Projet de Fin d Études

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1 INSA DE STRASBOURG SPÉCIALITÉ GENIE CIVIL Projet de Fin d Études Réhabilitation d ouvrages en béton armé Du diagnostic au confortement Lorry-Alan MOALIC, élève ingénieur de 5ème année ANNEXE 1 : Fiches réhabilitation

2 Rapport intermédiaire n 2 MOALIC Lorry-Alan GC5 CO Technoparc 2 29 route de la Wantzenau HOENHEIM Tél Fax cebtp.strasbourg@gingergroupe.com RÉHABILITATION D OUVRAGES EN BETON ARME DU DIAGNOSTIC AU CONFORTEMENT RECUEIL DE FICHES MÉTHODOLOGIQUES DIAGNOSTIC, RÉPARATION, PROTECTION VERSION 1 JUIN 2011

3 FICHES REHABILITATION D OUVRAGES EN BETON ARME SOMMAIRE : FICHES DIAGNOSTIC DIA 1 : Inspection visuelle DIA 2 : Analyse du ferraillage DIA 3 : Mesure du potentiel de corrosion DIA 4 : Essai sclérométrique DIA 5 : Carottage d éléments en béton armé DIA 6 : Mesure du front de carbonatation DIA 7 : Auscultation sonique FICHES RÉPARATION REP 1 : Ragréage REP 2 : Béton projeté REP 3 : Tissus de fibre de carbone FICHE PROTECTION PRO 1 : Extraction des chlorures PRO 2 : Inhibiteurs de corrosion PRO 3 : Ré-alcalinisation PRO 4 : Revêtement imperméabilisant PRO 5 : Protection cathodique

4 FICHE DIAGNOSTIC Inspection visuelle DIA 1 1. Introduction : Le principe du diagnostic visuel est d aller sur site et d'analyser chaque élément de la structure en détail. Cela permet dans un premier temps de connaitre les caractéristiques géométriques de chaque élément et aussi les matériaux constitutifs. Cela permet d évaluer le comportement global de l ouvrage, de connaitre les éléments porteurs ainsi que l acheminement des charges dans la structure. Dans un second temps, il est nécessaire de répertorier les différentes pathologies présentent sur la structure. 2. Objectif du diagnostic visuel : Le diagnostic visuel doit permettre de : - Qualifier les désordres, car chaque type à une origine et des conséquences particulières. Déterminer les caractéristiques d une pathologie permet de savoir quel type de traitement sera nécessaire afin de stopper le phénomène. - Quantifier les désordres, car selon son ampleur des méthodes de réparation plus ou moins lourdes seront à envisager. - Localiser les désordres afin de pouvoir déterminer son origine et ainsi agir à la source du problème. S il est seulement prévu de réparer l élément sans s attaquer à ce qui engendre la pathologie, la réparation ne sera pas pérenne et l on verra rapidement apparaitre de nouvelles pathologies similaires. 3. Matériel nécessaire : Les outils indispensables pour mener à bien une inspection visuelle sont les suivants : - Un appareil photo - Un mètre - Un distancemètre - Un pied à coulisse - Un fissuromètre (réglette en plastique transparente munie de traits de largeurs calibrées que l on place successivement sur la fissure à observer pour estimer sa largeur) - Le nécessaire pour prendre des notes 4. Les pathologies à répertorier : Les principaux désordres rencontrés pour les structures en béton armé sont les suivants : - Les fissures, avec leur ouverture et leur longueur - Les fractures, avec leur ouverture, décalage ou rejet - La présence de coulures de calcite - Les zones d altération superficielles et profondes - Les zones humides ainsi que les zones de mousses ou de végétation - Les zones de faïençage 1/2

5 FICHE DIAGNOSTIC Inspection visuelle DIA 1 - Les éclats de béton en formation ou profonds et s il y a présence d aciers apparents - Les zones de ségrégation Il est nécessaire de répertorier tous ces éléments sur des plans, soit existant soit à créer, et de créer un dossier photographique des principaux désordres afin de pouvoir les visualiser au mieux. 5. Travail de synthèse : Les pathologies rencontrées lors du diagnostic visuel sont généralement recensées dans un tableau de type : Localisation Poutre A1-2 Poteau C3 Description du désordre Photo n Face Est : Décollement avec aciers apparents ; hauteur 12 cm, largeur 1 20 cm, profondeur 0 à 4 cm. Face Ouest : Fissure transversale ; épaisseur 0,5 à 2 mm, longueur 50 8 cm Il est possible de classer les éléments selon la gravité de leur pathologie : - Indice A : Pas de défauts apparents. - Indice B : Défauts sans conséquence importante autres qu esthétique. - Indice C : Défauts qui indiquent qu une évolution risque de se faire anormalement. Ces défauts doivent être surveillés. - Indice D : Défauts révélateurs de dégradation, ils sont rangés en deux classes : o DA : Défauts qui indiquent un début d évolution. Ils doivent être surveillés régulièrement et des mesures doivent être prises en cas d évolution. o DB : Défauts qui indiquent une évolution avancée. Des mesures de renforcement ou de remplacement doivent être prises. - Indice E : Défauts qui traduisent de façon très nette une modification du comportement de la structure et qui mettent en cause la durée de vie de l ouvrage. Des mesures doivent être prises dans les plus brefs délais. - Indice F : Défauts indiquant la proximité d un état limite et nécessitant soit une restriction d utilisation, soit la mise hors service de l ouvrage. De même il est possible de classer le site dans sa globalité afin de donner une vision d ensemble de l état de la structure au maître d ouvrage. Il peut être classé de la manière suivante : - Indice 1 : Site en état neuf ou quasi neuf, aucun travaux n est à prévoir à moyen termes. - Indice 2 : Site en très bon état général, quelques points à surveiller. - Indice 3 : Site en bon état, quelques travaux à prévoir à moyen ou long termes. - Indice 4 : Site en état moyen, travaux à prévoir à moyen termes et surveillance conseillée. - Indice 5 : Site dégradé, travaux à court termes à prévoir. - Indice 6 : Site très dégradé, travaux d urgences à prévoir, site prioritaire. ritaire. 2/2

6 FICHE DIAGNOSTIC ANALYSE DU FERRAILLAGE DIA 2 1. Introduction : Cette fiche présente le principe et le mode opératoire de l analyse du ferraillage d un élément en béton armé à l aide d un pachomètre type Ferroscan. 2. Principe du fonctionnement de l appareil : Ce type de pachomètre permet la détection du ferraillage sans être destructif pour la structure. Ces mesures sont possibles grâce à l aide d un flux magnétique émis par l appareil. L appareil détecte la diffusion de ce champ magnétique ainsi que les modifications de la résonance magnétique induite par la présence d aciers. Ainsi l appareil mesure la variation électro-magnétique due à la présence d éléments ferromagnétiques, les armatures. Cet outil permet d estimer l enrobage e des armatures ainsi que leur diamètre. En effet, plus une armature est de diamètre important, plus le signal reçu par l appareil sera important. A contrario, plus l épaisseur d enrobage sera importante, plus le signal sera faible. C est pour cette raison que la profondeur d auscultation avec cet appareil est limitée. On estime que les résultats sont fiable pour des armatures situées a une profondeur inférieure à dix voir douze centimètres. Réponse en fonction de la densité d acier 3. Utilisation de l appareilpareil Sur site, il existe principalement deux modes de mesure : - La détection par lignes - La détection par fenêtres (par image) La première méthode consiste à déplacer l appareil perpendiculairement aux armatures que l on souhaite détecter. Sens de la détection linéaire Aciers détectés Aciers non détectés 1/3

7 FICHE DIAGNOSTIC ANALYSE DU FERRAILLAGE DIA 2 La détection par lignes est très intéressante pour les éléments longs sur lesquels on souhaite avoir une vision globale du ferraillage. En effet, les détections peuvent aller jusqu à quarante mètres de longueur. Ce type de mesure permet d obtenir les variations d espacement des armatures ainsi que les enrobages correspondants. La seconde méthode consiste à détecter les aciers sur un carré de soixante centimètres de coté. Cela par paliers de quinze centimètres, d abord dans le sens transversal puis dans le sens longitudinal Cette méthode permet d une part d estimer le diamètre des aciers ainsi que les enrobages, et d autre part de voir localement comment les aciers ont été assemblés. Cela trouve toute son utilité pour voir le clavetage d une poutre à un poteau par exemple. 4. Exploitation des mesures Après extraction des données sur un ordinateur grâce au logiciel fourni avec l appareil, il faut exploiter les mesures effectuées sur site. Cette étape varie selon le type de mesures effectuées. Pour la détection par ligne. 2/3

8 FICHE DIAGNOSTIC ANALYSE DU FERRAILLAGE DIA 2 La détection par image. Sur l image ci-dessus on peut observer des aciers plus foncés que d autres, cela signifie qu ils sont plus proches de l appareil, donc un enrobage moindre. Il y a donc deux lits d armatures, la nappe supérieure (en foncée) et la nappe inférieure (en claire). De plus on peut voir l espacement des armatures dans les deux sens, leur diamètre ainsi que l épaisseur d enrobage des aciers. 5. Pour aller plus loin Il n existe actuellement aucune norme régissant ce type d essai. Voir les informations détaillées dans le manuel du Ferroscan ou pachomètre utilisé. 3/3

9 FICHE DIAGNOSTIC Mesure du potentiel de corrosion des armatures DIA 3 1. Le phénomène de corrosion des armatures : On distingue deux phases dans le phénomène de corrosion des armatures avec formation de rouille. La première phase consiste à ce que le béton, initialement sain, soit soumis à des éléments agressifs (dioxyde de carbone, chlorures, ) présents dans le milieu environnant. Ces éléments pénètrent dans le béton et l altèrent. On appelle cette phase le stade d incubation. La deuxième phase commence à partir du moment où le béton ne peut plus protéger les armatures contre ces éléments agressifs. Ils sont à des concentrations suffisamment fortes pour enclencher le phénomène de corrosion. Cette seconde phase est appelée phase de propagation de la corrosion. Lorsque le début de la corrosion des armatures est amorcé, il y a une phase de dissolution de l acier et une croissance de la rouille. Ce phénomène est expansif. De ce fait, des défauts visibles apparaissent à la surface du béton tel que des fissures, des épaufrures, etc. 2. Principe de mesure du potentiel de corrosion des armatures La mesure du potentiel de corrosion ne peut se faire que si le ferraillage est continu et s il n y a pas de revêtement de surface pouvant agir comme isolant. Il est tout d abord nécessaire de mettre à nu une armature puis de la connecter à une borne d un millivoltmètre à haute impédance. Une électrode de référence est placée sur le parement et est aussi reliée à une autre borne du millivoltmètre. Elle est dite de référence car elle a un potentiel constant du à un équilibre électrochimique. Il est important de veiller à ce que la jonction entre le béton et l électrode soit humide afin d établir la conduction électrique. Cela permet de diminuer la résistance entre l électrode de référence et le béton de même que le potentiel de jonction entre l électrolyte contenu dans l électrode de référence et la solution interstitielle du béton. Une fois les branchements effectués, il faut réaliser des mesures des potentiels des zones auscultées en déplaçant l électrode de référence. Mesure du potentiels de corrosion 1/2

10 FICHE DIAGNOSTIC Mesure du potentiel de corrosion des armatures DIA 3 3. Exploitation des résultats : Selon la norme ASTM C876-91, en utilisant une électrode Cu/CuSO4 il y a une corrélation entre le potentiel de corrosion mesuré et l état d avancement de la corrosion : - Si E > mv alors la corrosion est peu probable (probabilité inférieure à 10%) - Si -350 < E < -200 mv alors la corrosion est possible (probabilité de cinquante pour cent) - Si E < mv alors la corrosion est très probable (probabilité de 50 à 90%) Cependant il faut faire attention à ces chiffres car il y a plusieurs facteurs influant sur les résultats : - Selon l hygrométrie de surface, il peut y avoir une diminution de 100 mv entre une mesure sur surface humide et une mesure quand c est sec - Pour des milieux agressifs comme la présence de chlorures, la conductivité est augmentée et les potentiels sont plus négatifs - Lorsque le béton est carbonaté, les potentiels sont plus positifs. Principe des potentiels de corrosion De cette manière on obtient une cartographie des potentiels de corrosion de l élément, cela permet de déterminer les zones probables d amorce de corrosion et d envisager des solutions palliatives. 4. Pour aller plus loin : Il n existe actuellement aucune norme française régissant ce type de mesure dans les ouvrages en béton armé. Il est possible de se reporter au document suivant : Techniques électrochimiques pour mesurer la corrosion dans le béton RILEM TC-154-EMC 2/2

11 FICHE DIAGNOSTIC Essai sclérométrique DIA 4 1. Description du scléromètre : Sur la face cylindrique du scléromètre il y a : - Une règle de mesure avec indexe - Un bouton poussoir à l opposé de la règle de mesure - Un abaque permettant le calcul de la résistance du béton en fonction du rebond de la bille. Sur une des extrémités du scléromètre il y a une sonde. 2. Principe du scléromètre : Le principe de l essai sclérométrique repose sur la corrélation entre la dureté d un matériau et sa résistance à la compression. Pour déterminer la dureté du béton, une bille d acier est projetée sur une sonde en contact avec l ouvrage à inspecter. Lors de son rebond, la bille entraine un indexe coulissant sur la règle de mesure. Plus le rebond sera important, plus le matériau sera dur. 3. Mode opératoire : Le mode opératoire de l essai est le suivant : - Placer la sonde à l endroit de la mesure, - Presser l appareil contre l élément à ausculter jusqu au déclanchement de la projection de la bille, - Presser le bouton poussoir, - Tout en maintenant le bouton poussoir enfoncé, relâcher la pression exercée sur la sonde, - La sonde reste bloquée, relâcher le bouton poussoir, - Noter l indice sclérométrique, - Effectuer cette mesure 27 fois sur la zone d ouvrage testé. 4. Interprétation des résultats : L indice sclérométrique Is d un élément ausculté est la médiane de 27 mesures effectuées sur la zone d ouvrage testé. Par report de l indice sclérométrique sur l abaque, on obtient la résistance à la compression estimée de l ouvrage considéré. Nota : différents paramètres peuvent influer sur les résultats, tels que l inclinaison du scléromètre ou encore l homogénéité du béton. Il peut être intéressant de coupler ces résultats avec des essais de résistance à la compression sur des prélèvements de la zone étudiée. 5. Pour aller plus loin : Voir la norme NF EN : détermination de l indice de rebondissement 1/1

12 FICHE DIAGNOSTIC Carottage d éléments en béton armé DIA 5 1. Introduction : Le recours au carottage du béton armé peut avoir plusieurs objectifs. - Tout d abord dans un dallage afin de permettre la réalisation d essais géotechniques sur le sol en place tel que des pénétromètres dynamiques ou des tarières. Ceci pour caractériser le sol sous la structure dans le cadre d une rénovation ou d une restructuration ration de l ouvrage. - Déterminer les caractéristiques chimiques et mécaniques d un élément en béton de la structure, en effectuant des essais de compressions sur les carottes prélevées, mais aussi des analyses chimiques et microscopiques afin de déterminer les différents constituants et leur quantité. - Déterminer les caractéristiques des couches constituantes de l élément (épaisseur du revêtement, de la chape, du béton, ) 2. Matériel concerné par le carottage : Le mode opératoire suivant est valable pour un prélèvement à l aide d une carotteuse sur colonne sous eau. Cependant il existe d autres matériels pour effectuer cette opération tels que les carotteuses à main ou les carotteuses à sec. Les avantages à utiliser ce matériel sont les suivants : - Précision grâce à la stabilité du montant - Carottage perpendiculaire à la surface de l élément - Pas de génération de poussière du fait que l opération se fait sous eau Les inconvénients à utiliser ce matériel sont les suivants : - Nécessite de transporter beaucoup de matériel (carotteuse, colonne, bombonne d eau, ) - Génère une boue (mélange d eau avec de la poudre de béton) - Mise en station sur un point de sondage relativement longue 3. Mode opératoire d un prélèvement de béton : - Repérer la zone dans laquelle doit se faire le sondage - Implanter le point de sondage après avoir vérifié à l aide d un pachomètre par exemple la présence ou non de réseaux et/ou d armatures - Choisir le diamètre du carottier en fonction de la densité des armatures et des réseaux afin d éviter de les avoir dans la carotte - Fixer la colonne au support o Perçage du support, o mise en place d une goupille dans le trou préalablement réalisé, o vissage d une tige filetée dans la goupille, o positionnement de la colonne sur la tige filetée, o serrage au boulon - Accrocher la carotteuse à la colonne - Relier la bombonne d eau à la carotteuse - Mettre sous pression l eau 1/3

13 FICHE DIAGNOSTIC Carottage d éléments en béton armé DIA 5 - Ouvrir l arrivée d eau - Démarrer la machine - Carotter à la vitesse préconisée. 4. Réalisation d essais de compression sur les carottes et exploitation des résultats : Après avoir rectifié les carottes pour obtenir préférentiellement un élancement de un (c'est-à-dire que le diamètre est égal à la hauteur), il est possible de procéder à des essais de résistance à la compression avec une presse adéquate. La norme NF EN de septembre 2007 indique deux méthodes pour «l évaluation de la résistance à la compression sur site des structures et des éléments préfabriqués en béton»: La première à partir des résultats d essais à la compression sur carottes selon deux approches A (15 carottes) et B (entre 3 et 14 carottes), la seconde à partir de méthodes indirectes, éventuellement corrélées avec des essais sur carotte. Dans cette fiche, nous nous intéresserons à la première méthode. Deux possibilités existent : - On a prélevé au moins quinze carottes : Il est alors possible d utiliser l approche A de la première méthode de la norme NF EN La résistance caractéristique sur site estimée de la zone d essai est la valeur la plus faible de : La résistance moyenne d essai k2*s La résistance la plus faible d essai + 4 MPa Avec : s : la plus grandes des deux valeurs 2 MPa ou l estimation de l écart-type des résultats k2 : indiqué dans les dispositions nationales ou égal à On a prélevé entre trois et quatorze carottes : Dans ce cas là, il faut appliquer l approche B de la première méthode de la norme NF EN La résistance caractéristique sur site estimée de la zone d essai est la valeur la plus faible de : La résistance moyenne d essai k La résistance la plus faible d essai + 4 MPa Avec : K dépendant du nombre d essai : n K De 10 à 14 5 De 7 à 9 6 De 3 à 6 7 Cette résistance ainsi obtenue est nommée Fck,is. De ce fait, il est possible d assimiler cette résistance à celle qu on aurait obtenue sur des cubes de 150x150 mm. 2/3

14 FICHE DIAGNOSTIC Carottage d éléments en béton armé DIA 5 En divisant ce résultat par 0.85 on obtient la classe de résistance à la compression conforme à la norme EN Remarque : Si ces valeurs apparaissaient trop restrictives pour les calculs, il conviendrait d effectuer une campagne complémentaire de carottage suivie de mesures de résistance en compression, afin de pouvoir appliquer l approche A de la première méthode de la norme NF EN Pour aller plus loin : Norme NF EN : Carottes - prélèvements, examens des essais en compression Norme NF EN : Evaluation de la résistance à la compression sur site des structures et des éléments préfabriqués en béton. 3/3

15 FICHE DIAGNOSTIC Mesure du front de carbonatation DIA 6 1. Le phénomène de carbonatation La carbonatation dans le béton armé correspond à un phénomène chimique. Le CO2 contenu dans l air réagit avec l hydrate de chaux présent dans le béton. Cette réaction forme du carbonate de calcium et de l eau. L écriture simplifiée de cette réaction est la suivante : Ca(OH) 2 + CO 2 -> CaCO 3 + H 2 0 La conséquence de cette réaction est la consommation des deux bases alcalines entrainant une diminution du ph du béton. La valeur initiale du ph du béton de jeune âge est aux environs de 13 à 13,5. Après carbonatation il est autour de Conséquences de la carbonatation Lorsque la profondeur de carbonatation est au moins égale à l épaisseur de l enrobage des aciers, les armatures métalliques ne sont plus protégées par la basicité du béton. Ainsi elles commencent à se corroder. Cette corrosion se manifeste couramment sur les parements du béton par l apparition de fissures, des décollements ainsi que des épaufrures, une expulsion du béton d enrobage. Ces pathologies sont dues aux gonflements provoqués par la formation d oxyde et d hydroxyde de fer. Sans réparation appropriées, le phénomène de corrosion va s amplifier, ainsi les sections d acier vont se réduire jusqu'à disparaître et le béton d enrobage se décollera. La vitesse de carbonatation est du type a t, avec «a» un facteur propre à chaque béton. Figure 1 : Armatures apparentes corrodées 1/3

16 FICHE DIAGNOSTIC Mesure du front de carbonatation DIA 6 3. Principe du test à la phénolphtaléine La phénolphtaléine est un composé organique de formule C 20 H 14 O 4. L avantage de ce composé est son changement de couleur selon le ph de l élément avec lequel il entre en contact. Il fait parti des indicateurs de ph ou indicateur coloré. Ce changement de couleur est dû à une modification de la structure chimique de la molécule lors du passage de la forme protonée (milieu acide) à la forme déprotonnée (milieu basique). La couleur que prend la phénolphtaléine dépend du ph. Elle sera rose pour un ph compris entre 8,2 et 12 et incolore au-delà et au-deçà de cette zone de virage. 4. Mode opératoire - Nettoyer la surface de l élément à sonder - Effectuer une coupe franche dans le béton sur un à deux centimètres - Pulvériser sur la coupe de l eau salée - Enlever le surplus d eau - Pulvériser la solution de phénolphtaléine - Si la phénolphtaléine ne réagit pas, il faut approfondir la coupe dans le béton par paliers d un centimètre et répéter les étapes précédentes jusqu à ce que la phénolphtaléine vire au rose. - Mesurer la distance entre le parement extérieur et la zone à laquelle commence la coloration du béton. C est la profondeur de carbonatation. Figure 2 : Coloration du béton sain 5. Interprétation des résultats Les résultats des profondeurs de carbonatation sont intéressants à coupler avec les mesures d enrobages. En effectuant un certain nombre de mesures il est possible d obtenir une courbe du type : 2/3

17 FICHE DIAGNOSTIC Mesure du front de carbonatation DIA 6 Profondeurs en mm % 20% 40% 60% 80% 100% Pourcentages Enrobage Carbonatation 5ans 10ans 20ans Figure 3 : Graphique enrobage-carbonatation L intersection de la courbe d enrobage avec celle de carbonatation donne le pourcentage des armatures qui ne sont plus protégées. Cela permet aussi de faire des prévisions sur les évolutions pour les années à venir. 6. Préconisations Afin de rétablir une valeur de ph permettant de protéger les aciers, il faut procéder à une réalcalinisation des bétons. Pour les zones dégradées, il faut effectuer une réhabilitation et protection des aciers ainsi qu un ragréage du béton. 7. Pour aller plus loin Norme X P : Mesure de l épaisseur de béton carbonaté Norme NF EN : Mesurage de la profondeur de carbonatation d un béton armé à l aide de la méthode à la phénolphtaléine 3/3

18 FICHE DIAGNOSTIC Auscultation sonique DIA 7 1. Principe de fonctionnement : Le principe de l auscultation sonique consiste à mesurer le temps de propagation d un train d ondes entre deux points. Une partie de l auscultateur, le transducteur, produit des ultrasons. Grâce aux propriétés piézoélectriques des matériaux, l énergie électrique émise est transformée en énergie mécanique ultrasonore. L appareil mesure le temps nécessaire à l onde pour atteindre le récepteur qui la convertit en signal électrique. Connaissant la distance de l émetteur au récepteur, il est possible de connaître la vitesse de propagation de l onde dans le milieu. Cette méthode de diagnostic permet entre autres de localiser des défauts, des vides ou autres malfaçons dans le béton. En effet, les lames d air emprisonnées dans le matériau transmettent très peu l énergie des ultrasons, ainsi, la vitesse mesurée sera plus faible. 2. Utilisation de l auscultateur sonique : Il existe principalement deux types de mesures : - Les mesures en transparence : cette méthode consiste à déterminer le temps de propagation des ondes sonores longitudinales à travers un élément. Pour procéder à ce type de mesure, il faut placer l émetteur et le récepteur sur les deux faces opposées de l élément à ausculter. - Les mesures de surface : cette méthode s effectue principalement lorsqu une seule des faces de l élément est accessible lors des investigations. Elle peut aussi être utilisée pour déterminer la profondeur d une fissure ou bien la présence de couches multiples dans un même élément. Pour réaliser cette mesure, il faut placer l émetteur et le récepteur sur la même face plane de l élément ément à ausculter. L émetteur reste sur un même point, tandis que le récepteur se déplace en effectuant à chaque fois une mesure. Il est à noter qu une règle a été conçue par le CEBTP afin d avoir des espacements donnés et ne pas faire des erreurs sur les distance mesurées. Cependant il existe une troisième méthode, la mesure en semi-transparence, qui consiste à placer l émetteur et le récepteur sur deux faces perpendiculaires. On a recours à cette méthode lorsque l ensemble de la structure n est pas accessible. Pour toutes les méthodes, l opérateur veillera à utiliser un produit de couplage, sur la face de chaque transducteurs, tel que la vaseline ou la graisse afin de limiter les interférences. 3. Mode opératoire : Le mode opératoire varie selon le type de mesure effectué : - Pour les mesures en transparence : il est nécessaire de réaliser un maillage dont les points de mesures sont adaptés à la géométrie de l élément à ausculter. On veillera à espacer les points tous les dix centimètres environ sur l élément afin d obtenir au moins dix mesures. Si l objectif est de comparer plusieurs éléments identiques ensemble, il est primordiale d avoir le même maillage sur chaque élément. Dans tous les cas, il est nécessaire d éviter au maximum le ferraillage de l élément car la vitesse de propagation entre le béton et l acier est très différente. - Pour les mesures de surface : l utilisation de la règle conçue par le CEBTP est préconisée. En effectuant un aller-retour, retour, le nombre de points est de 36, ainsi les résultats sont significatifs. On veillera à positionner cette règle à 45 par rapport au ferraillage afin d éviter que la 1/3

19 FICHE DIAGNOSTIC Auscultation sonique DIA 7 propagation de l onde ne soit parallèle au ferraillage. Dans le cas de la mesure de profondeur d une fissure, il est conseillé de placer la règle au tiers de la fissure, cela permet après exploitation d évaluer la profondeur de la fissure. Cependant, seules les mesures effectuées avant la fissure sont représentatives de la qualité du béton. 4. Exploitation des résultats : Des expériences menées par le CEBTP ont permis de montrer une corrélation entre la vitesse de propagation de l onde et qualité du béton. Si V > 4000 m/s alors le béton est de bonne qualité et homogène Si 3500 < V < 4000 m/s alors le béton est de qualité moyenne Si 3000 < V < 3500 m/s alors le béton est de qualité médiocre Si V < 3000 m/s alors le béton est de mauvaise qualité Cependant, il n a pas été démontré de relation physique entre la vitesse de propagation du son et la résistance à la compression des bétons. En effet, le type de ciment, le rapport E/C et la mise en œuvre d adjuvants sont autant de paramètres influençant la résistance du béton mais n influant pas sur la vitesse de propagation des ondes. Pour les mesures de surface on a : - Pour des bétons ne comportant ni fissures sures ni plusieurs couches, le diagramme distance/temps suivant : En effectuant une régression linéaire on obtient la droite des vitesses. 2/3

20 FICHE DIAGNOSTIC Auscultation sonique DIA 7 - Pour les bétons fissurés on obtient : Vitesse de propagation du son 200 Position de la fissure Temps (us) Δt Distance (mm) L estimation de la profondeur de la fissure est donnée par la formule suivante : H=V*Δt - Pour les bétons possédant une bicouche, on obtient : L épaisseur de la couche de béton altéré est donnée par la formule : 5. Pour aller plus loin : Se référer à la norme NF EN : Détermination de la vitesse de propagation du son. 3/3

21 FICHE RÉPARATION Ragréage REP 1 1. Introduction : La méthode de ragréage est généralement utilisée lorsque les surfaces de béton à reprendre sont relativement faibles. Ceci s explique par le fait que ce type de réparation n a besoin que de très peu de matériel mais est assez longue et nécessite beaucoup de main d œuvre. Lorsque les surfaces à réparer sont plus importantes, on privilégiera plutôt le béton projeté, plus rapide mais nécessitant une part plus importante de matériel. 2. Préparation de surface : Cette étape est très importante pour la pérennité des réparations, elle doit être effectuée avec soins. Il s agit dans un premier temps d éliminer toutes les zones présentant une faible cohésion sur l élément à reprendre. C'est-à-dire qu il faut vérifier chaque zone afin de voir s il n y a pas de décollement du béton, de la fissuration du béton, des épaufrures, etc. Les zones de ségrégation seront aussi éliminées. Ces pathologies étant directement liées au phénomène de corrosion des armatures, il est indispensable de dégager les aciers corrodés jusqu à ce qu une zone saine apparaisse. Pour être sûr de pouvoir effectuer une bonne réparation, il est d usage d obtenir le schéma suivant : 3. Traitement des armatures : Une fois les armatures corrodées dégagées, il s agit de les nettoyer afin d enlever toute la corrosion. Dans certains cas, la perte de section de l acier étant très élevée, il est nécessaire de remplacer l armature, soit par découpage de la zone atteinte et soudage d une armature équivalente, soit en scellant une nouvelle armature dans le parement. ent. Il est important qu après cette opération, la section d armatures soit au moins égale à celle présente initialement dans l élément de la structure concernée. Afin de limiter les risques d apparition de la corrosion, les armatures doivent être passivées par application d un produit convenablement choisi. Cette application peut se faire par différentes méthodes (par brossage, par application au pinceau, etc.) 4. Reconstitution de l enrobage : C est dans cette phase qu intervient réellement le ragréage. Il s agit de reconstituer manuellement l enrobage de béton à l aide d un mortier de réparation convenablement choisi par une entreprise 1/2

22 FICHE RÉPARATION Ragréage REP 1 possédant les compétences nécessaires. Il peut être intéressant sant de choisir de mettre des inhibiteurs de corrosion directement dans la formulation de ce mortier afin de limiter au maximum l apparition de corrosion dans les zones réparées. Dans tous les cas le mortier utilisé doit avoir les caractéristiques suivantes : - Tenue verticale sans coffrage - Montée en résistance rapide et de résistance mécanique supérieure au béton support - D adhérence supérieure ou égale à la cohésion du support - D imperméabilité à l eau et aux agents agressifs - De coefficient de dilatation thermique et de module d élasticité équivalente au béton support - De bonne protection des aciers - Les produits doivent être conforme à la norme NF P ou être admis à la marque «NF Produits spéciaux destinés aux constructions en béton hydraulique». 5. Pour aller plus loin : Voir la norme : NF EN 1504 : Produits et systèmes pour la protection et la réparation des structures en béton armé. 2/2

23 FICHE RÉPARATION Béton projeté REP 2 1. Introduction : La méthode du béton projeté est généralement utilisée lorsque les surfaces de béton à reprendre sont assez importantes. Ceci s explique par le fait que ce type de réparation est relativement rapide à mettre en œuvre mais nécessite du matériel particulier. Lorsque les surfaces à réparer sont assez faibles, on privilégiera plutôt le ragréage, plus adapté aux petites surfaces. 2. Préparation de surface : Tout comme pour la méthode de réparation par ragréage, il est nécessaire d effectuer cette étape avec soins. Il s agit dans un premier temps d éliminer toutes les zones présentant une faible cohésion sur l élément à reprendre. C'est-à-dire qu il faut vérifier chaque zone afin de voir s il n y a pas de décollement du béton, de la fissuration du béton, des épaufrures, ures, etc. Les zones de ségrégation seront aussi éliminées. Ces pathologies étant directement liées au phénomène de corrosion des armatures, il est nécessaire de dégager les aciers corrodés jusqu à ce qu une zone saine apparaisse. Pour être sûr de pouvoir effectuer une bonne réparation, il est d usage d obtenir le schéma suivant : 3. Traitement des armatures : Une fois les armatures corrodées dégagées, il s agit de les nettoyer afin d enlever toute la corrosion. Dans certains cas, la perte de section de l acier étant très élevée, il est nécessaire de remplacer l armature, soit par découpage de la zone atteinte et soudage d une armature équivalente, soit en scellant une nouvelle armature dans le parement. Il est important qu après cette opération, la section d armatures soit au moins égale à celle présente initialement dans l élément de la structure concernée. Dans le cadre de béton projeté par voie humide, il est possible d appliquer un passivant sur les armatures réparées afin de limiter les risques d apparition de la corrosion. Cette application peut se faire par différentes méthodes (par brossage, par application ion au pinceau, etc.). Ceci n est pas possible lorsque l on projette le béton par voie sèche car arrivant plus rapidement sur l élément concerné, la protection serait abimée et ne remplirait plus ses fonctions initiales. 1/2

24 FICHE RÉPARATION Béton projeté REP 2 4. Méthodes de projection du béton : On recense deux méthodes d application du béton projeté, soit par voie humide, soit par voie sèche. La seule différence entre ces deux méthodes est le moment où l on ajoute l eau. Pour le béton projeté par voie sèche, l eau est ajoutée au dernier moment au niveau de la lance alors que par voie humide, l eau est introduite lors du malaxage du béton. Figure 1 : Béton projeté par voie sèche Figure 2 : Béton projeté par voie humide Cependant, selon la méthode utilisée les résultats vont présenter quelques différences. Par voie sèche, on obtiendra une résistance plus élevée que par voie humide du fait du faible rapport E/C. Mais on aura une capacité de production plus limitée, un dégagement de poussière plus important mais surtout un risque de détérioration d un support fragile. Dans tous les cas, cette surépaisseur de béton est moins poreuse, plus durable et peu sensible aux attaques chimiques. Le béton projeté n étant pas encore carbonaté, il stoppe l évolution de la carbonatation, le temps d être lui-même complètement carbonaté. Il empêche également la pénétration d humidité grâce à sa faible porosité, ce qui protège les armatures de la corrosion. De plus il est possible d ajouter des inhibiteurs de corrosion dans la formulation du béton, ce qui permet de rendre plus pérennes les réparations effectuées. Dans tous les cas le béton utilisé doit avoir les caractéristiques suivantes : - Tenue verticale sans coffrage - Montée en résistance rapide et de résistance mécanique supérieure au béton support - D adhérence supérieure ou égale à la cohésion du support - D imperméabilité à l eau et aux agents agressifs - De coefficient de dilatation thermique et de module d élasticité équivalente au béton support - De bonne protection des aciers - Les produits doivent être conformes à la norme NF P ou être admis à la marque «NF Produits spéciaux destinés aux constructions en béton hydraulique». 5. Pour aller plus loin : Voir les normes : NF EN Méthode 3.3 : Projection de béton ou de mortier NF P : Réparation et renforcement des ouvrages en béton et en maçonnerie Béton projeté NF EN : Béton projeté 2/2

25 FICHE RÉPARATION Tissus de fibre de carbone REP 3 1. Introduction : Le renforcement par tissus de fibres de carbone peut se faire sur différents types de structures et sur les différents matériaux usuels de la construction tels que le béton armé ou non, le bois, ou les structures métalliques. Ce matériau est dit composite car il s emploie généralement avec une résine. Il présente beaucoup d avantages, notamment liés à ses fortes caractéristiques mécaniques pour une masse volumique relativement faible. 2. Matériaux et produits nécessaires : Les produits suivants sont nécessaires pour effectuer un renforcement par tissus de fibres de carbone : - résine synthétique destinée à imprégner la fibre de carbone et à assurer la liaison avec le béton support, - fibre de carbone composée d un tissu bidirectionnel, - composition de l ordre de 40% de fibres de carbone et de 60% de résine à ± 7%. 3. Préparation des supports : Remarques : Les réparations liées aux dégradations générales des structures devront être réalisées préalablement à tout renforcement. - élimination des parties dégradées ou sans cohésion par burinage, bouchardage ou sablage selon les cas, - reprise des bétons. 4. Application de la fibre de carbone : - mélange mécanique des deux composants de la résine synthétique jusqu à obtenir une parfaite homogénéité, - application de la résine sur un support non ruisselant en respectant l orientation future de la fibre (dosage de 700 gr/m² ± 50 gr), - application de la fibre sur la résine sans pli ni étirement, - exécution d un marouflage pour imprégnation de la résine et élimination des bulles d air. - application d une couche de résine dite de fermeture selon les mêmes dosages que ci- dessus, immédiatement après la pose de fibre. NOTA : Ne jamais couper la fibre dans le sens de la longueur mais prévoir des dimensions standard. 5. Protection : Une protection au feu est indispensable pour respecter les règles en vigueur dans ce domaine. 1/2

26 FICHE RÉPARATION Tissus de fibre de carbone REP 3 6. Dimensionnement : Le dimensionnement de la fibre de carbone (nombre des couches, orientation, etc ) doit être mené par un Bureau d Etudes spécialisé. 2/2

27 FICHE PROTECTION Extraction des chlorures PRO 1 1. Définition de l extraction des chlorures : Au fil du temps et selon l environnement ambiant, des éléments chlorures présents dans l atmosphère pénètrent dans le béton. Ces éléments favorisent l apparition et le développement de la corrosion des aciers dans le béton armé. Le principe de la déchloruration est d extraire ces éléments chlorures du béton afin de limiter leur impact sur les armatures présentes dans l élément. 2. Principe de l extraction des chlorures : Le principe de la déchloruration consiste à polariser une armature aux alentours du parement en utilisant une anode placée sur le parement et enrobée d un électrolyte. Ainsi peut circuler un courant de polarisation, de l anode vers la cathode (l armature). Pour l heure, il existe principalement deux techniques de ré-alcalinisation. Par courant imposé, lorsqu un générateur électrique est placé entre l anode et l armature, ou par courant galvanique lorsqu un alliage jouant le rôle d anode est directement relié à l armature. Cependant, cette méthode est réalisable seulement dans les cas où il existe une continuité électrique des armatures, il est toujours possible de relier électriquement les armatures isolées à l aide de pontages électriques. Il est aussi nécessaire d avoir procédé à la réfection des parements avant l application de l extraction des chlorures, afin d éviter toute forme d hétérogénéité. L action possible de ce traitement est limitée à l enrobage des armatures. Il n est pas possible d extraire les chlorures au delà du premier lit d armatures. 3. Mise en œuvre : Dans le cas d utilisation isation du système par courant imposé, le principe de mise en œuvre est le suivant : - Projeter une couche de pâte (cellulose ou de laine de roche) sur laquelle on appliquera une solution électrolytique (carbonata alcalin) - Mettre en place un treillis anodique métallique sur des baguettes isolantes, fixées au parement - Connecter les fils de l anode au treillis - Projeter une deuxième couche de pâte - Effectuer les raccordements électriques au générateur de courant continu ayant une tension réglable de 10 à 48 volts - Humidifier périodiquement la pâte par l électrolyte - Effectuer un suivi des tensions et courants ainsi que des prélèvements d échantillons en cours de traitement afin d effectuer des analyses sur l efficacité du traitement - Déposer l ensemble de l installation - Rincer la structure à l eau basse pression. Dans le cas d utilisation du système anodique, le principe de mise en œuvre est le suivant : - Projeter sur le béton une couche de pâte saturée en électrolyte - Mettre en place l anode métallique fixée d une part sur une baguette l isolant du parement béton et d autre part en contact avec la pâte saturée en électrolyte - Connecter l anode au circuit électrique, c est à partir de la que le traitement se met en route - Effectuer un suivi des tensions et courants ainsi que des prélèvements d échantillons de béton pour analyser l évolution du traitement 1/2

28 FICHE PROTECTION Extraction des chlorures PRO 1 - Déposer l ensemble de l installation - Rincer la structure à l eau basse pression Traitement électrochimique en cours Afin de vérifier si l extraction des chlorures est convenable, il est nécessaire d effectuer des prélèvements d échantillons avant et après traitement pour pouvoir quantifier le résultat du traitement. 4. Pour aller plus loin : Voir les normes : NF EN : Mesurage de la pénétration d ions chlorures NF EN : Mesurage du taux de chlorures d un béton durci TS : Ré-alcalinisation électrochimique et traitements d extraction des chlorures applicables au béton armé Partie 2 : Extraction des chlorures. 2/2

29 FICHE PROTECTION Inhibiteurs de corrosion PRO 2 1. Définition d un inhibiteur de corrosion : Les inhibiteurs de corrosion sont des éléments chimiques permettant de ralentir, voire de stopper le processus de corrosion des métaux sur lesquels ils sont appliqués. Généralement ils sont ajoutés en faible concentration dans le milieu corrosif. Cependant, n entrent pas dans cette catégorie de produit les éléments présents dans un alliage de métaux tel que le chrome par exemple. Il est important de souligner le fait qu il n existe pas un seul mode d action des inhibiteurs de corrosion. Chaque type réagira différemment selon le milieu dans lequel il se situe. Par exemple l inhibiteur peut recouvrir la surface du métal par adsorption et ainsi réduire les surfaces de réaction élémentaires. Dans un autre cas, il peut former des composés avec le métal et le liquide environnant et modifier ainsi les réactions d interface. Dans tous les cas la vitesse de corrosion est ainsi ralentie voire annulée. Cependant pour généraliser, la corrosion étant un processus électrochimique, l action de l inhibiteur se ferra au niveau des étapes de réaction électrochimique. 2. Fonction d un inhibiteur de corrosion : Un inhibiteur de corrosion a pour fonction principales : - D avoir une action rapide et vérifiable - Être efficace durant de nombreuses années - De pénétrer suffisamment les couches de béton même dans le cas de béton très hétérogène par nature - D abaisser la vitesse de corrosion du métal, sans en affecter ses propriétés mécaniques et chimiques ainsi que celles de son milieu environnant - De prendre en considération le milieu (basique, neutre dans le cas de la carbonatation, voir acide dans le cas de la présence de chlorures) dans lequel il sera afin d être compatible avec celui-ci ci ainsi qu à la température d utilisation - D être en concentration suffisante pour être efficace - De ne pas être toxique 3. Catégories d inhibiteurs de corrosion : Il est possible de classifier les inhibiteurs de corrosion selon leur mode d action, à savoir : - Les inhibiteurs anodiques qui agissent en diminuant le courant sur la partie anodique de la surface du métal. Cependant il y a un risque uniquement si son action n est pas totale sur l élément, cela peut entrainer localement une augmentation de la densité de courant et ainsi conduire à un processus localement plus intense de corrosion qu en l absence d inhibiteurs de corrosion. - Les inhibiteurs cathodiques agissent en augmentant la surtension au niveau de la cathode et ainsi réduisent le courant de corrosion. Les inhibiteurs cathodiques ne stoppent jamais le processus de corrosion mais ils n ont pas le désavantage des inhibiteurs cathodiques, à savoir la corrosion localisée. - Les inhibiteurs mixtes qui ont eux à la fois les propriétés des inhibiteurs anodiques et cathodiques. 1/2

30 FICHE PROTECTION Inhibiteurs de corrosion PRO 2 4. Mise en œuvre d un inhibiteur de corrosion : Il est important avant d appliquer le produit de préparer la surface du béton, c'est-à-dire éliminer la peinture ou autre revêtement. Une fois la surface prête à recevoir le produit, l application se fait directement sur la surface du béton à l aide d un rouleau ou d un pulvérisateur. Il faut veiller à ce que les consommations mises en œuvre soient conformes aux préconisations. Pour les inhibiteurs de corrosion sous forme liquide, l application se fait en plusieurs passes. Pour les inhibiteurs de corrosion sous forme gélifiés, l application se fait en une seule fois. Il faudra par la suite vérifier que les quantités minimales d inhibiteurs de corrosion au niveau des armatures soient atteintes. Cette vérification peut se faire par prélèvement d échantillons représentatifs de l ouvrage ou par le suivi des mesures de potentiel ou de courants de corrosion. Application au rouleau 5. Pour aller plus loin : Il n existe actuellement aucune norme française traitant de ce sujet, il est tout de fois possible de se référer à la norme NF EN : Essai d évaluation de la protection anticorrosion. 2/2

31 FICHE PROTECTION Ré-Alcalinisation PRO 3 1. Définition de la ré-alcalinisation : Le principe de base de la ré-alcalinisation est de donner au béton un ph permettant de passiver les aciers. Initialement, le béton lors de sa mise en œuvre à un ph aux environs de 13. Suite à sa carbonatation, le ph du béton diminue jusqu aux environs de 9, à ce moment là, les armatures ne sont plus protégées. Une ré-alcalinisation permet de redonner au béton son ph d origine. Ce traitement est dit temporaire car il dure généralement entre une et six semaines selon le degré d avancement de la carbonatation. 2. Principe de la ré-alcalinisation : Le principe de la ré-alcalinisation consiste à polariser une armature aux alentours du parement en utilisant une anode placée sur le parement et enrobée d un électrolyte. Ainsi peut circuler un courant de polarisation, de l anode vers la cathode (l armature). Pour l heure, il existe principalement deux techniques de ré-alcalinisation. Par courant imposé, lorsqu un générateur électrique est placé entre l anode et l armature, ou par courant galvanique lorsqu un alliage jouant le rôle d anode est directement relié à l armature. Cependant, cette méthode est réalisable seulement dans les cas où il existe une continuité électrique des armatures, il est toujours possible de relier électriquement les armatures isolées à l aide de pontages électriques. Il est aussi nécessaire d avoir procédé à la réfection des parements avant l application de la ré-alcalinisation afin d éviter toute forme d hétérogénéité. L action possible de ce traitement est limitée à l enrobage des armatures. Il n est pas possible de ré- alcaliniser au delà du premier lit d armatures. 3. Mise en œuvre : Dans le cas d utilisation du système par courant imposé, le principe de mise en œuvre est le suivant : - Projeter une couche de pâte (cellulose ou de laine de roche) sur laquelle on appliquera une solution électrolytique (carbonata alcalin) - Mettre en place un treillis anodique métallique sur des baguettes isolantes, fixées au parement - Connecter les fils de l anode au treillis - Projeter une deuxième couche de pâte - Effectuer les raccordements électriques au générateur de courant continu ayant une tension réglable de 10 à 48 volts - Humidifier périodiquement la pâte par l électrolyte - Effectuer un suivi des tensions et courants ainsi que des prélèvements d échantillons en cours de traitement afin d effectuer des analyses sur l efficacité du traitement - Déposer l ensemble de l installation - Rincer la structure à l eau basse pression. Dans le cas d utilisation du système anodique, le principe de mise en œuvre est le suivant : - Sur le béton, projeter une couche de pâte saturée en électrolyte - Mettre en place l anode métallique fixée d une part sur une baguette l isolant du parement béton et d autre part en contact avec la pâte saturée en électrolyte - Connecter l anode au circuit électrique, c est à partir de la que le traitement se met en route 1/2

32 FICHE PROTECTION Ré-Alcalinisation PRO 3 - Effectuer un suivi des tensions et courants ainsi que des prélèvements d échantillons de béton pour analyser l évolution du traitement - Déposer l ensemble de l installation - Rincer la structure à l eau basse pression Afin de vérifier l efficacité de la ré-alcalinisation, il est nécessaire de procéder à des tests sur l épaisseur de carbonatation avant et après traitement pour pouvoir comparer les résultats. Ce test se fait généralement à la phénolphtaléine. 4. Pour aller plus loin : Se référer à la norme : TS : Ré-alcalinisation électrochimique et traitements d extraction des chlorures applicables au béton armé Partie 1 : Ré-alcalinisation 2/2