La démarche de diagnostic

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1 JOURNEE TECHNIQUE IMGC Gestion Patrimoniale des ouvrages de Génie Civil 25 SEPTEMBRE 2013 La démarche de diagnostic Marc BROUXEL (CONCRETE) et Lotfi HASNI (CEBTP)

2 Définition - Objectifs - ensemble des investigations nécessaires pour définir l origine et l étendue des désordres constatés. - indispensable pour : - évaluer la gravité des désordres - permettre la prise de décision, - mettre au point d une solution de réparation durable. 2

3 La démarche de diagnostic SURVEILLANCE Prédiagnostic - Analyse approfondie des archives - Examen des rapports de surveillance Evaluation approfondie de la structure Evaluation de l état de conservation des matériaux # Inspections ciblées # Auscultation # Essais de laboratoire # Instrumentation # Calcul DIAGNOSTIC Analyse du fonctionnement de la structure Evaluation de la capacité portante réelle DECISION DU TYPE D INTERVENTION Diagnosticpronostic 3

4 La démarche de diagnostic Diagnostic : - le pré-diagnostic : visite de l ouvrage, analyse des archives et des résultats des rapports de surveillance - la mise au point du programme d évaluation approfondie : - Inspections ciblées, - Auscultation, - Prélèvements et analyse des matériaux en laboratoire - Instrumentation, - Calcul. opération complexe, peu ou pas encadrée par des normes (existence de guides ou des méthodologies très spécialisées et nécessitant un matériel spécifique). existence de nombreux outils et techniques disponibles sur le marché. 4

5 La démarche de diagnostic Les opérations de diagnostic comprennent : les interventions sur site 5 - Relevé de désordres : Typologie de fissuration (préjudiciable ou non, pathologique et/ou pathogène, structurelle ou non...) - Sondages de reconnaissance - Prélèvements d échantillons : carottage, poudres, fragments de coulis, armatures, - Mesures semi-destructives : - essai à l arbalète - mesures de potentiel de corrosion des armatures - mesures de vitesse de corrosion des armatures - Mesures non-destructives : - estimation de la résistance du béton, cohésion, homogénéité (auscultation sonique) - mesure de la cohésion de surface ou de l adhérence d un revêtement (SATEC) - enrobage des armatures (Pachomètre, géo-radar) - recherche de vides ou de câbles de précontrainte (géo-radar) - mesures de résistivité du béton - gammagraphie

6 La démarche de diagnostic Partie 1 : Partie 2 : Partie 3 : Analyse du fonctionnement de la structure Auscultations non destructives Analyses de laboratoire 6

7 Analyse du fonctionnement de la structure Typologie de fissuration : Fissuration de fonctionnement mécanique 7

8 Analyse du fonctionnement de la structure Typologie de fissuration : Fissurations de déformations imposées et gênées Exemple ci après : fissuration suite à retrait thermique générant une fissuration de la partie la plus mince 8

9 Analyse du fonctionnement de la structure Typologie de fissuration : Exemple de fissuration de retrait gêné : Pièce mince (dalle ou mur ) encastrée rigidement dans une structure massive. Le retrait gêné entraîne la fissuration de la pièce mince. 9

10 Analyse du fonctionnement de la structure Typologie de fissuration : Fissuration liée au tassement dans les fondations Exemple ci après : mouvement d eau, déformations et arrangement alors que le béton est encore plastique : Ces déformations sont gênées par le maillage du ferraillage : Conséquence : fissuration le long du tracé des armatures 10

11 Analyse du fonctionnement de la structure Illustration de fissures structurelles Fissure de flexion sur poutre principale d un ouvrage Fissures d effort tranchant (au niveau d un appui) 11

12 Analyse du fonctionnement de la structure Fissuration : origines diverses - Qualité du matériau : - Ressuage - Retraits (plastique, endogène, dessiccation, thermique) - Mise en œuvre : - Ajout d eau, - Météo, - Liaisons entre éléments (reprise de bétonnage, clavetages, liaisons entre béton armé et maçonneries), - Mise en place des armatures, - Réseaux, vibrations, cadence de production (décoffrage). 12

13 Analyse du fonctionnement de la structure - Fonctionnement structurel mécanique - Tassement d appui ou tassement différentiel - Changement de destination pendant ou après réalisation - Modélisation choisie non représentative du fonctionnement réel - Fonctionnement structurel thermique - Isolation extérieure ou intérieure - Joints de dilatation 13

14 En service En construction Analyse du fonctionnement de la structure QUELQUES CAUSES PRINCIPALES DE FISSURATION CAUSES APPARITION CONFIGURATION REMARQUES Tassement plastique Quelques heures après le bétonnage Fissures suivant le dessin du ferraillage et aux changements de formes W max peut être élevée (mesures à prévoir au bétonnage) Retrait plastique Faïençage ou longues fissures W 2 à 4 mm assez courant Chaleur de prise Quelques jour après le bétonnage Aux joints de construction ou en fonction des gênes aux déformations thermiques Mesures à prendre en exécution (réduire les dimensions, armature suffisante ) Effets différés (retrait gêné ) Quelques mois après la construction Semblable à des fissures de traction et de flexion Ouverture restant faible avec l'armature normale Corrosion Réaction chimique interne: DEF ou AR Gel - dégel Après plusieurs années de service Après les périodes froides Fissuration le long des aciers avec éclatement de l'enrobage et coulures de rouille Fissuration d'éclatement ou désagrégation du béton. Fissuration multidirectionnelle avec des mailles de quelques cm Ouverture fine puis croissante jusqu'à chute du béton (enrobage adéquat) Ouverture importante et chute de béton (contrôle de matériaux constitutifs) Actions mécaniques d'utilisation En fonction de l'utilisation Cf. fissures mécaniques Actions thermiques En fonction du climat Fissures de traction Généralement fine à moins de déficience structurale (armature insuffisante, résistance faible du béton ) et surcharges accidentelles 14

15 Auscultations non destructives Mesures semi-destructives : Potentiel de corrosion Principe : Existence d une différence de potentiel à l interface acier-béton, perturbée par un processus de corrosion. Par définition, une zone anodique (dissolution du métal) se caractérise par un potentiel plus faible qu une zone cathodique (métal protégé) Objectifs : - Détecter la corrosion - Evaluer son étendue 15

16 Auscultations non destructives Points de mesure Béton Millivoltmètre Réseau d armature Pince de masse Electrode de référence 16

17 Auscultations non destructives Mesures non-destructives : Auscultation sonique - Principe : - Analyse de la propagation d une onde longitudinale dans le matériau - Objectifs : - Déterminer la qualité physique d un matériau et la présence d hétérogénéités (vides, fissures, nids de cailloux), - Déterminer la profondeur d une fissure dans le béton, - Déterminer la présence et l épaisseur d un bicouche dans le béton, - Déterminer une classe de béton, en corrélation avec des écrasements d éprouvettes béton 17

18 Auscultations non destructives Mesures non-destructives : Cohésion superficielle ou adhérence 18

19 Auscultations non destructives Mesures non-destructives : Enrobage (Pachomètre) (nécessité d étalonnage pour vérification du diamètre des armatures) 19

20 Auscultations non destructives Mesures non-destructives : GEO RADAR - Permet d observer les hétérogénéités dans les matériaux, évaluer la compacité, rechercher des renforts, rechercher des vides - Profondeur d investigation: 40 cm sur béton armé, 80cm sur pierre - Etalonnage nécessaire 20

21 Les analyses de laboratoire Les opérations de diagnostic comprennent : les analyses laboratoire - Caractéristiques mécaniques du béton (compression, traction, module) - Caractéristiques mécaniques des aciers (traction, soudabilité, ) - Caractéristiques physiques du béton (porosité, densité, perméabilité) - Caractéristiques chimiques du béton (nature du ciment et des additions éventuelles, poids de ciment et ou de liant, taux d hydratation, rapport E/C ou E/L, réserve alcaline) - Indicateurs de durabilité (perméabilité aux gaz, coefficient de diffusion des chlorures, ) - Recherches de polluants (carbonatation, chlorures, sulfates, ) et ou de profondeur de décalcification par des fluides acides (vis-à-vis du béton) - Recherches de pathologie (alcali-réaction, attaque sulfatique externe, réaction sulfatique interne, gel-dégel, ) - Recherche de déficit d hydratation en peau et fissuration de retrait 21

22 Les analyses de laboratoire Problématique de l échantillonnage - Nature des échantillons en fonction des essais à réaliser (carotte, sucre, poudre, ) - Dimension des échantillons - Problématique de la représentativité de l échantillonnage - Fiabilité de l échantillonnage (on ne va prélever que du béton cohésif) 22

23 Les analyses de laboratoire Il existe des procédures pour la préparation et la réalisation des analyses - Guides LCPC - Procédures AFREM AFGC - GranDuBé Mais, il reste toujours des questions en suspend : - analyses des éléments solubles ou totaux? - recherche de pathologies en peau ou à cœur? - dosage des bétons constitués de ciments composés (fillers, cendres volantes, fumées de silice)? 23

24 Les analyses de laboratoire Recherche de polluants : exemple des chlorures - dosage des éléments solubles ou totaux? - analyse multi-élémentaires par chromatographie ionique - électrode spécifique chlorures Système chromatographique ICS-1000 Colonnes de séparation 4,00 ST nazaire #4 C1 S9 40 mm ECD_1 µs 2 - Chlorure - 4,927 3,00 2, Sulfate - 12,713 1, Fluorure - 3,270 0,00 ph-iomètre et électrode spécifique chlorures -1,00 24 min -2,00 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0

25 Les analyses de laboratoire Recherche de pathologie : examen au microscope électronique à balayage - utilisation d un matériel spécifique - personnel formé à la reconnaissance des minéraux constitutifs de la pâte de ciment 25

26 Etablissement du diagnostic - pronostic En l absence de norme sur ce sujet, se posent deux questions : Quelle doit être l importance du diagnostic dans la Gestion d un Patrimoine? Comment définir un programme d investigation adapté? Il faut éviter : Les diagnostics minimalistes : diagnostic d un ouvrage appliqué à tout un parc d ouvrages. Des investigations inutiles et des mesures non adaptées ou ne concernant que des ouvrages sains. 26

27 Etablissement du diagnostic - pronostic En théorie, un programme d investigations va dépendre : de l intérêt stratégique et économique de l ouvrage, de la fiabilité souhaitée en regard de ces enjeux, des contraintes de sécurité et d accès, des contraintes d exploitation. Mais en pratique, il faut définir : un nombre d échantillons, des zones d investigations, des outils de diagnostics, des essais et analyses de laboratoire, 27

28 Formation d un comité de pilotage et de 5 groupes de travail, conjointement avec le CEFRACOR, pour travailler sur les phénomènes de corrosion des armatures : pilotage du diagnostic et interprétation des données, investigations de terrain, prélèvements, analyses et essais de laboratoire, reconnaissance des structures et calcul, estimation de la durée de vie. => Rédaction d un Guide de Méthodologie de diagnostic des structures courantes de Génie Civil et de Bâtiment en béton armé et précontraint, dégradées par la corrosion. 28

29 Toutes les méthodes, techniques ou pratiques existent, l objectif étant de profiter du retour d expérience, de tenir compte des échecs (méthodes inadaptées, prélèvements excessifs, ) : les méthodes qui font consensus, les matériels adaptés, insister sur le caractère opérationnel. L objectif de ce guide : sensibiliser les maîtres d ouvrage sur la démarche progressive d un diagnostic, rappeler la nécessité de faire appel à des prestataires qualifiés et expérimentés, prendre en compte les aspects liés à la sécurité et aux moyens d intervention, insister sur le besoin d adapter le programme d investigations en fonction des résultats obtenus. 29

30 Etablissement du diagnostic - pronostic Le Maitre d ouvrage va pouvoir avec ce guide : établir un cahier des charges de diagnostic, consulter et retenir un bureau d études, un laboratoire ou un groupement de bureaux d études. L objectif n est pas de remplacer l expérience du spécialiste mais de lui donner des outils pour mieux comprendre les méthodes d investigation et de profiter de retours d expérience pour : éviter les méthodes inadaptées, ne pas avoir de prélèvements excessifs, ne pas arriver à des conclusions inutiles ou erronées. 30

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