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JOURNEE TECHNIQUE IMGC
Gestion Patrimoniale des ouvrages de Génie Civil
Marc BROUXEL (CONCRETE) et Lotfi HASNI (CEBTP)
25 SEPTEMBRE 2013
La démarche de diagnostic
Diagnostiquer
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Diagnostiquer
Journée technique du 25 septembre 2013
- 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.
Définition - Objectifs
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Diagnostiquer
Journée technique du 25 septembre 2013
La démarche de diagnostic
Pré- diagnostic
- Analyse approfondie des archives
- Examen des rapports de surveillance
Diagnostic- pronostic
Evaluation approfondie de la structure
# Inspections ciblées # Auscultation # Essais de laboratoire # Instrumentation # Calcul
Evaluation de l’état de conservation des matériaux
Analyse du fonctionnement de la structure
Evaluation de la capacité portante réelle
DIAGNOSTIC
SURVEILLANCE
DECISION DU TYPE D’INTERVENTION
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Diagnostiquer
Journée technique du 25 septembre 2013
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.
La démarche de diagnostic
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.
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Diagnostiquer
Journée technique du 25 septembre 2013
La démarche de diagnostic
Les opérations de diagnostic comprennent : les interventions sur site
- 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
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Diagnostiquer
Journée technique du 25 septembre 2013
Analyse du fonctionnement de la structure
Partie 1 :
Auscultations non destructives
Partie 2 :
Analyses de laboratoire
Partie 3 :
La démarche de diagnostic
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Diagnostiquer
Journée technique du 25 septembre 2013
Analyse du fonctionnement de la structure
Typologie de fissuration : Fissuration de fonctionnement mécanique
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Diagnostiquer
Journée technique du 25 septembre 2013
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
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Diagnostiquer
Journée technique du 25 septembre 2013
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.
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Journée technique du 25 septembre 2013
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
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Journée technique du 25 septembre 2013
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)
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Journée technique du 25 septembre 2013
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).
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Journée technique du 25 septembre 2013
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
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Journée technique du 25 septembre 2013
Analyse du fonctionnement de la structure
CAUSES APPARITION CONFIGURATION REMARQUES
Tassement plastique
Fissures suivant le dessin du
ferraillage et aux changements de
formes
Wmax peut être élevée (mesures à prévoir au
bétonnage)
Retrait plastique Faïençage ou longues fissures W ≈ 2 à 4 mm assez courant
Chaleur de priseQuelques 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 flexionOuverture restant faible avec l'armature normale
Corrosion
Fissuration le long des aciers avec
éclatement de l'enrobage et
coulures de rouille
Ouverture fine puis croissante jusqu'à chute du
béton (enrobage adéquat)
Réaction chimique interne:
DEF ou AR
Gel - dégelAprès les périodes
froides
Actions mécaniques
d'utilisation
En fonction de
l'utilisationCf. fissures mécaniques
Actions thermiques En fonction du climat Fissures de traction
QUELQUES CAUSES PRINCIPALES DE FISSURATION
Généralement fine à moins de déficience
structurale (armature insuffisante, résistance
faible du béton…) et surcharges accidentelles
En
co
nstr
uct
ion
En
serv
ice
Quelques heures
après le bétonnage
Après plusieurs
années de service
Fissuration d'éclatement ou
désagrégation du béton. Fissuration
multidirectionnelle avec des mailles
de quelques cm
Ouverture importante et chute de béton (contrôle
de matériaux constitutifs)
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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
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Journée technique du 25 septembre 2013
Auscultations non destructives
Millivoltmètre Béton
Points de mesure
Réseau
d’armature
Pince de masse
Electrode de
référence
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Journée technique du 25 septembre 2013
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
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Auscultations non destructives
Mesures non-destructives : Cohésion superficielle ou adhérence
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Auscultations non destructives
Mesures non-destructives : Enrobage (Pachomètre) (nécessité d’étalonnage pour vérification du diamètre des armatures)
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Journée technique du 25 septembre 2013
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
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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
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Diagnostiquer
Journée technique du 25 septembre 2013
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)
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Journée technique du 25 septembre 2013
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) ?
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Journée technique du 25 septembre 2013
Les analyses de laboratoire
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0
-2,00
-1,00
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00ST nazaire 24-11-2005 #4 C1 S9 40 mm ECD_1µS
min
1 - Fluorure - 3,270
2 - Chlorure - 4,927
3 - Sulfate - 12,713
Colonnes de séparation
Système chromatographique ICS-1000
pH-iomètre et électrode spécifique
chlorures
Recherche de polluants : exemple des chlorures - dosage des éléments solubles ou totaux ? - analyse multi-élémentaires par chromatographie ionique - électrode spécifique chlorures
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Diagnostiquer
Journée technique du 25 septembre 2013
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
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Diagnostiquer
Journée technique du 25 septembre 2013
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.
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Diagnostiquer
Journée technique du 25 septembre 2013
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,
• …
Etablissement du diagnostic - pronostic
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Diagnostiquer
Journée technique du 25 septembre 2013
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.
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Diagnostiquer
Journée technique du 25 septembre 2013
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.
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Diagnostiquer
Journée technique du 25 septembre 2013
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.