13.determination des indicateurs de durabilite
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Indicateurs <strong>de</strong> durabilité<br />
essais et seuils<br />
Michaël DIERKENS<br />
CETE <strong>de</strong> LYON - DLL<br />
15 novembre 2011<br />
Crédit photo : Arnaud Bouissou/MEDDTL<br />
Ministère <strong>de</strong> l'Écologie, du Développement durable,<br />
<strong><strong>de</strong>s</strong> Transports et du Logement<br />
www.<strong>de</strong>veloppement-durable.gouv.fr
SOMMAIRE<br />
Indicateurs vis-à-vis <strong>de</strong> la corrosion <strong><strong>de</strong>s</strong> armatures<br />
Confection et préparation <strong><strong>de</strong>s</strong> corps d'épreuves<br />
Essai résistivité électrique (ρ)<br />
Essai <strong>de</strong> migration <strong><strong>de</strong>s</strong> ions chlorures<br />
Coefficient <strong>de</strong> diffusion <strong><strong>de</strong>s</strong> chlorures (D app<br />
)<br />
Essai mesure <strong>de</strong> la porosité accessible à l'eau<br />
Porosité à l'eau (P eau<br />
)<br />
Essai mesure <strong>de</strong> la perméabilité au gaz CEMBUREAU<br />
Perméabilité apparente aux gaz (K gaz<br />
)<br />
Indicateurs vis-à-vis <strong><strong>de</strong>s</strong> réactions <strong>de</strong> gonflement interne<br />
Indicateurs vis-à-vis du risque lié aux effets du gel<br />
2
Corrosion <strong><strong>de</strong>s</strong> armatures<br />
Confection et préparation <strong><strong>de</strong>s</strong> corps d'épreuves<br />
Les corps d'épreuves peuvent être issus<br />
Soit :<br />
d'éprouvettes moulées<br />
Confectionnées et conservées conformément à la norme NF EN 12390-2<br />
« confection et conservation <strong><strong>de</strong>s</strong> éprouvettes pour essais <strong>de</strong> résistance »<br />
(cylindres 11 x 22)<br />
3
Les corps d'épreuves peuvent être issus<br />
Soit :<br />
d'éprouvettes prélevées par carottage (carotte <strong>de</strong> diamètre 100 mm)<br />
Conformément à la norme NF EN 12 504-1<br />
« carottage – Prélèvement, examen et essais en compression »<br />
4
Découpe <strong><strong>de</strong>s</strong> éprouvettes par sciage :<br />
1a 2a 3a<br />
1b 2b 3b<br />
1c 2c 3c<br />
1a 2a 3a perméabilité au gaz<br />
1b 2b 3b résistivité électrique et migration <strong><strong>de</strong>s</strong> ions chlorures<br />
1c 2c 3c porosité à l'eau<br />
hauteur <strong><strong>de</strong>s</strong> corps d'épreuve : 50 mm<br />
10 mm extrêmes à exclure<br />
5
Résistivité électrique (ρ)<br />
Principe :<br />
Mesurer la résistivité électrique du corps d'épreuve saturé.<br />
Moins le béton est poreux<br />
Moins il contiendra <strong>de</strong> liqui<strong>de</strong><br />
Moins le corps d'épreuve sera conducteur<br />
Plus la résistivité électrique sera gran<strong>de</strong><br />
6
Résistivité électrique (ρ)<br />
Imprégnation <strong>de</strong> solution <strong>de</strong> sou<strong>de</strong> (4 g/l)<br />
- mise sous vi<strong>de</strong> (< 25 mbar) pendant 4 h<br />
- recouvrir les corps d'épreuves avec la solution<br />
- maintenir le vi<strong>de</strong> 68 h pour assurer imprégnation<br />
7
Résistivité électrique (ρ)<br />
Le corps d'épreuve est ensuite :<br />
- isolé sur ses parties coffrées au moyen d'un ruban<br />
adhésif non-conducteur<br />
- placé entre <strong>de</strong>ux éponges reliées aux électro<strong><strong>de</strong>s</strong> <strong>de</strong><br />
mesure avec une masse <strong>de</strong> 2 kg au <strong><strong>de</strong>s</strong>sus du<br />
dispositif<br />
Mesure réalisée avec et sans le corps d'épreuve (valeur à vi<strong>de</strong>)<br />
Mesure à vi<strong>de</strong><br />
Mesure avec le corps d'épreuve<br />
8
Résistivité électrique (ρ)<br />
Mesures réalisées à l'ai<strong>de</strong> d'un pont RLC (fréquence 120 Hz)<br />
Calcul <strong>de</strong> la résistivité électrique (exprimée en Ω.m à 1 Ω.m près)<br />
Résistivité (ρ) = (impédance – valeur à vi<strong>de</strong>) x section / épaisseur<br />
(valeur à 10% près)<br />
Impédance : valeur lue avec le corps d'épreuve<br />
Valeur à vi<strong>de</strong> : valeur lue sans le corps d'épreuve<br />
9
Coefficient <strong>de</strong> diffusion apparent <strong><strong>de</strong>s</strong> chlorures (D app<br />
)<br />
Principe :<br />
Migration <strong><strong>de</strong>s</strong> ions chlorure sous champ électrique<br />
Générateur<br />
<strong>de</strong> tension<br />
Catho<strong>de</strong><br />
Protection<br />
étanche<br />
V<br />
Joints<br />
Electro<strong>de</strong><br />
Ano<strong>de</strong><br />
0,5 ou 1 mol/L NaCl +<br />
0,1 mol/L NaOH<br />
0,1 mol/L NaOH<br />
Cellule amont<br />
Joints<br />
Protection<br />
étanche<br />
Cellule aval<br />
Corps d’épreuve<br />
e = 50 mm<br />
10
Coefficient <strong>de</strong> diffusion apparent <strong><strong>de</strong>s</strong> chlorures (D app<br />
)<br />
11
Coefficient <strong>de</strong> diffusion apparent <strong><strong>de</strong>s</strong> chlorures (D app<br />
)<br />
Mesures à réaliser :<br />
- intensité circulant dans chaque cellule <strong>de</strong> diffusion (à 1 mA près)<br />
- tension aux bornes <strong>de</strong> chaque corps d'épreuve (à 0,1 V près)<br />
- température <strong>de</strong> la solution sodée (à 1°C près)<br />
Durée <strong>de</strong> l'essai :<br />
24 h pour la plupart <strong><strong>de</strong>s</strong> bétons classiques mais peut être étendue à plus<br />
d'une semaine selon la nature du ciment ou <strong><strong>de</strong>s</strong> additions utilisées.<br />
12
Coefficient <strong>de</strong> diffusion apparent <strong><strong>de</strong>s</strong> chlorures (D app<br />
)<br />
Exemple <strong>de</strong> dispositif (LRPC <strong>de</strong> Saint BRIEUC)<br />
13
Coefficient <strong>de</strong> diffusion apparent <strong><strong>de</strong>s</strong> chlorures (D app<br />
)<br />
Fendage <strong><strong>de</strong>s</strong> corps d'épreuve en fin<br />
d'essai<br />
Application d'une solution <strong>de</strong> nitrate<br />
d'argent sur la tranche<br />
Mesure <strong>de</strong> la profon<strong>de</strong>ur moyenne<br />
<strong>de</strong> la pénétration <strong><strong>de</strong>s</strong> chlorures<br />
Principaux paramètres pour le<br />
calcul <strong>de</strong> D app<br />
:<br />
- profon<strong>de</strong>ur <strong>de</strong> pénétration,<br />
- durée <strong>de</strong> l'essai,<br />
- différence <strong>de</strong> potentiel<br />
(valeur à 15% près)<br />
14
Porosité accessible à l'eau (P eau<br />
)<br />
NF P 18-459 - Essai pour béton durci - Essai <strong>de</strong> porosité et <strong>de</strong> masse volumique<br />
Principe<br />
Mesurer le pourcentage <strong><strong>de</strong>s</strong> vi<strong><strong>de</strong>s</strong> connectés avec la surface, à<br />
l'intérieur <strong>de</strong> la masse du béton<br />
Préparation <strong><strong>de</strong>s</strong> corps d'épreuve<br />
saturation en eau sous vi<strong>de</strong> pendant 72 h<br />
15
Porosité accessible à l'eau (P eau<br />
)<br />
Pesée hydrostatique M eau<br />
masse en grammes pesée sous l'eau,<br />
Pesée dans l'air <strong>de</strong> l'éprouvette saturée d'eau, M air<br />
Séchage à T = 105°C jusqu'à masse constante<br />
(2 pesées espacées <strong>de</strong> 24 h ne s'écartent pas plus <strong>de</strong> 0,05%)<br />
Pesée dans l'air <strong>de</strong> l'éprouvette sèche M sec<br />
Calcul <strong>de</strong> la porosité accessible à l'eau :<br />
M air<br />
– M sec<br />
P eau<br />
= x 100<br />
M air<br />
– M eau<br />
(valeur donnée en pourcentage à ± 0,75 point)<br />
16
Perméabilité au gaz (K gaz<br />
)<br />
Métho<strong>de</strong> LCPC n°58<br />
projet <strong>de</strong> norme nationale en cours <strong>de</strong> finalisation (pr NF P 18 - 463)<br />
Principe :<br />
Soumettre le corps d'épreuve à un gradient <strong>de</strong> pression <strong>de</strong> gaz<br />
constant avec l'appareil CEMBUREAU<br />
La perméabilité est alors déterminée à partir <strong>de</strong> la mesure du flux <strong>de</strong><br />
gaz le traversant.<br />
17
Perméabilité au gaz (K gaz<br />
)<br />
Saturation en eau sous vi<strong>de</strong> pendant 72 h<br />
Étanchement du pourtour du corps d'épreuve afin d'assurer un écoulement<br />
unidirectionnel du gaz pendant l'essai,<br />
Séchage en étuve ventilée à T= 80 ± 5 °C<br />
Séchage en étuve ventilée à T = 105 ± 5°C jusqu'à stabilisation <strong>de</strong> la masse<br />
Placer le corps d'épreuve dans la cellule et gonfler la chambre à air à une<br />
pression mini <strong>de</strong> 8 bars<br />
Établir la pression <strong>de</strong> gaz à 1 bar<br />
Choisir le débitmètre compatible avec<br />
le mo<strong>de</strong> opératoire et mesurer le temps<br />
<strong>de</strong> passage <strong>de</strong> la bulle <strong>de</strong> savon.<br />
(valeur à 30% près)<br />
18
Indicateurs vis-à-vis <strong>de</strong> la corrosion <strong><strong>de</strong>s</strong> armatures<br />
Confection et conservation <strong><strong>de</strong>s</strong> corps d'épreuves<br />
Essai résistivité électrique (ρ)<br />
PLAN<br />
Essai <strong>de</strong> migration <strong><strong>de</strong>s</strong> ions chlorures<br />
coefficient <strong>de</strong> diffusion <strong><strong>de</strong>s</strong> chlorures (D app<br />
)<br />
Essai mesure <strong>de</strong> la porosité accessible à l'eau<br />
Porosité à l'eau (P eau<br />
)<br />
Essai mesure <strong>de</strong> la perméabilité au gaz CEMBUREAU<br />
Perméabilité apparente aux gaz (K gaz<br />
)<br />
Indicateurs vis-à-vis <strong><strong>de</strong>s</strong> réactions <strong>de</strong> gonflement interne<br />
Indicateurs vis-à-vis du risque lié aux effets du gel<br />
20
Alcali-réaction (RAG)<br />
Indicateurs <strong>de</strong> durabilité :<br />
- bilan en alcalins équivalents <strong>de</strong> la formule <strong>de</strong> béton (Na 2<br />
O eq<br />
)<br />
- déformation <strong>de</strong> gonflement d'éprouvettes <strong>de</strong> béton évaluée<br />
selon l'essai <strong>de</strong> performance NF P 18-454.<br />
Principe<br />
La formule <strong>de</strong> béton à qualifier est testée pendant<br />
5 mois dans <strong><strong>de</strong>s</strong> conditions accélérant le phénomène<br />
d'alcali-réaction :<br />
- augmentation du taux d'alcalin,<br />
- atmosphère saturée d'humidité,<br />
- température élevée 60°C.<br />
21
Alcali-réaction (RAG)<br />
3 éprouvettes 7x7x28 équipées <strong>de</strong> plots <strong>de</strong><br />
mesures en inox,<br />
Mesures <strong>de</strong> déformations longitudinales au<br />
comparateur à échéances régulières<br />
Les valeurs <strong><strong>de</strong>s</strong> déformations <strong>de</strong> gonflement<br />
<strong><strong>de</strong>s</strong> éprouvettes doivent satisfaire aux<br />
exigences du FD P 18-456.<br />
CEM I sans addition minérale :<br />
- 3 ou 5 mois selon nature <strong>de</strong> la roche<br />
- gonflement < 0,02%<br />
Autres formulations :<br />
- 5 mois<br />
- gonflement < 0,02%<br />
- critère sur la pente <strong>de</strong> la courbe <strong>de</strong> gonflement<br />
22
Réaction sulfatique interne (RSI)<br />
Indicateurs <strong>de</strong> durabilité :<br />
- température maximale atteinte au cœur <strong>de</strong> la partie d'ouvrage<br />
- déformation <strong>de</strong> gonflement d'éprouvettes évaluée selon l'essai<br />
<strong>de</strong> performance défini par la métho<strong>de</strong> LPC n°66<br />
3 éprouvettes 11x22 ou 7x7x28<br />
Application d'un traitement thermique en enceinte climatique programmable<br />
après la fabrication :<br />
- conditions hydriques proches <strong>de</strong> la saturation<br />
- cycle fonction <strong><strong>de</strong>s</strong> données relatives au cycle thermique subi<br />
par le béton en usine ou sur site<br />
Application <strong>de</strong> <strong>de</strong>ux cycles <strong>de</strong> séchage et d'humidification<br />
- séchage 7 j à 38°C et HR < 30%<br />
- immersion pendant 7 j dans <strong>de</strong> l'eau à 20°C<br />
Mesure <strong><strong>de</strong>s</strong> déformations longitudinales pendant 12 mois.<br />
23
PLAN<br />
Indicateurs vis à vis <strong>de</strong> la corrosion <strong><strong>de</strong>s</strong> armatures<br />
Confection et conservation <strong><strong>de</strong>s</strong> corps d'épreuves<br />
Essai résistivité électrique (ρ)<br />
Essai <strong>de</strong> migration <strong><strong>de</strong>s</strong> ions chlorures<br />
coefficient <strong>de</strong> diffusion <strong><strong>de</strong>s</strong> chlorures (D app<br />
)<br />
Essai mesure <strong>de</strong> la porosité accessible à l'eau<br />
Porosité à l'eau (P eau<br />
)<br />
Essai mesure <strong>de</strong> la perméabilité au gaz CEMBUREAU<br />
Perméabilité apparente aux gaz (K gaz<br />
)<br />
Indicateurs vis-à-vis <strong><strong>de</strong>s</strong> réactions <strong>de</strong> gonflement interne<br />
Indicateurs vis-à-vis du risque lié aux effets du gel<br />
25
Les paramètres à considérer sont à choisir,<br />
selon l'intensité du gel et la fréquence <strong>de</strong> salage,<br />
parmi les suivants :<br />
- teneur en air occlus sur béton frais<br />
- facteur d'espacement <strong><strong>de</strong>s</strong> bulles d'air<br />
- écaillage<br />
- essai <strong>de</strong> performance vis-à-vis du gel interne<br />
- résistance à la compression à 28 jours<br />
26
Facteur d'espacement (Lbarre) : ASTM C457<br />
Teneur en air = donnée insuffisante<br />
facteur d'espacement = <strong>de</strong>mi-distance moyenne entre bulles<br />
27
Facteur d'espacement (Lbarre) : ASTM C457<br />
28
Facteur d'espacement (Lbarre) : ASTM C457<br />
Comptage :<br />
- plaques polies<br />
- 2×1500 points<br />
Mesures :<br />
- Lbarre<br />
- surface spécifique (α)<br />
- teneur en air (Ac)<br />
29
Gel interne (NF P 18 424 et NF P 18 425)<br />
3 prismes 10×10×40 cm<br />
Cycles :<br />
- 300 cycles<br />
- amplitu<strong>de</strong> (-18 + 9)°C<br />
- 4 cycles / 24 h<br />
Durée d'essai : 3,5 mois<br />
Mesures :<br />
- déformation longitudinale ∆l/l<br />
- fréquence <strong>de</strong> résonance f 1<br />
²/f 0<br />
²<br />
30
Gel interne (NF P 18 424 et NF P 18 425)<br />
NF P 18 424 : essai <strong>de</strong> gel sur béton durci. Gel dans l'eau – Dégel dans l'eau<br />
- gel sévère avec forte saturation en eau du béton<br />
NF P 18 425 : essai <strong>de</strong> gel sur béton durci. Gel dans l'air – Dégel dans l'eau<br />
- gel modéré<br />
- gel sévère avec saturation modérée en eau du béton<br />
31
Écaillage (XP P 18 420)<br />
4 ½ cubes 15×15×7,5 cm<br />
Surface coffrée<br />
Cycles :<br />
- 56 cycles<br />
- amplitu<strong>de</strong> (-20 +20)°C<br />
Durée d'essai : 3 mois<br />
Mesures :<br />
- récupération <strong><strong>de</strong>s</strong> masses écaillées<br />
- lavage sur tamis sous eau<br />
- séchage<br />
- calcul <strong>de</strong> la masse surfacique écaillée<br />
32
Seuils en étu<strong><strong>de</strong>s</strong> et convenances<br />
caractéristiques<br />
bétonG<br />
bétonG+S<br />
caractéristiques<strong><strong>de</strong>s</strong>granulats<br />
adaptées<br />
adaptées<br />
type etclasse du ciment<br />
CEM I ou<br />
CEM II/A et B<br />
sauf CV<br />
CEM I ou<br />
CEM II/A (S, D)<br />
PMouES<br />
dosage minimal du cimentpour unbéton arméou<br />
385 kg/m 3 (*) 385 kg/m 3 (*)<br />
précontraint0/20<br />
emploi entraîneur d’air<br />
obligatoirepour<br />
béton< C50/60<br />
obligatoirepour<br />
béton< C50/60<br />
rapport E eff /C<br />
≤ 0,50 ≤ 0,45<br />
(C =ciment ou liant recomposépour lesbétonsG)<br />
Résistancecaractéristiqueen compression (cylindre)<br />
≥ 30MPa<br />
≥ 35MPa<br />
facteur d'espacementL (ASTM C 457)<br />
≤ 250 µm ≤ 200 µm<br />
avec air entraînécompris entre4 et 8%<br />
Ecaillage (XP P 18-420)<br />
sans objet<br />
≤ 600 g/m²<br />
allongement relatif (NF P18-424 et NF P18-425)<br />
≤ 400 µm/m<br />
≤ 400 µm/m<br />
rapport <strong><strong>de</strong>s</strong>carrés<strong><strong>de</strong>s</strong>fréquences<strong>de</strong> résonance<br />
(P 18-414)<br />
≥ 75 ≥ 75<br />
* peut être abaissé à 350 (G) et 370 (G+S) si essais <strong>de</strong> performance<br />
33
Cas <strong><strong>de</strong>s</strong> CEM III<br />
caractéristiques<br />
type <strong>de</strong> ciment<br />
résistance caractéristique en<br />
compression (cylindre)<br />
facteur d’espacement<br />
allongement relatif<br />
Béton G<br />
CEM III/A ou B<br />
≥ 30MPa<br />
àdéterminer<br />
utilisépour le suivi du chantier<br />
≤ 400 µm/m<br />
(NF P18-424 et NF P18-425)<br />
rapport <strong><strong>de</strong>s</strong>carrés<strong><strong>de</strong>s</strong>fréquences<br />
≥ 75<br />
<strong>de</strong> résonance(P 18-414)<br />
34
MERCI DE VOTRE ATTENTION<br />
35