13.determination des indicateurs de durabilite

Indicateurs de durabilité
essais et seuils
Michaël DIERKENS
CETE de LYON - DLL
15 novembre 2011
Crédit photo : Arnaud Bouissou/MEDDTL
Ministère de l'Écologie, du Développement durable,
des Transports et du Logement
www.developpement-durable.gouv.fr

SOMMAIRE
Indicateurs vis-à-vis de la corrosion des armatures
Confection et préparation des corps d'épreuves
Essai résistivité électrique (ρ)
Essai de migration des ions chlorures
Coefficient de diffusion des chlorures (D app
)
Essai mesure de la porosité accessible à l'eau
Porosité à l'eau (P eau
)
Essai mesure de la perméabilité au gaz CEMBUREAU
Perméabilité apparente aux gaz (K gaz
)
Indicateurs vis-à-vis des réactions de gonflement interne
Indicateurs vis-à-vis du risque lié aux effets du gel
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Corrosion des armatures
Confection et préparation des corps d'épreuves
Les corps d'épreuves peuvent être issus
Soit :
d'éprouvettes moulées
Confectionnées et conservées conformément à la norme NF EN 12390-2
« confection et conservation des éprouvettes pour essais de résistance »
(cylindres 11 x 22)
3

Les corps d'épreuves peuvent être issus
Soit :
d'éprouvettes prélevées par carottage (carotte de diamètre 100 mm)
Conformément à la norme NF EN 12 504-1
« carottage – Prélèvement, examen et essais en compression »
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Découpe des éprouvettes par sciage :
1a 2a 3a
1b 2b 3b
1c 2c 3c
1a 2a 3a perméabilité au gaz
1b 2b 3b résistivité électrique et migration des ions chlorures
1c 2c 3c porosité à l'eau
hauteur des corps d'épreuve : 50 mm
10 mm extrêmes à exclure
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Résistivité électrique (ρ)
Principe :
Mesurer la résistivité électrique du corps d'épreuve saturé.
Moins le béton est poreux
Moins il contiendra de liquide
Moins le corps d'épreuve sera conducteur
Plus la résistivité électrique sera grande
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Résistivité électrique (ρ)
Imprégnation de solution de soude (4 g/l)
- mise sous vide (< 25 mbar) pendant 4 h
- recouvrir les corps d'épreuves avec la solution
- maintenir le vide 68 h pour assurer imprégnation
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Résistivité électrique (ρ)
Le corps d'épreuve est ensuite :
- isolé sur ses parties coffrées au moyen d'un ruban
adhésif non-conducteur
- placé entre deux éponges reliées aux électrodes de
mesure avec une masse de 2 kg au dessus du
dispositif
Mesure réalisée avec et sans le corps d'épreuve (valeur à vide)
Mesure à vide
Mesure avec le corps d'épreuve
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Résistivité électrique (ρ)
Mesures réalisées à l'aide d'un pont RLC (fréquence 120 Hz)
Calcul de la résistivité électrique (exprimée en Ω.m à 1 Ω.m près)
Résistivité (ρ) = (impédance – valeur à vide) x section / épaisseur
(valeur à 10% près)
Impédance : valeur lue avec le corps d'épreuve
Valeur à vide : valeur lue sans le corps d'épreuve
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Coefficient de diffusion apparent des chlorures (D app
)
Principe :
Migration des ions chlorure sous champ électrique
Générateur
de tension
Cathode
Protection
étanche
V
Joints
Electrode
Anode
0,5 ou 1 mol/L NaCl +
0,1 mol/L NaOH
0,1 mol/L NaOH
Cellule amont
Joints
Protection
étanche
Cellule aval
Corps d’épreuve
e = 50 mm
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Coefficient de diffusion apparent des chlorures (D app
)
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Coefficient de diffusion apparent des chlorures (D app
)
Mesures à réaliser :
- intensité circulant dans chaque cellule de diffusion (à 1 mA près)
- tension aux bornes de chaque corps d'épreuve (à 0,1 V près)
- température de la solution sodée (à 1°C près)
Durée de l'essai :
24 h pour la plupart des bétons classiques mais peut être étendue à plus
d'une semaine selon la nature du ciment ou des additions utilisées.
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Coefficient de diffusion apparent des chlorures (D app
)
Exemple de dispositif (LRPC de Saint BRIEUC)
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Coefficient de diffusion apparent des chlorures (D app
)
Fendage des corps d'épreuve en fin
d'essai
Application d'une solution de nitrate
d'argent sur la tranche
Mesure de la profondeur moyenne
de la pénétration des chlorures
Principaux paramètres pour le
calcul de D app
:
- profondeur de pénétration,
- durée de l'essai,
- différence de potentiel
(valeur à 15% près)
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Porosité accessible à l'eau (P eau
)
NF P 18-459 - Essai pour béton durci - Essai de porosité et de masse volumique
Principe
Mesurer le pourcentage des vides connectés avec la surface, à
l'intérieur de la masse du béton
Préparation des corps d'épreuve
saturation en eau sous vide pendant 72 h
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Porosité accessible à l'eau (P eau
)
Pesée hydrostatique M eau
masse en grammes pesée sous l'eau,
Pesée dans l'air de l'éprouvette saturée d'eau, M air
Séchage à T = 105°C jusqu'à masse constante
(2 pesées espacées de 24 h ne s'écartent pas plus de 0,05%)
Pesée dans l'air de l'éprouvette sèche M sec
Calcul de la porosité accessible à l'eau :
M air
– M sec
P eau
= x 100
M air
– M eau
(valeur donnée en pourcentage à ± 0,75 point)
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Perméabilité au gaz (K gaz
)
Méthode LCPC n°58
projet de norme nationale en cours de finalisation (pr NF P 18 - 463)
Principe :
Soumettre le corps d'épreuve à un gradient de pression de gaz
constant avec l'appareil CEMBUREAU
La perméabilité est alors déterminée à partir de la mesure du flux de
gaz le traversant.
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Perméabilité au gaz (K gaz
)
Saturation en eau sous vide pendant 72 h
Étanchement du pourtour du corps d'épreuve afin d'assurer un écoulement
unidirectionnel du gaz pendant l'essai,
Séchage en étuve ventilée à T= 80 ± 5 °C
Séchage en étuve ventilée à T = 105 ± 5°C jusqu'à stabilisation de la masse
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 à 1 bar
Choisir le débitmètre compatible avec
le mode opératoire et mesurer le temps
de passage de la bulle de savon.
(valeur à 30% près)
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Indicateurs vis-à-vis de la corrosion des armatures
Confection et conservation des corps d'épreuves
Essai résistivité électrique (ρ)
PLAN
Essai de migration des ions chlorures
coefficient de diffusion des chlorures (D app
)
Essai mesure de la porosité accessible à l'eau
Porosité à l'eau (P eau
)
Essai mesure de la perméabilité au gaz CEMBUREAU
Perméabilité apparente aux gaz (K gaz
)
Indicateurs vis-à-vis des réactions de gonflement interne
Indicateurs vis-à-vis du risque lié aux effets du gel
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Alcali-réaction (RAG)
Indicateurs de durabilité :
- bilan en alcalins équivalents de la formule de béton (Na 2
O eq
)
- déformation de gonflement d'éprouvettes de béton évaluée
selon l'essai de performance NF P 18-454.
Principe
La formule de béton à qualifier est testée pendant
5 mois dans des conditions accélérant le phénomène
d'alcali-réaction :
- augmentation du taux d'alcalin,
- atmosphère saturée d'humidité,
- température élevée 60°C.
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Alcali-réaction (RAG)
3 éprouvettes 7x7x28 équipées de plots de
mesures en inox,
Mesures de déformations longitudinales au
comparateur à échéances régulières
Les valeurs des déformations de gonflement
des éprouvettes doivent satisfaire aux
exigences du FD P 18-456.
CEM I sans addition minérale :
- 3 ou 5 mois selon nature de la roche
- gonflement < 0,02%
Autres formulations :
- 5 mois
- gonflement < 0,02%
- critère sur la pente de la courbe de gonflement
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Réaction sulfatique interne (RSI)
Indicateurs de durabilité :
- température maximale atteinte au cœur de la partie d'ouvrage
- déformation de gonflement d'éprouvettes évaluée selon l'essai
de performance défini par la méthode LPC n°66
3 éprouvettes 11x22 ou 7x7x28
Application d'un traitement thermique en enceinte climatique programmable
après la fabrication :
- conditions hydriques proches de la saturation
- cycle fonction des données relatives au cycle thermique subi
par le béton en usine ou sur site
Application de deux cycles de séchage et d'humidification
- séchage 7 j à 38°C et HR < 30%
- immersion pendant 7 j dans de l'eau à 20°C
Mesure des déformations longitudinales pendant 12 mois.
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PLAN
Indicateurs vis à vis de la corrosion des armatures
Confection et conservation des corps d'épreuves
Essai résistivité électrique (ρ)
Essai de migration des ions chlorures
coefficient de diffusion des chlorures (D app
)
Essai mesure de la porosité accessible à l'eau
Porosité à l'eau (P eau
)
Essai mesure de la perméabilité au gaz CEMBUREAU
Perméabilité apparente aux gaz (K gaz
)
Indicateurs vis-à-vis des réactions de gonflement interne
Indicateurs vis-à-vis du risque lié aux effets du gel
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Les paramètres à considérer sont à choisir,
selon l'intensité du gel et la fréquence de salage,
parmi les suivants :
- teneur en air occlus sur béton frais
- facteur d'espacement des bulles d'air
- écaillage
- essai de performance vis-à-vis du gel interne
- résistance à la compression à 28 jours
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Facteur d'espacement (Lbarre) : ASTM C457
Teneur en air = donnée insuffisante
facteur d'espacement = demi-distance moyenne entre bulles
27

Facteur d'espacement (Lbarre) : ASTM C457
28

Facteur d'espacement (Lbarre) : ASTM C457
Comptage :
- plaques polies
- 2×1500 points
Mesures :
- Lbarre
- surface spécifique (α)
- teneur en air (Ac)
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Gel interne (NF P 18 424 et NF P 18 425)
3 prismes 10×10×40 cm
Cycles :
- 300 cycles
- amplitude (-18 + 9)°C
- 4 cycles / 24 h
Durée d'essai : 3,5 mois
Mesures :
- déformation longitudinale ∆l/l
- fréquence de résonance f 1
²/f 0
²
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Gel interne (NF P 18 424 et NF P 18 425)
NF P 18 424 : essai de gel sur béton durci. Gel dans l'eau – Dégel dans l'eau
- gel sévère avec forte saturation en eau du béton
NF P 18 425 : essai de gel sur béton durci. Gel dans l'air – Dégel dans l'eau
- gel modéré
- gel sévère avec saturation modérée en eau du béton
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Écaillage (XP P 18 420)
4 ½ cubes 15×15×7,5 cm
Surface coffrée
Cycles :
- 56 cycles
- amplitude (-20 +20)°C
Durée d'essai : 3 mois
Mesures :
- récupération des masses écaillées
- lavage sur tamis sous eau
- séchage
- calcul de la masse surfacique écaillée
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Seuils en études et convenances
caractéristiques
bétonG
bétonG+S
caractéristiquesdesgranulats
adaptées
adaptées
type etclasse du ciment
CEM I ou
CEM II/A et B
sauf CV
CEM I ou
CEM II/A (S, D)
PMouES
dosage minimal du cimentpour unbéton arméou
385 kg/m 3 (*) 385 kg/m 3 (*)
précontraint0/20
emploi entraîneur d’air
obligatoirepour
béton< C50/60
obligatoirepour
béton< C50/60
rapport E eff /C
≤ 0,50 ≤ 0,45
(C =ciment ou liant recomposépour lesbétonsG)
Résistancecaractéristiqueen compression (cylindre)
≥ 30MPa
≥ 35MPa
facteur d'espacementL (ASTM C 457)
≤ 250 µm ≤ 200 µm
avec air entraînécompris entre4 et 8%
Ecaillage (XP P 18-420)
sans objet
≤ 600 g/m²
allongement relatif (NF P18-424 et NF P18-425)
≤ 400 µm/m
≤ 400 µm/m
rapport descarrésdesfréquencesde résonance
(P 18-414)
≥ 75 ≥ 75
* peut être abaissé à 350 (G) et 370 (G+S) si essais de performance
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Cas des CEM III
caractéristiques
type de ciment
résistance caractéristique en
compression (cylindre)
facteur d’espacement
allongement relatif
Béton G
CEM III/A ou B
≥ 30MPa
àdéterminer
utilisépour le suivi du chantier
≤ 400 µm/m
(NF P18-424 et NF P18-425)
rapport descarrésdesfréquences
≥ 75
de résonance(P 18-414)
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MERCI DE VOTRE ATTENTION
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