Tomographie
Moniteur ultrasonique pour trous transversaux - CHUM
(Testeur CSL) avec prise en charge de la tomographie
Tomographie
[Présentation générale] [En temps réel] [Logique floue] [Paramétrique] [Inversion de matrice] [3D] [Tranches horizontales] [Données supplémentaire]
Présentation générale :
Alors que la méthode CSL normale (1D) ne peut montrer que la profondeur d'une anomalie, la tomographie peut aider à visualiser la forme, la taille et l'emplacement des anomalies. Il s'agit d'une méthode d'analyse et de présentation via capture de données CSL, qui affiche les résultats enregistrés dans un plan bidimensionnel (2D) ou un plan tridimensionnel (3D).
Qu'est-ce qui est calculé ?
Certaines des techniques de tomographie décrites ici sont linéaires - en supposant que les ondes se déplacent en lignes droites. La tomographie utilise généralement les données de vitesse ou d'énergie. Pour les convertir en quantités linéaires, le temps de propagation est utilisé pour la vitesse et l'atténuation est utilisée pour l'énergie.
Des techniques de tomographie plus avancées utilisent l'analyse des rayons courbés et du front d'onde via une approche itérative.
Dans le CHUM (Contrôleur sonique pour trous transversaux) l'opérateur peut choisir la tomographie basée sur le FAT (Premier Temps d’Arrivée), sur l'atténuation ou sur une combinaison des deux.
Enregistrement des données :
Plusieurs méthodes d’enregistrement des données existent :
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L’encodeur de profondeur simple (non utilisé par le CHUM) avec lequel la section est enregistrée trois fois : horizontalement, à +45° et à -45°. Les trois coupes transversales sont combinées lors d'une phase de post-traitement. La distribution de l'information est uniforme sur toute la coupe, et ne se concentre pas sur les zones suspectes. (Voir l’image 1-1).
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L’encodeur double profondeur : les données horizontales et diagonales sont enregistrées dans la même section. L'opérateur collecte beaucoup plus d'informations sur les défauts, sous tous les angles, et une quantité normale de données dans les sections saines du pieu, cela se traduit par une meilleure résolution et un ensemble de données plus compacts (avec une meilleure distribution des informations) (Voir l’image 1-2)
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Plusieurs récepteurs : qui sont enchaînés à des distances fixes sur la même chaine, les données collectées sont les mêmes qu'en (1), la section n’a besoin d’être enregistrée qu’une fois. Cette méthode, populaire en géophysique, est peu utilisée en pieux.
Image 1-1
Image 1-2
Le CHUM utilise les algorithmes de tomographie suivants : Temps Réel, Logique Floue, Paramétrique et Inversion Matricielle. Le CHUM prend également en charge la Tomographie 3D et en Tranches Horizontales.
Vous trouverez ici (téléchargements/TomographyDemo.exe) une animation de démonstration (sans aucune configuration requise !) du processus de collecte de données de tomographie.
Tomographie à logique floue:
(Exclusif au CHUM)
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L'idée de base : un pixel est aussi solide*/bon* que la meilleure* impulsion qui le traverse.
Tous les termes marqués d'un * sont des valeurs floues : 0,0 signifie faux, 1,0 signifie absolument vrai. 0,5 peut être interprété comme "peut-être" et 0,9 comme "très probablement". Le tableau suivant résume les valeurs logiques utilisés :
p and q | p or q | not(p) |
|---|---|---|
L'algorithme (version simplifiée) :
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Trouvez la valeur FAT (Premier Temps d’Arrivée) / Atténuation « X » la plus courante parmi toutes les impulsions horizontales. Étant donné que les pieux sont pour la plupart solides en réalité, cette valeur représente un bon* béton.
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Pour chaque impulsion (y compris les diagonales), attribuez une valeur représentant sa qualité*. 0=mauvais béton, 1=aussi solide que X. la valeur peut être calculée par FAT, atténuation ou une combinaison des deux (commande de l'opérateur).
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Décomposez le pieu en pixels, pour chaque pixel, trouver toutes les impulsions qui le traversent.
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Un pixel est bon* si au moins une des impulsions qui le traversent est bonne ("ou" en logique flou).
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Le CHUM utilise en fait une méthode récursive plus rapide, utilisant une taille de pixel variable :
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Commencez en prenant toute la section transversale comme un seul "pixel".
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Si toutes les impulsions traversant le pixel actuel concordent*, ou si le pixel est suffisamment petit, alors :
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Ce pixel est fait - et colorié en fonction de la valeur des impulsions ;
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Sinon :
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Divisez le pixel en deux pixels (verticalement ou horizontalement, selon les proportions) et soumettez chacun des pixels à l'étape 2.
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L'image de droite montre les pixels qui ont été utilisés pour produire une tomographie. La majeure partie du pieu est solide et divisée en gros pixels. Les zones contenant des données à la fois bonnes* et mauvaises* sont divisées en pixels plus petits jusqu'à ce que les pixels soient suffisamment petits ou que toutes les impulsions qui les traversent concordent*.
Comparé aux pixels de taille fixe, le nombre total de pixels est très petit et les plus petits pixels sont beaucoup plus petits. La méthode de la taille variable de pixel présente un avantage considérable à la fois en temps de calcul et en résolution.
Le CHUM filtre également les impulsions avant d’examiner un pixel, pour réduire la sensibilité au bruit. Les détails du filtre ne sont pas présentés ici par souci de brièveté.
Avantages :
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Rapide et intuitif.
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Excellent rapport coût / bénéfice.
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Très facile à comprendre.
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Visualisation facile des résultats sur le terrain et obtention d’un retour immédiat.
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Pas de coût supplémentaire encouru
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Inconvénients :
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Affiche toujours une petite ombre fantôme triangulaire
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Peut être sensible au bruit (un filtrage adéquat réduira ce bruit considérablement)
Inconvénients:
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Affiche toujours une petite ombre fantôme triangulaire
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Peut être sensible au bruit (un filtrage adéquat réduira ce bruit considérablement)
Tomographie en temps réel :
(Exclusif au CHUM)
La tomographie en temps réel permet de visualiser la forme du défaut pendant l'enregistrement. L'opérateur commence avec les deux sondes en bas du pieu et commence alors à les remonter. Lorsqu’il rencontrera un défaut, celui-ci apparaîtra comme un vide sur toute la largeur. À ce stade, l'opérateur commence à abaisser et à relever un ou les deux câbles pour faire des enregistrements en diagonale. Ce faisant, la forme du défaut est dessinée à l'écran. Une fois terminé, le post-traitement, utilisant n'importe quelle méthode de tomographie, peut être appliqué aux données enregistrées.
La tomographie en temps réel du CHUM est une version simplifiée de la tomographie à logique floue, qui ne nécessite pas d'ordinateur haut de gamme pour permettre des calculs complexes en temps réel.
Avantages :
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Voir les avantages de la logique floue.
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S'assurer que la bonne quantité de données est enregistrée : clairsemée sur la partie bonne du pieu, dense autour des défauts. La qualité des données est le facteur le plus important pour le succès de toute méthode de post-traitement.
Inconvénients :
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Voir les inconvénients pour la logique floue.
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Sensible au bruit : après avoir enregistré de nombreuses données en diagonale à travers un défaut, celui-ci apparaît plus petit ou peut même disparaître. Ceci peut être corrigé plus tard en post- traitement.
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Résultats non quantifiables.
Inversion basée sur la matrice
(Entièrement compatible avec le CHUM)
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Ce sont des méthodes de tomographie couramment utilisées et qui sont basées sur la pseudo-inversion de matrice. Les deux sont traditionnellement utilisées uniquement sur le FAT / la vitesse, jamais sur l’atténuation (ceci uniquement par tradition).
Avantages :
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Résultats quantifiables (vitesse du son).
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Pas d’ombres fantômes.
Inconvénients :
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Lent, nécessite une bonne puissance de calcul, et n'est donc pas couramment effectué sur le terrain, mais en post-traitement au bureau.
Surinterprétation des données : les problèmes d'inversion ont de nombreuses solutions possibles. La tomographie basée sur l'inversion de matrice a tendance à ignorer ce fait et présente les résultats avec une haute résolution et une grande confiance, ce qui conduit le lecteur à ignorer le fait que la solution n'est PAS unique.
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Tomographie 3D
(Fully supported by CHUM)
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Après avoir pris plusieurs coupes transversales (3 ou plus) de différentes paires de tubes à essai, les données peuvent être combinées pour tracer une image tridimensionnelle du pieu, et pour évaluer le volume des défauts et leur forme 3D.
La tomographie 3D peut être basée sur l'une des méthodes de tomographie décrites ci-dessus (hormis celle en temps réel).
Avantages :
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De belles images impressionnantes (habituellement colorées).
Inconvénients :
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Données non exploitables : difficile de prendre des décisions d'ingénierie en les basant sur des images...
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Lent, nécessite beaucoup de puissance de calcul.
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Nécessite parfois des modules logiciels supplémentaires coûteux ou des services tiers.
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Faible valeur ajoutée pour le coût (la plupart des données peuvent être obtenues à partir des tracés 2D)
CHUM3DT est notre moteur et visualiseur 3D
Vue 3D : rotation, inclinaison, volet, zoom, etc.
Tranche : verticalement et horizontalement
Ajustez : masquer les hautes vitesses en cliquant sur la palette
et bien plus encore.
Tomographie en coupes horizontales
(Entièrement compatible avec le CHUM)
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Dans cette méthode, les sections transversales 1D et 2D de l'ensemble du pieu sont combinées pour tracer une section transversale horizontale du pieu à une profondeur spécifiée.
Avantages :
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De belles images impressionnantes (habituellement colorées).
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Exploitable : permet d’évaluer avec prudence la réduction de la section transversale et l'effet sur la capacité
Inconvénients :
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Donne la fausse impression que toute la section transversale est étudiée. Apporte peu de connaissances sur la largeur du front d'onde ultrasonore.
Tomographie 3D animée
Utilisation des techniques 3D existantes de jeu vidéo pour afficher, faire pivoter et zoomer de manière interactive dans un pieu. L'utilisateur peut se positionner sur les défauts et évaluer leur taille et leur forme.
Donnée supplémentaire
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Aki, K., et al. (1974): Three-dimensional seismic-velocity anomalies in the crust and upper-mantle under the U.S.G.S. California seismic array (abstract), Eos Trans. AGU, 56, 1145.
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Amir, E.I & Amir J.M. (1998): Recent Advances In Ultrasonic Pile Testing, Proc. 3rd Intl Geotechnical Seminar On Deep Foundation On Bored And Auger Piles, Ghent 1998
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Khamis Y. Haramy and Natasa Mekic-Stall (2000): Cross-hole sonic logging and tomographic imaging survey to evaluate the integrity of deep foundations-case studies. Federal Highway Administration, Central Federal Lands Highway Division, Lakewood, CO.
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Robert E. Sheriff and Lloyd P. Geldart (1995): Exploration Seismology, second edition. Cambridge University Press 1982, 1995.
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Santamarina, J.C. and Fratta, D. (1998): Introduction to Discrete Signals and Inverse Problems in Civil Engineering, ASCE Press, Reston, VA., 327 pages.
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Stain, R. T., 1982, "Integrity testing", Civil Engineering, pp. 53-72.