Les indicateurs de durabilité Essais et seuils - cotita.fr · David CUVELIER – CETE Nord Picardie 16 Octobre 2013 4 Les indicateurs de durabilité Les dégradations du béton :

Les indicateurs de durabilitéEssais et seuils

David CUVELIER

David CUVELIER – CETE Nord Picardie

16 Octobre 20132

Les indicateurs de durabilité

SOMMAIRE DE LA PRESENTATION

1. Les différents indicateurs2. Les essais3. Les seuils retenus


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1. Les différents indicateurs


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Les dégradations du béton :

- Corrosion des armatures

- Les réactions de gonflements internes (RSI & RAG)

- Les effets du gel


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Les dégradations du béton :

- Corrosion des armatures

- Les réactions de gonflements internes (RSI & RAG)

- Les effets du gel

NF EN 206-1+ Recommandations pour la prévention des désordres dus à l'alcali-réaction – LCPC 1994+ Recommandations pour la prévention des désordres dus à la réaction sulfatique interne – LCPC 2007

XC (1 à 4)XS (1 à 3)XD (1 à 3)

A B CAs Bs Cs Ds

XF (1 à 4)XD (3)


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H2O +CO2 H+ + HCO3-

Fe Fe2+ + 2 e-4 H+ + O2 + 4 e- 2 H2O

Fe2+ + HCO3- Fe(HCO3)2

4 Fe(HCO3)2 + O2 2 Fe2O3 + 4 H2O + 8 CO2

- Pénétration de l'eau (H2O)

- Pénétration de l'air(O2 et CO2)

- Pénétration des chlorures (Cl-)

La corrosion des armatures :


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- Porosité accessible à l'eau (Peau)

- Perméabilité au gaz (Kgaz)

- Coefficient de diffusion des chlorures (Dapp)

- Mesure de la résistivité électrique (ρ)

- Pénétration de l'eau (H2O)

- Pénétration de l'air(O2 et CO2)

- Pénétration des chlorures (Cl-)

Les indicateurs correspondants :La corrosion des armatures :


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Les réactions de gonflements internes :

- RAG

- RSI

Alcalins, réactivité granulats (NR PR PRP)

Température élevée au jeune âge


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Les indicateurs de durabilitéLe phénomène d'alcali-réaction des granulats :

Pour les ouvrages courants (niveau de prévention B) :

- Granulats qualifiés NR

- Granulats qualifiés PR avec bilan des alcalins équivalents [Na2Oeq]

- Granulats qualifiés PR avec essai de performance en déformation suivant la norme NF P 18-454 et le fascicule FD P 18-456


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Les indicateurs de durabilitéLe phénomène de réaction sulfatique interne :

Pour les ouvrages courants :

- Niveau de prévention compris entre Bs et Ds

- Températures Tmax atteintes au cœur de la pièce

- Essai de performance en déformation suivant la méthode LPC n°66


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- Expansion de l'eau quand elle passe de l'état liquide à l'état solide

- Action renforcée par la présence des sels de déverglaçage (choc thermique en surface )

Les effets du gel :


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- Teneur en air occlus (tair)- Facteur d'espacement du réseau de bulle d'air (Lbar)- Mesure de la masse écaillée sous facteurs agressifs (Ec)- Essai de performance vis-à-vis du gel interne (Δε)- Résistance à la compression (Rc à 28 jours)

Les effets du gel :Les indicateurs de durabilité correspondants :


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2. Les essais


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2. Les essais2.1 Essais vis-à-vis de la corrosion des armatures


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Les indicateurs de durabilitéFabrication des corps d'épreuve :

- Moulage (NF EN 12390-2) dimensions 11x22 cm

- Carottage (NF EN 12504-1) diamètre 100 mm

● 10 mm de bord à exclure● Perméabilité au gaz (50 mm)● Résistivité électrique et migration des ions (50 mm)● Porosité à l'eau (50 mm)● 10 mm de bord à exclure


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Les indicateurs de durabilitéLa porosité accessible à l'eau : Peau

NF EN 18-459 Essai pour béton durci - Essai de porosité et de masse volumique

Objectif : Mesurer le pourcentage de vide connecté à la surface du béton


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Les indicateurs de durabilitéPréparation des corps d'épreuve :

- Mise sous vide de la cloche pendant 4h(pression 25 mbar)- Aspiration de l'eau grâce au vide(recouvrir les corps d'épreuve par 20mm d'eau mini.)- Saturation sous vide pendant 72h


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Les indicateurs de durabilitéMesures effectuées :

- Pesée hydrostatique, Meau

- Pesée dans l'air de l'éprouvette saturée d'eau, Mair

- Pesée dans l'air de l'éprouvette sèche, Msec

Séchage = étuve 105°C jusqu'à obtenir une masse constante (ie : Masse ne varie pas de plus de 0,05% entre deux pesées espacées de 24h)


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Les indicateurs de durabilitéCalcule de la porosité accessible à l'eau :

Pourcentage à 0,1 point près

Mair - Msec

Mair - MeauPeau = x 100


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Les indicateurs de durabilitéLa perméabilité au gaz : Kgaz

Méthode LPC n° 58

Objectif : Mesurer le flux de gaz traversant un corps d'épreuve soumis à un gradient de pression constant (CEMBUREAU)


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- Étancher le pourtour de l'éprouvette

- 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 1 bar

- Attendre d'obtenir une pression constante (30 minutes consécutives sans écart supérieur à 0,01 MPa ~ 0,1 bar)

- Mesurer le débit Q traversant l'éprouvette (1 mesure toutes les 15 minutes tant que l'écart entre deux mesures n'est pas inférieur à 3%)

Préparation des corps d'épreuve :


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Les indicateurs de durabilitéCalcul de la perméabilité apparente au gaz :

Kgaz = Loi de Hagen-Poiseuille

Avec :Q = mesure du flux du gaz traversant l'éprouvettePatm = la pression atmosphérique de sortieP = la pression d'entrée appliquéeL = épaisseur du corps d'épreuve (mesurée en 4 points, 0,1mm près)A = section du corps d'épreuve (issue de la mesure du diamètre effectuée en 3 points, 0,1mm près)μ = la viscosité dynamique du gaz (fonction du gaz utilisé)

2.Q.Patm.L.μ

A.(P² – Patm²)


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Les indicateurs de durabilitéKgaz = f(taux de saturation du béton)

i.e. : avant chaque mesure on relève :

Mx = Pesée du corps d'épreuve dans l'air avant mesure (après 24h à 20°C +/- 2)Msec = Pesée dans l'air de l'éprouvette sècheMenr = Pesée dans l'air de l'éprouvette saturée d'eau avec enrobage (aluminium autocollant ou résine époxy)

Taux de saturation du béton = (Mx-Msec)/(Menr-Msec)


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Les indicateurs de durabilitéCoef. de diffusion apparent des chlorures : Dapp

XP P 18-462 Essai pour béton durci - Essai accéléré de migration des ions chlorure en régime non-stationnaire

Objectif : Mesurer le front de pénétration des chlorures


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Les indicateurs de durabilitéPréparation des corps d'épreuve :- Mise en place du corps d'épreuve dans le tube d'essai- Fermeture du tube pour assurer l'étanchéité- Remplir le tube côté anode de solution sodée- Remplir le tube côté cathode de solution saline sodée- Mettre en place le circuit électriqueGénérateur (20-30V), voltmètre (0,1V près), ampèremètre (1mA près), thermomètre (0,1°C près)


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Les indicateurs de durabilitéMesure de la pénétration des chlorures :

Après une durée d'essai telle que : 3.10^5 A.s.m-² < I x Δt/S < 9.10^5 A.s.m-²

Avec

- Retirer le corps d'épreuve et réaliser un essai de fendage

- Application d'une solution de nitrate d'argent (AgNO3) sur les tranches fendues du corps d'épreuve

- I = intensité moyenne du courant (A)- S = surface du corps d'épreuve en contact avec la solution (m²)- Δt = durée de l'essai (s)


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Les indicateurs de durabilitéMesure de la pénétration des chlorures :

Dapp = f(profondeur, Δt, V)

Sens de migration des ions chlorures

Profondeur(mm)

Position sur x(cm)


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Les indicateurs de durabilitéMesure de la résistivité électrique : ρ

Objectif : Observer la porosité du béton en mesurant la conductivité électrique d'un corps d'épreuve saturé en eau sodée

Plus le béton est poreux

Plus il contient du liquide

Plus sa conductivité électrique est grande

Plus la résistance mesurée est faible


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Les indicateurs de durabilitéPréparation des corps d'épreuve et mesures réalisées :

- Placer le corps d'épreuve entre deux éponges saturées de soude et reliées à un pont RLC- Mettre une charge (2kg) sur le dispositif pour s'assurer du bon contact- Effectuer la mesure après stabilisation de l'affichage- Effectuer une deuxième mesure sans le corps d'épreuve


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Les indicateurs de durabilitéCalcul de la résistivité électrique :

Avec :ρ : la résistivité électrique du corps d'épreuve (Ω.m)I : l’impédance mesurée du corps d'épreuve (Ω)Iv : l’impédance mesurée à vide (Ω)S : la section du corps d'épreuve (m²)L : épaisseur du corps d'épreuve (m)

ρ = (I – Iv) x S / L


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2. Les essais2.2 Essais vis-à-vis des risques de gonflement


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Les indicateurs de durabilitéRAG - L'essai de performance suivant la normeNF P 18-454 :

Objectif : Accélérer le phénomène de gonflement du corps d'épreuve pour mesurer son expansion

- Dopage du ciment en alcalins - Conservation à 60°C et 100% HR- Durée : de 3 à 12 mois


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Les indicateurs de durabilitéRAG - L'essai de performance suivant la normeNF P 18-454 :

Eprouvettes 70x70x282 avec plots de mesure en acier inoxydable

L

Déformation = LXmois x 100 / Li

Avec :LXmois : Longueur de l'éprouvette au bout de X moisLi : Longueur initiale de l'éprouvette


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Les indicateurs de durabilitéRSI - L'essai de performance suivant la méthode LPC n°66 :Objectif : Accélérer le phénomène de gonflement du corps d'épreuve pour mesurer son expansion

- Après fabrication des corps d'épreuve, traitement thermique en enceinte climatique et en humidité proche de 100% (suivant le cycle thermique que subit le béton en usine ou sur site)

- Cycles humidification/séchage

- Éprouvettes 11x22 ou 7x7x28 avec plots de mesure en acier inoxydable


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Les indicateurs de durabilitéRSI - L'essai de performance suivant la méthode LPC n°66 :

L

Déformation = L12mois x 100 / Li

Avec :L12mois : Longueur de l'éprouvette au bout de 12 moisLi : Longueur initiale de l'éprouvette

Éprouvettes conservées en eau à 20°C


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2. Les essais2.2 Essais vis-à-vis des effets du gel


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Les indicateurs de durabilitéMesure de l'air occlus suivant la norme NF EN 12350-7 :

Lecture directe de la teneur en air

Essai sur béton frais – méthode de la compressibilité


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Les indicateurs de durabilitéMesure du facteur d'espacement suivant la norme ASTM C 457 : Lbar

Mesure des plus petites distances entre chaque bulles d'air

- Confection d'éprouvettes 16x32,

- Découpe des éprouvettes et polissage,

- Mesure optique de l'espacement entre les bulles d'air (comptage)


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Les indicateurs de durabilitéMesure de la masse écaillée sous facteurs agressifs (écaillage) suivant la norme XP P 18-420 : Ec

Mesure de la masse de matière écaillée

- Confection d'éprouvettes 15x15x15 recoupées

- Cycle Gel/Degel en contact avec une solution saline(-20°C / +20°C)

- Durée de l'essai = 3 mois (56 cycles de 24h)

ENCEINTE CLIMATIQUE

SAUMURE

EPROUVETTE


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Les indicateurs de durabilitéEssai de performance vis-à-vis du gel interne suivant la norme NF P 18-424 ou NF P 18-425 : Δε

Mesure de la déformation longitudinaleΔL/L

- Eprouvettes 10x10x40 cm

- 300 cycles de gel/dégel(-18°C/+9°C, cycle de 4 à 6h)

NF P 18-424 : Gel dans l'eau / Dégel dans l'eauNF P 18-425 : Gel dans l'air / Dégel dans l'eau


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Les indicateurs de durabilitéMesure du rapport des carrés des fréquences de raisonnance suivant la norme NF P 18-414 : f²/f0²

- Eprouvettes 10x10x40 cm

- 300 cycles de gel/dégel(-18°C/+9°C)

Mesure de la fréquence de résonance « f »f²/f0²


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Les indicateurs de durabilitéMesure de la résistance à la compression suivant la norme NF EN 12390-3 : RC à 28 jours

Mesure directe de la force fc28A convertir en MPa pour obtenir Rc28

- Eprouvettes cylindriques ou cubiques

- Surfaçage au souffre ou abrasif


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3. Les seuils retenus


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3. Les seuils retenus3.1 Les seuils vis-à-vis de la corrosion des armatures


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TABLEAU PAGE 9


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Les indicateurs de durabilitéPour ouvrage soumis à la carbonatation uniquement :

Si Cmin,dur > 30 mm Application directe des critères du Tableau I (sécuritaire)

Si Cmin,dur < 30 mm Plusieurs options :- Imposer Cmin,dur = 30 mm et appliquer Tableau 1- Définition de seuils plus sévères (cf. guide AFGC)- Revenir à une approche prescriptive essentiellement basée sur la résistance du béton- Utilisation d'armatures à protection améliorée (ex : inox)


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Les indicateurs de durabilitéPour ouvrage exposé à la pénétration des chlorures :

Si Cmin,dur > 50 mm Application directe des critères du Tableau I (sécuritaire)

Si Cmin,dur < 50 mm Plusieurs options :- Imposer Cmin,dur = 50 mm et appliquer Tableau 1- Définition de seuils plus sévères (cf. guide AFGC)- Revenir à une approche prescriptive essentiellement basée sur la résistance du béton- Utilisation d'armatures à protection améliorée (ex : inox)


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3. Les seuils retenus3.2 Les seuils vis-à-vis des risques de gonflement


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Les indicateurs de durabilitéRAG :

- Caractérisation des granulats (NR, PR)- Bilan des alcalins équivalents- Déformation des éprouvettes < 0,02%

RSI :

- Température maximale atteinte au cœur du béton- Déformation des éprouvettes < 0,04%


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3. Les seuils retenus3.3 Les seuils vis-à-vis des effets du gel


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16 Octobre 201353



16 Octobre 201354

Centre d'Études techniques de l'Équipement de l'Est

Ministère de l'Écologie, du Développement durable, des Transports et du Logement

Merci de votreattention

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