CHAPITRE 3 AUSCULTATION DES INFRASTRUCTURES DE GÉNIE CIVIL ET
3.2 Auscultation des structures par des techniques dites conventionnelles, destructives et
Les techniques conventionnelles, ce sont des techniques qui peuvent être destructives ou semi-destructives. Elles sont basées sur des mesures physiques, chimiques et mécaniques pouvant entrainer des endommagements (impacts, trous, etc.) sur les structures auscultées. L’objectif des essais est de mesurer les propriétés chimiques, physiques et mécaniques des matériaux, telles que :
La mesure de la résistance à la traction, qui donne des informations sur la capacité d’un béton à résister à la fissuration ;
La mesure de l’adhérence entre deux bétons par des essais de traction ;
La mesure des modules d’élasticité : le module dynamique ou module de Young et le coefficient de Poisson qui renseignent sur la rigidité des matériaux ;
La mesure de la perméabilité du béton à l’eau ou au gaz, pour connaitre l’état d’infiltration des fluides dans les matériaux ;
La détermination de la masse volumique apparente et de la porosité du béton ; La mesure de la résistance au gel-dégel ;
La mesure de la profondeur de pénétration des ions chlorure, pour avoir des renseignements sur la probabilité de corrosion des barres d’armature ;
La mesure du taux d’oxygène et de dioxyde de carbone dans les matériaux.
Certaines propriétés mesurées dans bien des cas sont corrélées à la résistance à la compression ou à la résistance à la traction du matériau. La résistance à la compression est de loin la propriété physique la plus mesurée pour caractériser la résistance des matériaux.
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3.2.1 Les principales méthodes d’évaluation destructives et
semi-destructives
Les principales méthodes conventionnelles les plus utilisées dans l’auscultation des structures en béton en génie civil sont les essais : pull-off, pull-out et de rupture.
L’essai pull-off : La technique permet de déterminer la résistance en traction de la structure à contrôler en exerçant un effort de tension sur une pastille métallique fixée sur cette structure. Elle permet d’évaluer l’adhérence en traction des systèmes de réparations ainsi que celle d’un béton superficiel non réparé. Elle est appliquée selon les normes standards canadienne (CSA A23.2 – 6B), américaine (ASTM C1583) et européenne ENI 1504-3 Products and Systems for Protection and Repair of Concrete Structures – Part 3 : Structural and Non-Structural Repairs [11].
L’essai pull-out : La technique permet de déterminer la résistance à l’extraction dans le béton (durci) d’un ancrage inséré dans le béton frais ou durci. Le résultat de la mesure est corrélé à la résistance à la compression à partir des données de calibration obtenues expérimentalement. L’essai donne des informations sur la qualité du béton. Cependant, les mesures sont ponctuelles et destructives. La méthode est appliquée selon la norme ASTM C900 Standard Test Method for Pullout Strength of Hardened Concrete [12]. Essai de rupture ou Break-off Test : Méthode peu répandue. Le principe de l’essai
permet de mesurer la force de rupture d’un échantillon cylindrique de béton dans une structure nouvelle ou ancienne. Le résultat de la mesure est ainsi corrélé à la résistance à la compression. La méthode est visée par la norme ASTM C1150 Standard Test Method for the Break-Off Number of Concrete [15].
3.2.2 Évaluation de l’adhérence par les techniques mécaniques
Plusieurs méthodes ont été développées pour l’évaluation de force d’adhérence entre deux matériaux. L’évaluation des propriétés d’adhérence entre deux bétons se fait au laboratoire à partir de la corrélation de mesures sur les échantillons de la résistance à la compression, à la
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traction ou à la torsion. Sur le terrain, les mesures de résistances à la compression, à la traction ou à la torsion se font au moyen des techniques souvent destructives ou semi-destructives. Les méthodes mesurent donc la force de résistance à la traction (Figures 3.1 A, B), la force de résistance au cisaillement ou à la torsion (Figures 3.1 C, D, E, F, G, H, J, K, L, M, N, O) [1, 8].
Figure 3.1 : Méthodes d’évaluation de l’adhérence entre deux matériaux [1, 8].
La technique de Pull-Off est la méthode la plus utilisée notamment sur le terrain. Les autres méthodes restent plus des méthodes appliquées aux essais de laboratoire.
Méthode de Pull-Off
La technique de Pull-off est généralement la méthode la plus utilisée pour l’évaluation de la qualité d’adhérence entre deux matériaux. Elle permet de donner des renseignements sur la :
- Résistance à la traction du substrat ;
- Résistance au décollement d’un système de réparation ou d’une couche de béton reposant sur un substrat ;
- Résistance à la traction d'un matériau de réparation ou un adhésif utilisé dans la réparation après que le matériau ait été appliqué à une surface et d’identifier le mode de rupture [16].
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Le principe est basé sur la détermination de la force maximum d’arrachement d’une plaque métallique en acier (pastille métallique de 50 mm de diamètre) d’essai collée au moyen d’une résine d’époxy sur la surface de la structure à ausculter perpendiculairement à la surface de l’appareil de mesure (Figure 3.2). La zone d’essai est isolée du reste de la surface par un carottage traversant la couche supérieure et pénétrant dans le substrat d’au moins 10 mm de profondeur en dessous de l’interface nouveau béton/vieux béton.
Figure 3.2 : Essai pull-off – Principe [16].
Les résultats obtenus donnent des renseignements sur la contrainte de rupture et le mode de rupture. On distingue différents modes de rupture :
Ruptures cohésives : Ce sont des ruptures qui peuvent se développer dans le béton de réparation (Figure 3.3 c), ou dans le substrat (Figure 3.3 a) ;
Ruptures adhésives : Les ruptures peuvent se produire à l’interface entre le béton de réparation et le substrat. Si aucune rupture ne produit dans ce cas, le système de réparation est caractérisé par une forte adhérence (Figure 3.3 b).
La force de liaison ou de l’adhérence est évaluée lorsque la rupture a lieu à l’interface entre le béton de réparation et le vieux béton (Figure 3.3 b). La force de traction est mesurée lorsque la rupture a lieu soit dans le béton de réparation ou dans le substrat (Figures 3.3 a et 3.3 c). La force d’adhérence à l’interface serait ainsi élevée dans le cas des Figures 3.3 a et 3.3 c puisque la rupture ne se produit pas à l’interface de deux bétons. À partir des courbes de calibration obtenues expérimentalement connaissant la force d’arrachement, on peut également déduire la résistance à la traction ou encore la force de l’adhérence.
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Bien que la technique soit intéressante pour l’évaluation de la qualité d’adhérence, elle reste destructive, car elle affecte l’intégrité de la structure mesurée [17].
Figure 3.3 : Essai Pull-Off - Différents modes de rupture [16].
3.2.3 Conclusion
Ces méthodes sont intéressantes du point de vue de la reproductibilité des mesures sur le terrain. Leur précision reste néanmoins très limitée du fait qu’elles sont ponctuelles et locales. Les mesures sont souvent limitées sur des petites surfaces et ne traduisent donc pas l’état réel de l’ensemble de la structure. La probabilité de commettre des erreurs d’interprétations peut être grande. Ces techniques sont destructives ou semi-destructives pour la plupart d’entre elles puisque l’intégrité de la structure auscultée est affectée. Du fait des inconvénients qu’elles présentent, les ingénieurs s’intéressent de plus en plus aux techniques dites non destructives capables d’ausculter sur de larges étendues de surface et sans causer des dégradations de la structure lors des mesures.