajets (par exemple entre
les points 3 et 4) et l’on vérifie que la mesure de distance effectuée est équivalente à la distance
calculée à partir des coordonnées des points, à un résidu près qui doit être relativement petit
(quelques dixièmes de millimètres).
6.1.6. Interprétation
Les mouvements des points de la structure sont corrélés aux mesures de température afin de
distinguer un éventuel fonctionnement cyclique de l’ouvrage avec les variations de température.
En cas de mouvements importants, les déformations mesurées doivent être analysées conjointement
avec un bureau d’études.
31
6.2. Suivi de l’écartement des naissances d’une voûte
6.2.1. Objectif
L’objectif est de suivre les variations de distance entre les naissances d’une voûte qui peut être en
béton ou en maçonnerie.

En général, on cherche à suivre les distances entre naissances selon trois profils, l’un situé dans l’axe
longitudinal de l’ouvrage, et les deux autres à proximité des bords de la voûte sur les bandeaux. Les
points sont situés le plus près possible de la naissance (sur un bloc du sommier ou sur le premier
bloc de la voûte dans le cas d’un ouvrage en maçonnerie) - voir exemple d’instrumentation donné
en annexe 4.

Le scellement des repères se fait à au moins 15 cm des bords libres dans le cas d’un ouvrage en
béton et au milieu des blocs dans le cas des ouvrages en maçonnerie, en évitant de positionner ces
repères sur des fissures existantes.

On positionne au moins une sonde de température à 5 cm de profondeur en intrados de la voûte.
Selon les cas, l’instrumentation en température pourra être plus évoluée de manière à déterminer
la température moyenne de la voûte et les éventuels gradients de température existant dans son
épaisseur.
6.2.5. Mesure de l’écartement des naissances

Le suivi de l’écartement des naissances se fait en relatif, le mouvement d’une culée étant mesuré par
rapport au mouvement de l’autre culée. Il permet de déterminer les mouvements des culées dans un
axe essentiellement longitudinal.
On note :
D0,i : écartement entre naissances selon le profil i lors de la mesure initiale,
Dk,i : écartement entre naissances selon le profil i lors de la mesure k.
La variation de l’écartement entre la mesure k et la mesure initial est alors :
Δe k,i = D0,i – Dk,i
Le suivi de distance entre culées peut s’accompagner de mesures de nivellement et de rotation.
Chaque série de mesures s’accompagne de mesures de température.
6.2.6. Interprétation
Les variations d’écartement des naissances sont corrélées aux mesures de température afin de
distinguer un éventuel fonctionnement cyclique de l’ouvrage avec les variations de température (on
observe, en général, un écartement des naissances en été et leur rapprochement en hiver). On peut
aussi évaluer les effets des fluctuations des niveaux d’eau dans le cas d’un ouvrage hydraulique sur
les variations d’écartement.
L’interprétation des résultats se fait conjointement avec un bureau d’études.
32
6.3. Suivi de gonflement de structures en béton in situ
6.3.1. Objectif
L’objectif est de suivre les déformations globales d’éléments de structure en béton atteints de réaction
de gonflement interne telle que l’alcali-réaction ou la réaction sulfatique interne.

Les directions des bases de mesure doivent si possible coïncider avec les directions principales
de l’élément instrumenté. Ces directions sont les mêmes que celles des axes des bases d’indice de
fissuration de manière à corréler les déformations avec l’évolution de la fissuration [3]. Dans le
cas d’éléments élancés (poutres, fûts de pile, pylônes, etc.), on positionne les repères de manière
à suivre les variations de section de l’élément sous l’effet des réactions de gonflement. On veille
à suffisamment fractionner les bases de mesure pour pouvoir discriminer, sur une même partie
d’ouvrage, des zones suivant l’intensité de leur gonflement. D’une manière générale, pour garder
une bonne précision, les bases de mesure font au moins 1 m de longueur, la longueur moyenne
des bases est de 3 à 5 m de manière à avoir un maillage suffisant de la structure (voir exemple
d’instrumentation donné en annexe 5).

Le scellement des repères type D0 se fait sur une quinzaine de centimètres de profondeur.
Les déformations suivies sont donc essentiellement les déformations de surface de l’élément
instrumenté.
Le scellement des repères se fait à au moins 15 cm des bords libres des éléments instrumentés. Il
est recommandé d’éviter de positionner ces repères sur des fissures existantes et de les implanter
au centre des mailles du ferraillage. Dans tous les cas, l’utilisation d’un détecteur d’armatures est
recommandée.

Dans l’élément instrumenté, on positionne au moins une sonde de température à 5 cm de profondeur,
cette sonde renseigne sur la température de peau de l’élément. Suivant la géométrie de cet élément,
l’instrumentation en température pourra être plus évoluée de manière à déterminer sa température
moyenne et les éventuels gradients de température existant dans son épaisseur.
6.3.5. Suivi des déformations d’une pièce

Lors de chaque mesure, on mesure la longueur des bases mises en place ainsi que la température du
béton.
On note :
D0,i : la longueur initiale de la base i,
Dk,i : la longueur de la base i au bout de k jours,
T0 : la température initiale du béton (température de référence),
Tk : la température du béton lors du kème jour,
α : coefficient de dilatation thermique du béton,
La déformation ek,i du béton suivant la base i au bout de k jours est alors :
D k,i D 0,i
İ k,i
D 0,i
Cette déformation intègre le mouvement éventuel des fissures existant entre les repères de la base
de mesure.
33
La déformation thermique du béton lors du kème jour est :
εTh k = α.(Τk-Τ0)
6.3.6 Interprétation
On note :
ε T0,k : déformation corrigée en température de la base i par rapport à l’origine,
E T0,k : déformation corrigée ramenée à une année.
L’interprétation des mesures est effectuée sur la base des variations des déformations préalablement
corrigées des effets thermiques :
ε Τ0,k = εk,i - εTh k
Les variations de déformations corrigées sont ramenées à une année et à une température de
référence. Elles seront exprimées en mm/m/an.
365
Ǽ T0,k İ T0, k
k
Ces variations peuvent être comparées aux données issues d’un suivi d’indice de fissuration et
éventuellement aux résultats d’essais d’expansion résiduelle.
7. PRÉSENTATION DES RÉSULTATS

Le rapport comprend les éléments suivants :
h identification de l’ouvrage,
h date de l’intervention,
h opérateurs,
h conditions atmosphériques,
h température ambiante,
h « température de l’ouvrage »,
h schéma d’implantation des bases de distancemétrie,
h schéma d’implantation des sondes de température,
h tableau des mesures sur les bases de distancemétrie,
h tableau des mesures sur les sondes de température (un modèle de tableau de relevé de mesures
figure en annexe 2).
Selon le type de problème traité :
h tableau d’évolution des coordonnées des points avec éventuellement représentation graphique
des déformations de l’ouvrage (voir exemple donné en annexe 3),
h tableau d’évolution de l’écartement des naissances,
h tableau d’évolution des déformations de gonflement de l’élément instrumenté.
Contacts
F. RENAUDIN - 03.87.20.46.29 - fabien.renaudin@developpement-durable.gouv.fr
CETE de l’Est – Division Ouvrages d’Art
Fax : 03.87.20.46.49
Fax : 01.40.43.65.20
A. BENOIT - 04.72.14.32.69 - alain.benoit@developpement-durable.gouv.fr
LRPC de Lyon
Fax : 04.72.14.33.42
34
Photos du distancemètre et de ses accessoires
Annexe 1
Repère scellé Repère scellé
Rallonge Fil maitre

Appareil DO
Corps d'ancrage
Fixation par crochet chape
Figure 14 - Composition de la chaîne de mesure.
Figure 15 - Distancemètre.
Figure 16 - Corps d’ancrage.

35
(suite)
Annexe 1
Figure 17 - Coffrets de rangement des fils et du distancemètre.
Figure 18 - Éléments composant la chaîne de mesure.

36
Annexe 2 CHAPITRE 3
Tableau de relevé de mesures type
Date
Température ambiante
Conditions particulières
Composition Valeurs lues en mm

Bases
Longueur 1 2 3 4 5 6 Moyenne
1
6
Suivi dimensionnel d’une structure à l’aide du distancemètre orientable à fil d’invar D01
Sondes de températures Valeur en °C

α
Exemple de suivi de la géométrie d’une section
C o o r d o n n é e s c a r t é s ie n n e s d e s C o o r d o n n é e s c a r t é s ie n n e s d e s V a r ia t io n s d e s c o o r d o n n é e s e n
D is t a n c e s m e s u r é e s e n m
p o in t s e n m d a n s le r e p è r e O x y p o in t s e n m d a n s le r e p è r e O x 'y ' 1 /1 0 è m e d e m m d a n s O x 'y '
D a te s 1 5 /0 7 /0 2 P o in t s x y P o in t s x y
1 0 ,0 0 0 0 0 ,0 0 0 0 1 0 ,0 0 0 0 0 ,0 0 0 0
D 1 -2 3 ,5 0 0 0 2 3 ,5 0 0 0 0 ,0 0 0 0 2 3 ,4 6 4 1 0 ,5 0 0 0
D 1 -3 6 ,5 0 0 0 D 2 -3 3 ,5 0 0 0 3 6 ,0 3 5 7 2 ,4 1 2 5 3 5 ,6 2 9 2 3 ,2 5 0 0
D 1 -4 8 ,5 0 0 0 D 2 -4 6 ,5 0 0 0 4 6 ,0 3 5 7 5 ,9 8 5 0 4 5 ,1 1 8 8 6 ,7 8 5 9
D 1 -5 9 ,2 0 0 0 D 2 -5 8 ,5 0 0 0 5 3 ,5 2 0 0 8 ,5 0 0 0 5 2 ,2 6 9 6 8 ,9 1 5 7
D 1 -6 8 ,5 0 0 0 D 2 -6 9 ,2 0 0 0 6 - 0 ,0 2 0 0 8 ,5 0 0 0 6 - 1 ,2 3 4 1 8 ,4 0 9 9
D 1 -7 6 ,5 0 0 0 D 2 -7 8 ,5 0 0 0 7 - 2 ,5 3 5 7 5 ,9 8 5 0 7 - 3 ,3 6 4 7 5 ,5 6 1 4
D 1 -8 3 ,5 0 0 0 D 2 -8 6 ,5 0 0 0 8 - 2 ,5 3 5 7 2 ,4 1 2 5 8 - 2 ,8 5 4 3 2 ,0 2 5 5
1 0 ,0 0 0 0 0 ,0 0 0 0 1 0 ,0 0 0 0 0 ,0 0 0 0
h 1 -h 2 0 ,5 0 0 0 T r a d 0 ,1 4 3 3
D a te s 2 8 /1 1 /0 2 P o in t s x y P o in t s x y P o in t s x y
1 0 ,0 0 0 0 0 ,0 0 0 0 1 0 ,0 0 0 0 0 ,0 0 0 0 1 0 0
D 1 -2 3 ,5 0 0 1 2 3 ,5 0 0 1 0 ,0 0 0 0 2 3 ,4 5 1 7 0 ,5 8 0 0 2 1 0
D 1 -3 6 ,4 9 9 9 D 2 -3 3 ,4 9 9 0 3 6 ,0 3 6 5 2 ,4 1 0 4 3 5 ,5 5 3 6 3 ,3 7 7 3 3 7 -2 1
D 1 -4 8 ,3 2 0 0 D 2 -4 6 ,5 0 0 1 4 5 ,6 0 3 0 6 ,1 5 0 6 4 4 ,5 0 6 3 6 ,9 9 4 0 4 -4 3 2 8 1656
D 1 -5 9 ,2 0 0 5 D 2 -5 8 ,5 0 3 0 5 3 ,5 1 4 0 8 ,5 0 3 0 5 2 ,0 5 6 4 8 ,9 6 7 7 5 -6 0 30
D 1 -6 8 ,3 2 0 0 D 2 -6 9 ,2 1 0 0 6 - 0 ,4 7 8 7 8 ,3 0 6 2 6 - 1 ,8 4 8 5 8 ,1 1 2 1 6 -4 5 8 7 -1 9 3 8
D 1 -7 6 ,5 0 3 0 D 2 -7 8 ,4 2 0 0 7 - 2 ,3 3 6 6 6 ,0 6 8 7 7 - 3 ,3 0 9 9 5 ,5 9 7 6 7 1991 837
D 1 -8 3 ,5 0 0 1 D 2 -8 6 ,5 0 1 0 8 - 2 ,5 3 7 3 2 ,4 1 1 0 8 - 2 ,9 0 1 7 1 ,9 5 7 2 8 -1 6 -1 5
1 0 ,0 0 0 0 0 ,0 0 0 0 1 0 ,0 0 0 0 0 ,0 0 0 0 1 0 0
h 1 -h 2 0 ,5 8 0 0 T r a d 0 ,1 6 6 5
y' y Suivi de la géométrie de la section

9
8
7
6
Ordonnées (m)
5
4
3
2
x'
1
x
-4 -2 0 2 4 6 8
Abscisses (m)
15/07/02 - Oxy 28/11/02 - Oxy
15/07/02 - Ox'y' 28/11/02 - Ox'y'
37
Annexe 3
38
Exemple d’instrumentation pour le suivi de la distance entre naissances d’une voûte
Annexe 4
OA de la RN 25 sur la rivière à Cherrey

Implantation de l'instrumentation
Distance mesurée
Repères implantés dans les blocs du sommier
Rive droite
1' 2' 3'
Profil 1 - aval Profil 2 Profil 3 - amont

axe
0,50 m 0,50 m
La rivière La rivière
Aval Amont
4,35 m
1 2 3
Rive gauche
Figure 19
39
Exemple d’instrumentation d’un mur présentant des symptômes de gonflement interne
Instrumentation de l'ouvrage
Annexe 5
Dd2
Dv2
Dd1
Dv1
Dh1 Dh2 Dh3
Légende
base d'indice de fissuration bases de distancemètre
sonde de température
Description de l'instrumentation
Indice de fissuration : 1 base dans la zone la plus atteinte

- deux axes verticaux notés V1 et V2 de la gauche ves la droite
- un axe horizontal noté H
- un axe diagnonal noté D
Bases de distancemétrie à fil invar : 6 repères implantés formant 7 bases de mesure

-2 bases verticales notées Dv1 et Dv2 de gauche à droite
- 3 bases horizontales Dh1 à Dh3 de la gauche vers la droite
- 2 bases "diagonales" notées Dd1 et Dd2
Composition des bases
Dv1 H+A Longueur en m 1199,47
Dv2 2+H Longueur en m 3000,20
Dh1 4+A+B Longueur en m 4450,97
Dh2 H+A Longueur en m 1199,47
Dh3 H+F Longueur en m 1599,66
Dd1 4+D+A Longueur en m 4553,58
Dd2 4+G+A Longueur en m 5000,83
Température / hygrométrie :
Uniquement mise en place d'une sonde thermocouple (profondeur 3 cm)
41
Méthode 4
Le suivi dimensionnel de structure
par distancemétrie infrarouge
1. OBJET ET DOMAINE D’APPLICATION

La méthode de distancemétrie infrarouge décrite ci-après constitue l’une des applications
topométriques basées sur les techniques électro-optiques. Elle a pour objet de relever avec
une grande précision la longueur d’éléments de structure de moyenne ou de grande dimension
(de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres). Des relevés successifs étalés dans le temps
permettent ensuite de déceler et de quantifier les déformations linéaires des éléments instrumentés.
Cette technique est en particulier intéressante dans le cadre de l’expertise des ouvrages en béton
atteints de réactions de gonflement interne (RGI) telles que l’alcali-réaction ou la réaction sulfatique
[1] mais peut également être appliquée à tous types de structure dont on souhaite mesurer une
déformation globale sous d’autres effets : retrait du béton, fluage, etc.
À la différence de la méthode de mesure par distancemètrie à fil invar, la distancemétrie infrarouge
présente l’intérêt de s’affranchir de certaines contraintes d’accès à l’ouvrage notamment dans la
zone située entre les repères (passage de voies circulées, caténaires, etc.) et d’être applicable sur
des longueurs importantes pouvant dépasser la centaine de mètres. Elle peut être complémentaire
des méthodes habituelles de relevés d’ouvertures de fissures [2] ou de mesures de déformation sur
petite base par extensométrie.
Enfin, associé à un théodolite de base, le distancemétre infrarouge trouve également son utilité
en levés de points classiques pour des applications de mesure de convergence/divergence, de
profilométrie sur paroi, de vérification de stabilité de mur, etc.
[1] LCPC - Aide à la gestion des ouvrages atteints de réactions de gonflement interne, Guide technique,
66 p., Novembre 2003.
[2] LCPC - Détermination de l’indice de fissuration d’un parement de béton, Méthode d’essai LPC n° 47.
[3] Norme ISO 17123-4, Optique et instruments d’optique, Méthodes d’essai sur site des instruments
géodésiques et d’observation, Partie 4 : Télémètres électro-optiques (instruments MED).
3. PRINCIPE
La distancemétrie infrarouge s’appuie sur la mesure du temps de propagation aller et retour d’une
impulsion laser de lumière infrarouge entre un ensemble émetteur/récepteur fixé à une extrémité
de la base de mesure, et un miroir réflecteur catadioptrique fixé à l’autre extrémité de la base de
mesure, les deux extrémités de la base de mesure étant implantées sur l’ouvrage.
CHAPITRE 4 Le suivi dimensionnel de structure par distancemétrie infrarouge
42
4. MATÉRIELS ET FOURNITURES
Les matériels constituant la chaîne de mesures sont les suivants :
Matériels de base
h distancemètre infrarouge (par exemple : WILD Di2000) de caractéristiques minimales suivantes :
résolution : 0,1 mm, précision : ± 1 mm + 1 ppm (écart-type) (annexe 1, Fig. 21) ;
h support goniométrique du distancemètre orientable et réglable et son embase ;
h réflecteurs catadioptriques mono prisme (par exemple ; WILD GPH1) (annexe 1, Fig. 22 et 23) ;
h lunette de grossissement 8X avec réticule et renvoi d’angle pour visée du réflecteur ou émetteur
laser rouge pour matérialisation du faisceau infrarouge ;
h thermomètre aérien de résolution minimale 0,1 °C ;
h baromètre de résolution minimale 1 hPa ;
h hygromètre de résolution minimale 1 % ;
Consommables
h sondes thermo-hygrométriques internes de résolution minimale 0,1 °C et 1 % HR ;
h plaques support de distancemètre adaptées au modèle utilisé (annexe 1, Fig. 24) ;
h douilles topométriques de supports de réflecteur (annexe 1, Fig. 25) ;
h colle époxydique rapide ;
h visserie.
5. MODE OPÉRATOIRE
5.1. Implantation des bases et pose des supports des dispositifs de mesure
Une base de mesure distancemétrique est constituée d’un couple de supports pour l’émetteur
/récepteur et pour le réflecteur. Plusieurs bases peuvent partager un même support.
La localisation des bases est à déterminer en fonction :
h de leur représentativité par rapport à l’ensemble des désordres affectant la partie de structure
considérée ;
h du besoin de prendre en compte ou non les dimensions globales de l’élément (hauteur, largeur,
longueur, etc.) ;
h du mode de sollicitation de la partie d’ouvrage étudiée (traction, compression, cisaillement,
etc.) ;
h des désordres principaux (fissures, fractures, désaffleurements, etc.) ;
h des possibilités d’accès et de la nécessité d’assurer la conservation des repères en les préservant
des agressions de l’environnement et du vandalisme ;
h de la géométrie en place de la paroi par rapport aux possibilités de réglage des supports.
La plaque de base qui supporte l’émetteur/récepteur (noté E) est constituée d’une platine usinée en
acier protégée de la corrosion (cadmiage) ou en acier inoxydable. Cette platine adaptée au modèle
du distancemètre utilisé, présente un système de positionnement par butées et queue d’aronde
ainsi que des vis calantes pour le réglage fin en plan. La platine comporte également un filetage
permettant la fixation d’un réflecteur. La fixation de la platine sur le parement est assurée par deux
vis inox et des chevilles.
Le support du réflecteur (noté R) est constitué d’une douille topométrique à vis standard en bronze.
Celle-ci est scellée dans la paroi de béton à l’aide d’une colle époxydique rapide.
Sur la plaque de base, lors des mesures, vient se positionner une tourelle goniométrique supportant le
distancemètre. Cette tourelle permet une rotation sur 360° et est ajustable en profondeur sur plus ou
moins 10 mm. Sur la douille topométrique est vissé un tenon sur lequel est clipsé le réflecteur optique.
43
5.2. Implantation des sondes thermo-hygrométriques internes
Pour s’affranchir au mieux de fluctuations saisonnières, la dilatation du béton lors des mesures est
intégrée dans le calcul. Il convient donc pour cela de connaître la température réelle du béton au cœur
des éléments étudiés. L’humidité du béton étant un facteur connexe influençant le développement
des réactions de gonflement interne susceptibles de concerner l’ouvrage étudié, sa mesure peut être
utilement associée à celle de la température au moyen d’un capteur électronique mixte implanté en
profondeur.
Un exemple de dispositif est présenté sur la figure 26 (annexe 1). L’implantation de plusieurs sondes
en divers emplacements et sur d’autres profondeurs est également souhaitable.
5.3. Réglages du dispositif

Après durcissement des scellements, les matériels sont installés sur leurs supports et mis en service.
Puis il est procédé aux réglages fins de la réception du faisceau infrarouge du distancemètre vers le
ou les réflecteurs, par l’intermédiaire des trois vis calantes définissant ainsi le plan de l’émission et ce
jusqu’à l’obtention d’un signal de réception d’un niveau suffisant. En cas de difficultés d’alignement,
pour des distances importantes par exemple, on peut ajouter une lunette d’approche avec renvoi
d’angle, ou mieux équiper le distancemètre d’une diode émettrice laser visible de guidage.
5.4. Mesures
Pour chaque base, après réglage et obtention du niveau du signal requis l’acquisition des données
est lancée selon le mode choisi par le mesureur. La cohérence de la série de mesure est vérifiée et
l’on passe au réflecteur suivant en pivotant le distancemètre. Simultanément, à intervalles de temps
réguliers, on procède à l’acquisition des caractéristiques de l’atmosphère au voisinage de la zone
de mesure (température, hygrométrie, pression atmosphérique) et au cœur du béton (température,
hygrométrie).
Une correction des mesures effectuées est nécessaire en raison de l’incidence sur celles-ci, des
paramètres suivants :
h matériel : une constante selon le type de réflecteur utilisé. Elle est égale à 0 pour les mono prismes
circulaires habituellement utilisés en distances inférieures à 100 m ;
h atmosphère : un facteur d’échelle (en ppm) proportionnel à la distance est appliqué pour prendre
en compte les caractéristiques optiques de l’atmosphère qui dépendent de la pression atmosphérique,
de la température et de l’humidité). Cette correction est donnée dans la notice du matériel.
Un exemple de feuille de saisie des mesures est présenté en annexe 2.
6. INCERTITUDE
Les valeurs d’incertitude associées aux mesures dépendent des performances de la chaîne utilisée
mais sont normalement inférieures à 0,5 mm.
Une vérification régulière de la chaîne est à opérer conformément aux recommandations de la norme
internationale ISO 17123-4 [3].
La chaîne de mesure de distancemétrie ne nécessite aucune maintenance particulière hormis le
maintien des surfaces optiques en bon état de propreté. Les supports des bases, implantés à demeure
et bien que pourvus d’une protection contre l’oxydation, doivent être mis à l’abri des projections
d’eau, de la pollution et du vandalisme.
7. EXPLOITATION DES MESURES

Seule la température relevée au cœur du béton concernée par les mesures est prise en compte pour
corriger les mesures. Elle intervient dans la correction des longueurs enregistrées en appliquant la
valeur standard du coefficient de dilatation du béton soit 1,0 . 10-5 . m-1 . °C-1.
44
Les mesures de longueur ainsi corrigées peuvent être transcrites en variations rapportées à la
distance initiale, soit en valeurs absolues (en mm ou en μm) soit en valeurs relatives (en mm/m,
μm/m ou 10-6). Les variations annuelles peuvent également être calculées.
Lorsque la configuration des lieux le permet, une procédure de mesure par triangulation est possible :
après avoir installé le distancemètre sur un théodolite monté sur pied, le distancemètre est déporté
de la base de mesure dont les deux extrémités sont équipées de réflecteurs. Le distancemètre est
placé au plus près de l’axe passant par les deux réflecteurs de sorte que leurs visées se fassent avec
un écart angulaire le plus faible possible afin de minimiser l’incidence des erreurs sur les angles dont
les relevés sont moins précis que les distances. La distance entre les repères est alors donnée par la
différence des deux distances « distancemètre – réflecteurs » en appliquant la correction des angles
verticaux et horizontaux de visée données par le théodolite. La distance D entre deux réflecteurs est
alors donnée par l’expression:
D = (d12 + d22 – 2 d1 d2 (cosH.cosV1.cosV2 + sinV1.sinV2)) 1/2
Avec : d1, d2 = distances obliques (théodolite – réflecteurs 1 et 2)
H = angle de la projection sur le plan horizontal (réflecteur 1 - théodolite -
réflecteur 2)
V1, V2 = angles verticaux (réflecteurs 1 et 2 - théodolite – plan horizontal)
Cette procédure est à appliquer notamment dans les cas où il est impossible d’obtenir un alignement
en plan satisfaisant des supports d’émetteur et réflecteur.
8. EXEMPLE D’UTILISATION DE LA MÉTHODE

Une application privilégiée de la distancemétrie est le suivi des structures atteintes de réactions
de gonflement interne (RGI). Lorsque l’existence de tels phénomènes est décelée ou soupçonnée, il
est indispensable de connaître la vitesse avec laquelle les gonflements se manifestent sur l’ouvrage
pour aider au choix des suites à donner. Lorsqu’un ouvrage touché par ces réactions est traité, par
exemple par application d’un traitement d’imperméabilisation de surface, il est nécessaire d’évaluer
l’efficacité de la réparation dans le temps. Une telle démarche est illustrée par le cas réel suivant :
Le tablier en béton armé d’un ouvrage autoroutier (annexe 3, Fig. 27) construit en 1976, a présenté,
une dizaine d’années après sa construction, des symptômes de développement de réactions de
gonflement interne (fissuration évolutive multidirectionnelle et généralisée (annexe 3, Fig. 28) sans
explication d’ordre mécanique). Les expertises confirment la présence d’une alcali-réaction intense
couplée à une réaction sulfatique interne. Alors que deux autres ouvrages de la même série de
construction, nettement plus dégradés doivent être détruits, le gestionnaire tente la réparation du
tablier de l’ouvrage par colmatage des fissures, réfection de l’étanchéité de l’extrados et ajout d’un
enduit mince d’imperméabilisation en intrados de type liant hydraulique modifié (annexe 3, fig. 29).
À la suite de ce traitement, un programme de suivi de caractéristiques mécaniques et géométriques
de l’ouvrage est engagé. Celui-ci comprend, à intervalles de temps réguliers, des épreuves de
chargement et des mesures dimensionnelles globales au distancemètre infrarouge. Les résultats de
cette campagne de distancemétrie sont présentés ci-après.
La figure 20 ci-après montre la disposition des cinq bases de mesure implantées sur le tablier de
l’ouvrage. Sur les cinq bases, toutes implantées en intrados, trois sont longitudinales, deux sous les
encorbellements et une en axe des deux travées centrales. Deux bases transversales sont implantées
à proximité de chaque extrémité du tablier. Un suivi de ces bases a été mené pendant quatre ans à
raison de deux mesures par an. Le résultat de l’ensemble des mesures corrigées thermiquement est
représenté sous forme de graphiques à la figure 30 de l’annexe 3 et synthétisé dans le tableau I.
En résumé on observe une infime tendance à un allongement des bases longitudinales et à un
très faible raccourcissement des bases transversales. Ces déformations sont minimes et hors de
proportion avec celles que peuvent engendrer les RGI (plusieurs mm/m/an). On peut donc penser
que les réactions de gonflement sont maintenant arrêtées, soit naturellement par épuisement des
réactifs en jeux, soit par l’action positive des réparations effectuées, soit par la conjonction de ces
deux éléments. Un suivi à plus long terme serait évidemment souhaitable pour confirmer ces
conclusions.
45
Fig. 20 - Implantation des bases de mesures distancemétriques sur l’ouvrage.
Tableau I - Variations dimensionnelles enregistrées sur le tablier d’un ouvrage autoroutier durant 4 ans
Longueur Allongement
Base Implantation des bases initiale moyen annuel
(m) (μm/m)
E1-R1 Longitudinale en encorbellement de dalle ouest 67 m 0,9
E2-R2 Longitudinale en encorbellement de dalle est 67 m 0,1
E3-R3 Transversale en extrémité coté sud 7m -12,4
E4-R4 Transversale en extrémité coté nord 7m -18,3
E5-R5 Longitudinale en axe de dalle entre pile P1 et P3 44 m 2,3
On peut aussi observer, lors de ces mesures que des fluctuations saisonnières subsistent en dépit
de corrections de température appliquées. Ceci met en évidence la nécessité de n’interpréter
formellement une campagne de distancemétrie qu’à l’issue d’un nombre suffisant de mesures (cinq
au minimum) étalées sur une durée suffisante (deux ans au minimum).
Contacts
Fax : 03.20 50 55 09

Fax : 01.40.43.65.20
46
Annexe 1
Figure 21 - Distancemètre électro-optique infrarouge à poste sur

un mur (l’appareil est monté sur un support goniométrique fixé
sur une embase, elle-même fixée sur une plaque de base).
Figure 22 - Réflecteur catadioptrique mono prisme

fixé sur un intrados de tablier.
Figure 23 - Réflecteur catadioptrique mono

prisme monté sur une plaque support
de distancemètre.
47
(suite)
Annexe 1
Figure 24 - Plaque support de distancemètre.
Figure 25 - Douille topométrique (à gauche) et support de réflecteur (à droite)
Figure 26 - Exemple de sonde thermo hydrométrique interne au béton.

48
Annexe 2
Feuille de saisie des mesures

CHAPITRE 4
Relevé de mesure au distancemètre infrarouge
Ouvrage : Date :
Coefficient de dilatation du béton :
Correctif
(cm) Distance
Distance lue Niveau du Temps béton
Parcours Heure N° de prisme corrigée Opérateur
(cm) signal (°C)
Temps HR P Atmos. (cm)
Atmos. Dilat.
(°C) (%) (hPa)
Le suivi dimensionnel de structure par distancemétrie infrarouge
Observations ....................................................................................................................................................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................................................................
49
Exemple d’application de la méthode
Annexe 3
Figure 27 - Ouvrage autoroutier suivi par distancemétrie.
Figure 28 - Aspect de l’extados du tabler après dépose

de la chape.
Figure 29 - Traitement d’imperméabilisation

de l’intrados du tablier de l’ouvrage.
50
3,0
base longitudinale E1-R1 (67m)
2,0
(suite)
1,0
0,0
Annexe 3
-1,0
-2,0
3,0
-3,0
2,0
1,0
0,0
-1,0
-2,0
-3,0
3,0
Variations absolues de longueur (mm)
base transversale E3-R3 (7m)

2,0
1,0
0,0
-1,0
-2,0
-3,0
3,0
base transversale E4-R4 (7m)
2,0
1,0
0,0
-1,0
-2,0
-3,0
3,0
2,0
1,0
0,0
-1,0
-2,0
-3,0
/92
/92
/93
/93
/94
/95
/96
/96
Figure 30 - Variations mesurées après correction thermique des distances sur le tablier
d’un ouvrage autoroutier durant 4 ans.
51
Méthode 5
Le suivi dimensionnel de structure
par planimétrie laser
1. OBJET - DOMAINE D’APPLICATION

La méthode a pour objet de relever les caractéristiques géométriques d’une partie d’ouvrage
sensiblement plane de grandes dimensions telles que l’horizontalité, la verticalité, la planéité, le
déversement, le bombement, etc. De telles mesures trouvent leur utilité dans l’expertise de structures
présentant ou susceptibles de présenter des déplacements où des déformations anormales par suite
de sollicitations externes (surcharges, tassements, ruptures d’armatures, poussée des terres, etc.) ou
internes (fissuration, gonflement par alcali-réaction, réactions sulfatiques, etc.).
Cette méthode s’applique plus particulièrement aux murs de soutènement (notamment ceux en terre
renforcée par des armatures), aux murs de culées (murs de front, murs en aile ou en retour), mais
également aux intrados de tabliers de pont.
[1] LCPC, Aide à la gestion des ouvrages atteints de réactions de gonflement interne, Guide technique,
66 p., novembre 2003.
[2] Guide technique, Ouvrages de soutènement, Recommandations pour l’inspection détaillée, le suivi et
le diagnostic des ouvrages de soutènement en remblai renforcé par des éléments métalliques, LCPC, 102 p.,
juillet 2003.
3. PRINCIPE
Un plan horizontal ou vertical est généré par le balayage rotatif d’un rayon laser parallèlement
au parement à étudier. L’écart entre ce plan et un maillage de points implantés sur le parement à
étudier ainsi que quelques points fixes de référence est relevé au moyen d’une mire à récepteur
laser. La géométrie réelle de la paroi est alors reconstituée et positionnée par rapport au référentiel
défini par le rayon laser.
Les matériels constituant la chaîne de mesures sont les suivants :
Matériels de base :
h Laser plan rotatif automatique avec trépied spécifique lourd, précision minimale 0,5 mm à 10 m
(Fig. 31, Annexe 1) ;
CHAPITRE 5 Le suivi dimensionnel de structure par planimétrie laser
52
h Une mire avec récepteur de faisceau laser de précision minimale 1 mm (Fig. 32 et 33, Annexe 1).
Petits matériels et consommables :
h Repères de nivellement (clous d’arpentage) ;
h Cordeau à tracer ;
h Décamètre à ruban ;
h Thermomètre aérien de résolution minimale 0,1 °C ;
h Marqueurs etc.
5. MODE OPÉRATOIRE
5.1 Implantation des bases et pose des supports

des dispositifs de mesure.
Le nombre et la position des points implantés est variable et dépend de l’importance et de la
géométrie de la structure étudiée, de l’orientation des déformations actuelles et de leur évolution
attendue, de la précision des résultats souhaitée mais aussi du problème posé (expertise sommaire
ou approfondie, durée du suivi, nature et causes de désordres, etc.).
Les points peuvent ainsi être implantés sur tous les noeuds d’un corroyage de 2 × 2 m, 1 × 3 m
(Fig. 34, Annexe 1), ou sur un axe défini, ou encore en des emplacements particuliers (angles, lèvres
de fissures, bordure d’écaille de mur en terre armée, etc.).
Dans le cas d’expertise d’un mur de soutènement en remblai renforcé par des éléments métalliques,
structure pour laquelle cette méthode est bien adaptée, les repères peuvent par exemple être
implantés sur un axe vertical centré sur un empilement d’écailles tous les n modules comme présenté
sur l’un des exemples cités ci-après (Fig. 39, Annexe 2).
Les possibilités d’accès et les moyens disponibles sont également à prendre en considération dans
l’implantation des bases de mesure.
Il convient également de prévoir l’implantation, dans le champ de mesure, de 2 ou 3 points fixes
situés de préférence hors d’une zone de déplacement (base du mur, semelle, piédroit connexe,
renfort, appui, etc.) afin de définir les plans de référence. Un plan de référence vertical doit passer
par deux points fixes écartés mais situés à un même niveau (Fig. 35-1 et 35-2, Annexe 1) : points R1
et R2) ; ce plan vertical n’est donc pas nécessairement parallèle au plan laser. Un plan de référence
horizontal n’est défini que par un seul point fixe (Fig. 35-3, Annexe 2) : point R). Chaque point de
mesure est repéré et est matérialisé durablement par le scellement d’un clou topographique sur
le parement. Dans le cas où il n’est pas prévu de suivi ultérieur, un simple traçage d’une croix au
marqueur suffit.
5.2 Mesures
L’émetteur est posé sur un trépied ou sur un support fixé au parement ou encore directement sur
le sol si celui-ci est stabilisé (Fig. 36, Annexe 1). Son implantation se situe en général au milieu
du parement à étudier. Le plan laser est positionné à une distance du parement et des points de
référence compatible avec la planéité du parement et avec la course du récepteur laser. Si plusieurs
mises en station sont nécessaires, par exemple dans la cas d’un parement vertical courbe, chaque
nouvelle station aura au moins un point de référence en commun avec la précédente afin d’assurer
une continuité des mesures. L’ordre de relevé dépend des moyens d’accès utilisés, et il est important
qu’il soit méthodique afin d’éviter les erreurs d’identification. Le récepteur laser est positionné sur
le point de mesure perpendiculairement au plan laser. Chaque valeur d’écart parement/plan relevée
est notée ou mémorisée dans l’appareil.
53
6. INCERTITUDE
Les valeurs d’incertitudes associées aux mesures dépendent des performances de la chaîne utilisée
et sont normalement comprises entre +1 mm et +3 mm selon la distance émetteur-récepteur.
Comme tout instrument de mesure, la chaîne de mesure est à étalonner et à vérifier régulièrement.
L’étalonnage est du ressort d’un spécialiste mais la vérification peut être menée directement par
l’utilisateur. Un exemple de procédure simple de vérification qui peut être adopté est décrit ci-
après :
h placer deux repères fixes au sol à des niveaux légèrement différents dans un lieu abrité ;
h effectuer dix séries de relevés de niveau de ces repères en plaçant l’émetteur laser en mode
plan horizontal à chaque fois dans une position différente, à une distance de 10 à 20 m des deux
repères ;
h calculer les dix valeurs de différences de niveau entre les deux repères et l’écart type correspondant.
Celui-ci doit alors être inférieur ou proche de l’incertitude théorique donnée par le constructeur
(en général + 1 mm à + 3 mm selon la distance émetteur-récepteur), et voisin aussi de la dispersion
mesurée lors d’une vérification antérieure.
h La vérification en mode plan vertical est basée sur le même principe mais un troisième point
doit être ajouté. Sur un mur vertical deux points sont placés sur une même ligne horizontale, ils
définissent le plan vertical de référence. Les écarts du troisième point avec ce plan sont alors relevés
à dix reprises en déplaçant à chaque fois l’émetteur.
7. EXPLOITATION DES MESURES

Les données collectées sont ensuite traitées sur un tableur de manière à restituer les résultats
sous forme de tableaux et de courbes de profils verticaux ou horizontaux. Les données brutes qui
correspondent, pour chaque point, à l’écart entre le parement et le plan laser sont transformées en
écarts entre le parement et le plan de référence. La température de l’air relevée lors des mesures n’a
pas d’influence significative sur les mesures pour autant que celle-ci se situe dans une plage normale
(de 10 à 25 °C). Au-delà, une correction des mesures peut se révéler nécessaire selon le coefficient de
dilatation de la mire utilisée.
8. EXEMPLES D’UTILISATION DE LA MÉTHODE

Deux exemples sont exposés ci-après :
• Le premier concerne un mur en remblai renforcé par des armatures métalliques (ouvrage A). Ces
ouvrages sont des structures assez souples et déformables, mais des mouvements trop importants
peuvent être le signe précurseur de désordres beaucoup plus graves pouvant mettre en cause la
stabilité de l’ouvrage (Fig. 37, Annexe 1). Un suivi géométrique dans le temps de ces ouvrages est
donc fréquemment réalisé, celui-ci peut efficacement s’appuyer sur la planimétrie laser.
L’ouvrage A construit en 1983 a présenté progressivement des mouvements horizontaux importants
et quelques ruptures d’écailles (Fig. 38, Annexe 2). Il a été mis sous suivi géométrique annuel
à partir de 1991. Les relevés planimétriques initiaux et finaux (Fig. 39, Annexe 2) présentés sous
forme de profils verticaux (1991 : courbes bleue, 2001 : courbes rouges) ont cependant montré que,
sur cette période de 10 années, l’évolution était faible ce qui indiquait que les déformations étaient
maintenant stabilisées.
• Le deuxième exemple porte sur un passage supérieur autoroutier (ouvrage B) atteint de réaction
de gonflement interne (Fig. 40, Annexe 2). L’un des murs de culée de cet ouvrage construit en 1970
présente un réseau particulièrement dense de fissures multidirectionnelles (Fig. 41, Annexe 2) et des
déformations suspectes. Un suivi de la fissuration a été effectué à partir de 1989 et a été complété par
des mesures de la stabilité verticale du mur effectuées par planimétrie en 1991, 1994 et 1997 (Fig. 42,
Annexe 2). Une absence d’évolution des deux profils verticaux est finalement constatée durant les
six années de mesure (Fig. 43, Annexe 2). Cette information sur le comportement réel de l’ouvrage,
54
qui est essentielle pour le gestionnaire au plan de la sécurité, s’est également avérée très utile pour
l’organisation ultérieure de la maintenance.
Contacts
Fax : 03.20 50 55 09

Fax : 01.40.43.65.20
55
Photos et figures du distancemètre et de ses accessoires
Annexe 1
Figure 31 - Émetteur laser en position plan vertical Figure 32 - Mire récepteur de faisceau laser
(modèle SPECTRA PHYSICS). (modèle CILAS).
Figure 33 - Récepteur de faisceau laser monté sur mire (modèle NEDO).
A B
C
D
E
F
G
Figure 34 - Relevés par planimétrie et nivellement laser.

56
(suite)
Annexe 1
Figure 35 - Relevés par planimétrie et nivellement laser.

57
(suite)
Annexe 1
Figure 36 - Planimétrie sur mur en remblai
renforcé par des éléments métalliques.
Figure 37 - Effondrement d’un mur en remblai renforcé

par des éléments métalliques.
58
Exemples d’utilisation de la planimétrie
Annexe 2
Figure 38 - Ouvrage A - Un des murs en remblai renforcé par des

armatures métalliques suivi par planimétrie.
Figure 39 - Ouvrage A - Exemples de profils de déformation suivis pendant 10 ans.

59
(suite)
Annexe 2
Figure 40 - Ouvrage B - Mur de culée atteint de réaction de gon-
flement interne suivi par planimétrie - Position des profils de
mesure P1 et P2.
Figure 41 - Ouvrage B - Détail de la fissura- Figure 42 - Ouvrage B - Mesure planimétri-

tion au voisinage du profil P1. que en cours sur le profil P2.
60
(suite)
Annexe 2
Figure 43 - Ouvrage B - évolution sur six années (1991 à 1997) des deux
profils P1 et P2.
Document publié par le LCPC sous le numéro C1502549

Conception et réalisation LCPC-DISTC, Marie-Christine Pautré
Infographie LCPC-DISTC, Philippe Caquelard
Impression Jouve N°
Dépôt légal 4e trimestre 2009
GT RGI.qxd 09/12/2009 10:36 Page 1
techniques et méthodes
des laboratoires des ponts et chaussées

Le présent guide technique est un recueil de cinq méthodes de mesures utilisées pour effectuer le
suivi des déformations locales ou globales des structures, le suivi de leur déformée ou de leur
fissuration : la mesure de l'ouverture de fissures par macrophotographie numérique, la mesure de
déformation à l'aide de l'extensomètre type LCPC de base 400 mm, le suivi dimensionnel à l'aide du
distancemètre orientable à fil d'invar, le suivi dimensionnel par distancemétrie infrarouge et le suivi
dimensionnel par planimétrie laser.
Ces méthodes présentent un grand intérêt pour le diagnostic et la surveillance métrologique des
ouvrages et de façon plus générale pour le contrôle de santé des ouvrages. Elles ont un vaste
champ possible d'applications dans le domaine des ouvrages d'art (ponts, tunnels, ouvrages de
soutènement des terres) et plus largement dans le domaine des structures de génie civil et des
grands bâtiments. Elles sont particulièrement utilisées pour le suivi des structures en béton atteintes
de réaction de gonflement interne, en accord avec la méthodologie de gestion décrite dans le guide
technique d'aide à la gestion des ouvrages atteints de réaction de gonflement interne du béton publié
par le LCPC en 2003.
This technical guide is a collection of five methods of measurement used to monitor local or global
strains in structures, as well as their deformation or cracking: the measure of the crack width by
digital macrophotography, the measurement of local deformations using the LCPC extensometer of
base 400 mm, the monitoring of global deformation using an invar wire-distancemeter, the monitoring Guide technique
of global deformation by infrared distancemeter and the dimensional monitoring by laser planimetry.
These methods are of great interest for diagnosis and metrological monitoring of structures and more
generally for their health monitoring. They have a wide range of possible applications in the field of
transportation structures (bridges, tunnels, earth retaining structures) and more widely in the field of Méthodes de suivi dimensionnel
civil engineering structures and major buildings. They are particularly used for monitoring concrete
structures affected by internal swelling reaction, in agreement with the management methodology
described in the technical guide for aiding to management of structures affected by internal swelling
des structures
reaction of concrete published by the LCPC in 2003.
Avec application aux structures atteintes de

réaction de gonflement interne du béton
ISSN 1151-1516
Réf : SUIVIDIM
Prix : 35 Euros HT

GuideTechnique LCPC SUIVIDIM

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qxd 09/12/2009 10:36 Page 1

Méthodes de suivi dimensionnel et de suivi de la fissuration des structures

Avec application aux structures atteintes de

Le patrimoine scientifique de l'Ifsttar

Institut Français des Sciences et Techniques des Réseaux,

Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

sous la direction de M. Bruno Godart (LCPC).

Pour commander cet ouvrage :

Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

En couverture : Mise en œuvre du distancemètre à fil d’invar sur un pont en maçonnerie.

Présentation par M. Bruno Godart ....................................................................................................... 7

MÉTHODE 1 - La mesure de l’ouverture de fissures par macrophotographie

MÉTHODE 2 - La mesure de déformation à l’aide de l’extensomètre

MÉTHODE 4 - Le suivi dimensionnel de structure par distancemétrie

1. OBJET - DOMAINE D’APPLICATION

B. GODART - 01.40.43.53.32 - bruno.godart@lcpc.fr

Figure 1 - Ensemble du matériel.

Figure 2 - Dispositif en position de mesure.

Figure 4 - Exemple d’une fissure aux lèvres irrégulières.

Figure 5 - Suivi dans le temps de l’ouverture d’une fissure.

1. OBJET – DOMAINE D’APPLICATION

Plans LCPC n° Désignation

Conditionneur Militron 1234 IC

Palpeur inductif Feinprüf n°1303

Accessoires mis au point par le LCPC

5.1. Préparation des bases en Laboratoire

5.3. Réalisation des mesures sur les bases

Quelques précisions et conseils

• Le choix du calibre dépend de l’amplitude des déformations attendues. En général, le calibre

7.1 Présentation des résultats

Un modèle de tableau de relevé figure en annexe 1.

Exemple d’application numérique

B. GODART 01.40.43.53.32 bruno.godart@lcpc.fr

Tableau de relevé de mesures type

Valeurs lues en μm Variations en μm / Variatons en μm/m/

Variations de défomation compensées

Photos de l’extensomètre et de ses accessoires 23

Figure 7 - Bases à sceller.

Figure 8 - Extensomètre positionné sur le barreau de silice.

Figure 9 - Détail de la zone d’appui de l’extensomètre.

Figure 10 - Détail de la zone d’appui de l’extensomètre.

Figure 11 - En haut : Barreau de silice - En bas : Barreau de réglage.

Figure 12 - En haut : corps de mannequin - En bas : mannequin

Figure 13 - Extensomètre en position sur des bases de contrôle

1. OBJET – DOMAINE D’APPLICATION

4.1. Lot de mesure de distancemètre type D01

4.2. Appareils de mesure de la température

5. CONTRÔLES DU MATÉRIEL ET INCERTITUDE

6. MODES OPÉRATOIRES ET INTERPRÉTATIONS

6.1. Suivi de la géométrie d’une section

6.1.2. Position des points

6.1.3. Scellement des points

6.1.4. Mise en place de sondes de température

6.1.5. Détermination du mouvement des points

(D1-2 ²  D1-i ² - D 2-i ²)

6.2.2. Position des points

6.2.3. Scellement des points

6.2.4. Mise en place de sondes de température

(D1-2 ² D1-i ² - D 2-i ²)