Indicateurs de durabilité essais et seuils

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1 Indicateurs de durabilité essais et seuils Michaël DIERKENS CETE de LYON - DLL 15 novembre 2011 Crédit photo : Arnaud Bouissou/MEDDTL Ministère de l'écologie, du Développement durable, des Transports et du Logement

2 SOMMAIRE Indicateurs vis-à-vis de la corrosion des armatures Confection et préparation des corps d'épreuves Essai résistivité électrique (ρ Essai de migration des ions chlorures Coefficient de diffusion des chlorures (D app Essai mesure de la porosité accessible à l'eau Porosité à l'eau (P eau Essai mesure de la perméabilité au gaz CEMBUREAU Perméabilité apparente aux gaz (K gaz Indicateurs vis-à-vis des réactions de gonflement interne Indicateurs vis-à-vis du risque lié aux effets du gel 2

3 Corrosion des armatures Confection et préparation des corps d'épreuves Les corps d'épreuves peuvent être issus Soit : d'éprouvettes moulées Confectionnées et conservées conformément à la norme NF EN «confection et conservation des éprouvettes pour essais de résistance» (cylindres 11 x 22 3

4 Les corps d'épreuves peuvent être issus Soit : d'éprouvettes prélevées par carottage (carotte de diamètre 100 mm Conformément à la norme NF EN «carottage Prélèvement, examen et essais en compression» 4

5 Découpe des éprouvettes par sciage : 1a 2a 3a 1b 2b 3b 1c 2c 3c 1a 2a 3a perméabilité au gaz 1b 2b 3b résistivité électrique et migration des ions chlorures 1c 2c 3c porosité à l'eau hauteur des corps d'épreuve : 50 mm 10 mm extrêmes à exclure 5

6 Résistivité électrique (ρ Principe : Mesurer la résistivité électrique du corps d'épreuve saturé. Moins le béton est poreux Moins il contiendra de liquide Moins le corps d'épreuve sera conducteur Plus la résistivité électrique sera grande 6

7 Résistivité électrique (ρ Imprégnation de solution de soude (4 g/l - mise sous vide (< 25 mbar pendant 4 h - recouvrir les corps d'épreuves avec la solution - maintenir le vide 68 h pour assurer imprégnation 7

8 Résistivité électrique (ρ Le corps d'épreuve est ensuite : - isolé sur ses parties coffrées au moyen d'un ruban adhésif non-conducteur - placé entre deux éponges reliées aux électrodes de mesure avec une masse de 2 kg au dessus du dispositif Mesure réalisée avec et sans le corps d'épreuve (valeur à vide Mesure à vide Mesure avec le corps d'épreuve 8

9 Résistivité électrique (ρ Mesures réalisées à l'aide d'un pont RLC (fréquence 120 Hz Calcul de la résistivité électrique (exprimée en Ω.m à 1 Ω.m près Résistivité (ρ = (impédance valeur à vide x section / épaisseur (valeur à 10% près Impédance : valeur lue avec le corps d'épreuve Valeur à vide : valeur lue sans le corps d'épreuve 9

10 Coefficient de diffusion apparent des chlorures (D app Principe : Migration des ions chlorure sous champ électrique Générateur de tension Cathode Protection étanche V Joints Electrode Anod e 0,5 ou 1 mol/l NaCl + 0,1 mol/l NaOH 0,1 mol/l NaOH Cellule amont Joints Protection étanche Cellule aval Corps d épreuve e = 50 mm 10

11 Coefficient de diffusion apparent des chlorures (D app 11

12 Coefficient de diffusion apparent des chlorures (D app Mesures à réaliser : - intensité circulant dans chaque cellule de diffusion (à 1 ma près - tension aux bornes de chaque corps d'épreuve (à 0,1 V près - température de la solution sodée (à 1 C près Durée de l'essai : 24 h pour la plupart des bétons classiques mais peut être étendue à plus d'une semaine selon la nature du ciment ou des additions utilisées. 12

13 Coefficient de diffusion apparent des chlorures (D app Exemple de dispositif (LRPC de Saint BRIEUC 13

14 Coefficient de diffusion apparent des chlorures (D app Fendage des corps d'épreuve en fin d'essai Application d'une solution de nitrate d'argent sur la tranche Mesure de la profondeur moyenne de la pénétration des chlorures Principaux paramètres pour le calcul de D app : - profondeur de pénétration, - durée de l'essai, - différence de potentiel (valeur à 15% près 14

15 Porosité accessible à l'eau (P eau NF P Essai pour béton durci - Essai de porosité et de masse volumique Principe Mesurer le pourcentage des vides connectés avec la surface, à l'intérieur de la masse du béton Préparation des corps d'épreuve saturation en eau sous vide pendant 72 h 15

16 Porosité accessible à l'eau (P eau Pesée hydrostatique M eau masse en grammes pesée sous l'eau, Pesée dans l'air de l'éprouvette saturée d'eau, M air Séchage à T = 105 C jusqu'à masse constante (2 pesées espacées de 24 h ne s'écartent pas plus de 0,05% Pesée dans l'air de l'éprouvette sèche M sec Calcul de la porosité accessible à l'eau : M air M sec P eau = x 100 M air M eau (valeur donnée en pourcentage à ± 0,75 point 16

17 Perméabilité au gaz (Kgaz Méthode LCPC n 58 projet de norme nationale en cours de finalisation (pr NF P Principe : Soumettre le corps d'épreuve à un gradient de pression de gaz constant avec l'appareil CEMBUREAU La perméabilité est alors déterminée à partir de la mesure du flux de gaz le traversant. 17

18 Perméabilité au gaz (K gaz Saturation en eau sous vide pendant 72 h Étanchement du pourtour du corps d'épreuve afin d'assurer un écoulement unidirectionnel du gaz pendant l'essai, Séchage en étuve ventilée à T= 80 ± 5 C Séchage en étuve ventilée à T = 105 ± 5 C jusqu'à stabilisation de la masse Placer le corps d'épreuve dans la cellule et gonfler la chambre à air à une pression mini de 8 bars Établir la pression de gaz à 1 bar Choisir le débitmètre compatible avec le mode opératoire et mesurer le temps de passage de la bulle de savon. (valeur à 30% près 18

19 19

20 Indicateurs vis-à-vis de la corrosion des armatures Confection et conservation des corps d'épreuves Essai résistivité électrique (ρ PLAN Essai de migration des ions chlorures coefficient de diffusion des chlorures (D app Essai mesure de la porosité accessible à l'eau Porosité à l'eau (P eau Essai mesure de la perméabilité au gaz CEMBUREAU Perméabilité apparente aux gaz (K gaz Indicateurs vis-à-vis des réactions de gonflement interne Indicateurs vis-à-vis du risque lié aux effets du gel 20

21 Alcali-réaction (RAG Indicateurs de durabilité : - bilan en alcalins équivalents de la formule de béton (Na 2 O eq - déformation de gonflement d'éprouvettes de béton évaluée selon l'essai de performance NF P Principe La formule de béton à qualifier est testée pendant 5 mois dans des conditions accélérant le phénomène d'alcali-réaction : - augmentation du taux d'alcalin, - atmosphère saturée d'humidité, - température élevée 60 C. 21

22 Alcali-réaction (RAG 3 éprouvettes 7x7x28 équipées de plots de mesures en inox, Mesures de déformations longitudinales au comparateur à échéances régulières Les valeurs des déformations de gonflement des éprouvettes doivent satisfaire aux exigences du FD P CEM I sans addition minérale : - 3 ou 5 mois selon nature de la roche - gonflement < 0,02% Autres formulations : - 5 mois - gonflement < 0,02% - critère sur la pente de la courbe de gonflement 22

23 Réaction sulfatique interne (RSI Indicateurs de durabilité : - température maximale atteinte au cœur de la partie d'ouvrage - déformation de gonflement d'éprouvettes évaluée selon l'essai de performance défini par la méthode LPC n 66 3 éprouvettes 11x22 ou 7x7x28 Application d'un traitement thermique en enceinte climatique programmable après la fabrication : - conditions hydriques proches de la saturation - cycle fonction des données relatives au cycle thermique subi par le béton en usine ou sur site Application de deux cycles de séchage et d'humidification - séchage 7 j à 38 C et HR < 30% - immersion pendant 7 j dans de l'eau à 20 C Mesure des déformations longitudinales pendant 12 mois. 23

24 24

25 PLAN Indicateurs vis à vis de la corrosion des armatures Confection et conservation des corps d'épreuves Essai résistivité électrique (ρ Essai de migration des ions chlorures coefficient de diffusion des chlorures (D app Essai mesure de la porosité accessible à l'eau Porosité à l'eau (P eau Essai mesure de la perméabilité au gaz CEMBUREAU Perméabilité apparente aux gaz (K gaz Indicateurs vis-à-vis des réactions de gonflement interne Indicateurs vis-à-vis du risque lié aux effets du gel 25

26 Les paramètres à considérer sont à choisir, selon l'intensité du gel et la fréquence de salage, parmi les suivants : - teneur en air occlus sur béton frais - facteur d'espacement des bulles d'air - écaillage - essai de performance vis-à-vis du gel interne - résistance à la compression à 28 jours 26

27 Facteur d'espacement (Lbarre : ASTM C457 Teneur en air = donnée insuffisante facteur d'espacement = demi-distance moyenne entre bulles 27

28 Facteur d'espacement (Lbarre : ASTM C457 28

29 Facteur d'espacement (Lbarre : ASTM C457 Comptage : - plaques polies points Mesures : - Lbarre - surface spécifique (α - teneur en air (Ac 29

30 Gel interne (NF P et NF P prismes cm Cycles : cycles - amplitude ( C - 4 cycles / 24 h Durée d'essai : 3,5 mois Mesures : - déformation longitudinale l/l - fréquence de résonance f 1 ²/f 0 ² 30

31 Gel interne (NF P et NF P NF P : essai de gel sur béton durci. Gel dans l'eau Dégel dans l'eau - gel sévère avec forte saturation en eau du béton NF P : essai de gel sur béton durci. Gel dans l'air Dégel dans l'eau - gel modéré - gel sévère avec saturation modérée en eau du béton 31

32 Écaillage (XP P ½ cubes ,5 cm Surface coffrée Cycles : - 56 cycles - amplitude ( C Durée d'essai : 3 mois Mesures : - récupération des masses écaillées - lavage sur tamis sous eau - séchage - calcul de la masse surfacique écaillée 32

33 Seuils en études et convenances caractéristiques bétong bétong+s caractéristiques des granulats adaptées adaptées type etclasse du ciment CEM I ou CEM II/A et B sauf CV CEM I ou CEM II/A (S, D PMouES dosage minimal du cimentpour unbéton arméou 385 kg/m 3 (* 385 kg/m 3 (* précontraint 0/20 emploi entraîneur d air obligatoire pour béton< C50/60 obligatoire pour béton< C50/60 rapport E eff /C 0,50 0,45 (C =ciment ou liant recomposépour lesbétonsg Résistance caractéristique en compression (cylindre 30MPa 35MPa facteur d'espacement L (ASTM C µm 200 µm avec air entraîné compris entre4 et 8% Ecaillage (XP P sans objet 600 g/m² allongement relatif (NF P et NF P µm/m 400 µm/m rapport descarrés des fréquences de résonance (P * peut être abaissé à 350 (G et 370 (G+S si essais de performance 33

34 Cas des CEM III caractéristiques type de ciment résistance caractéristique en compression (cylindre facteur d espacement allongement relatif Béton G CEM III/A ou B 30MPa àdéterminer utilisépour le suivi du chantier 400 µm/m (NF P et NF P rapport descarrésdesfréquences 75 de résonance(p

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