publication . Doctoral thesis . 2020

Technologie à base de nano-capteurs pour le monitoring des routes

Barriera, Maria;
English
  • Published: 18 Dec 2020
  • Publisher: HAL CCSD
  • Country: France
Abstract
The road network is one of the major assets in our countries. The assessment of pavement conditions and their evolution with time is essential for the establishment of cost-effective maintenance plans. In this respect, pavement instrumentation allows remote and continuous monitoring with no traffic disruption. However it remains a major scientific and technological challenge in terms of devices resilience to the harsh road environment as well as of strategies for sensor data interpretation. The overall goal of this thesis is to prove the feasibility of embedded pavement monitoring by demonstrating the exploitability of embedded sensor data to assess road ageing, and by providing a high performance, low intrusiveness technology. We propose, via an accelerated pavement test, a validation of asphalt strain gauges as monitoring method for fatigue prediction in a road pavement. Thus, we further explored the use of embedded sensors for inverse calculation of pavement mechanical conditions via the instrumentation of an existing road with a network of asphalt strain gauges. The same trial section was the environment for a first validation of a novel sensing technology based on the use of nanocarbon-based flexible strain sensors, later tested under an accelerated pavement test. Thereby we demonstrated how the proposed nanotechnology can overcome some of the drawbacks of existing sensing devices in terms of geometry, compatibility with the road environment, and sensitivity.; Le réseau routier est l'un des atouts majeurs d'un pays. L'évaluation de l’état structurelle des infrastructures de transport routier et de leur évolution dans le temps est essentielle pour l'établissement de plans d'entretien rentables. À cet égard, l'instrumentation des chaussées permet une surveillance continue et à distance sans interruption de la circulation. Cependant, l'instrumentation reste un défi scientifique et technologique majeur en termes de résilience des dispositifs ainsi que de stratégies d'interprétation des données des capteurs. L'objectif global de cette thèse est de prouver la faisabilité du monitoring des routes par technologies de détection embarquées en démontrant l'exploitabilité des données de capteurs pour évaluer le vieillissement de la route et en fournissant une technologie à haute performance et faible intrusion. Nous proposons, via un essai accéléré à l'échelle 1, une validation des jauges de déformation pour la prédiction de l'endommagement par fatigue d'un revêtement routier. Ainsi, nous avons exploré l'utilisation de capteurs embarqués pour le calcul inverse des conditions mécaniques de la chaussée via l'instrumentation d'une route existante avec un réseau de jauges de déformation. La même section d'essai a servi d'environnement pour une première validation d'une nouvelle technologie de détection basée sur l'utilisation de capteurs de déformation flexibles à base de nanocarbone, testés plus tard dans la chaussée dans le cadre d'un essai accéléré. Nous avons ainsi démontré comment la nanotechnologie proposée pouvait répondre aux enjeux de l’instrumentation des chaussées en termes de géométrie, de compatibilité avec l'environnement routier, et de sensibilité.
Subjects
free text keywords: Road pavement, Monitoring, Instrumentation, Modelling, Nanotechnology, Chaussée, Modélisation, Nanotechnologie, [SPI.GCIV.IT]Engineering Sciences [physics]/Civil Engineering/Infrastructures de transport, [PHYS.MECA.STRU]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Mechanics of the structures [physics.class-ph], [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [INFO.INFO-ES]Computer Science [cs]/Embedded Systems
Related Organizations
Funded by
EC| SMARTI ETN
Project
SMARTI ETN
European Training Network on Sustainable Multi-functional Automated Resilient Transport Infrastructures.
  • Funder: European Commission (EC)
  • Project Code: 721493
  • Funding stream: H2020 | MSCA-ITN-ETN
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Context: Road pavement monitoring and nanotechnologies.......................................... 1 Notions of pavement design .......................................................................... 25 1.6.2.1 The Virginia Smart Road (Al-Qadi et al., 2004) ................................... 37 1.6.2.2 Test section in the State of Maine (Swett et al., 2008) .......................... 38 1.6.2.3 State of Virginia: instrumentation of Route 114 in Christiansburg (L.

Wang et al., 2012) ................................................................................................... 40 1.6.2.4 The instrumentation of the A41N highway in France (Gaborit et al., 2014) 42

1.6.2.5 SMARTVIA®, the smart road (Pouteau et al., 2016) ........................... 43 1.6.2.6 Instrumented test section in China (Ai et al., 2017) .............................. 44 1.6.2.7 Monitoring of the motorway A10 in France (Juliette Blanc et al., 2017) 45

For deployment in the pavement.......................................................... 142 4.2.4 Deployment in the pavement....................................................................... 145 4.3 Device characterizations ..................................................................................... 148 Conclusions......................................................................................................... 166 Perspectives ........................................................................................................ 171 Appendix 1.......................................................................................................... 174 Appendix 2.......................................................................................................... 175 Appendix 3.......................................................................................................... 178 7.1.1 Published papers

M. Barriera, B. Lebental & S. Pouget (2019): Towards road pavement response under moving loads, Road Materials and Pavement Design, DOI: 10.1080/14680629.2019.1588780

Barriera, M.; Pouget, S.; Lebental, B.; Van Rompu, J. In Situ Pavement Monitoring: A Review. Infrastructures 2020, 5, 18.

2020. Monitoring des infrastructures routières: évaluation d'une solution innovante. Revue Générale des Routes et de l'Aménagement, Issue 973, pp. 47-51.

Barriera M., Blanc J., Chailleux E., Pouget S., Van Rompu J., Lebental B. (2020) Procedure for Temperature Correction of Strains Measured in a Road Pavement. In: Chabot A., Hornych P., Harvey J., Loria-Salazar L. (eds) Accelerated Pavement Testing to Transport Infrastructure Innovation. Lecture Notes in Civil Engineering, vol 96. Springer, Cham.

https://doi.org/10.1007/978-3-030-55236-7_50

Infrastructures 2020, 5, 4.

7.2 Presentations in conferences and workshops  The 7th World Conference on Structural Control and Monitoring (7 WCSCM), Qingdao, China, July 2018.

 Journée des thésards Eiffage, Corbas, France, October 2018 and November 2020.  Poster at Journée de rentrée de l'EDI 2018, Palaiseau, France, November 2018.  2018 STA (Smart Transport Alliance) Annual Conference & Innovation Awards, Brussels, Belgium, November 2018.

 Poster at JTR (Journées Techniques Routes) 2019, Nantes, France, February 2019.  The 8th EATA (European Asphalt Technology Association) Conference 2019, Granada, Spain, June 2019.

 SMARTI webinar with Highways England, September 2020.

AASHTO. (1990). AASHTO Guidelines for Pavement Management Systems (A. A. of S. H. and T. Officials (ed.)). Washington, D.C, USA: American Association of State Highway and Transportation Officials.

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