Étude de l'évolution de la détérioration du béton incorporant des granulats riches en sulfures de fer

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Étude de l’évolution de la détérioration du béton

incorporant des granulats riches en sulfures de fer

Mémoire

Julie Francoeur

Maîtrise interuniversitaire en sciences de la Terre

Maître ès sciences (M.Sc.)

Québec, Canada

© Julie Francoeur, 2016

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Étude de l’évolution de la détérioration du béton

incorporant des granulats riches en sulfures de fer

Mémoire

Julie Francoeur

Sous la direction de :

Benoît Fournier, directeur de recherche

Josée Duchesne, codirectrice de recherche

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Résumé court

Dans la région de Trois-Rivières, de nombreuses résidences ont été construites sur une fondation de béton incorporant des granulats riches en sulfures de fer, notamment de la pyrrhotite et de la pyrite. Plus de trois cents échantillons ont été prélevés au sein de seize fondations de maisons montrant différents degrés d’endommagement, de très faible à très élevé, afin de les analyser et de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes en cause. Plusieurs types d’essais pétrographiques, mécaniques et chimiques ont ainsi été effectués sur ces échantillons, tant sur le terrain qu’en laboratoire.

Le suivi de l’expansion et du développement de la fissuration sur des blocs prélevés au sein de fondations résidentielles a permis de démontrer le potentiel résiduel d’endommagement du béton lorsque soumis aux conditions climatiques naturelles. De plus, les résultats des travaux effectués sur les blocs suggèrent que la méthode de l’indice de fissuration est un bon outil du suivi l’évolution de l’endommagement du béton. Finalement, les résultats des travaux effectués en laboratoire suggèrent que le Damage Rating Index et le Stiffness Damage Test ont la capacité de quantifier l’état d’endommagement des bétons détériorés fabriqués avec des granulats incorporant des sulfures de fer.

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Résumé long

Dans la région de Trois-Rivières, de nombreuses résidences ont été construites sur une fondation de béton incorporant des granulats riches en sulfures de fer, notamment de la pyrrhotite et de la pyrite, ce qui a entraîné des dommages importants à ces fondations.

De nombreux échantillons ont été prélevés à l’été 2011 au sein de fondations montrant différents degrés d’endommagement afin de les analyser et de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes en cause. Plusieurs types d’essais ont été effectués sur ces échantillons de 2011 à 2014, tant sur le terrain qu’en laboratoire. L’instrumentation de fondations existantes a permis d’effectuer des mesures d’humidité relative et de température à trois différentes profondeurs et à trois différents niveaux à l’intérieur du béton. Des blocs métriques prélevés directement de fondations et présentant différents degrés de détérioration ont été installés sur un site d’exposition extérieur au cours du printemps et de l’été 2011. La quantification de la fissuration a été effectuée à l’aide de la méthode de l’Indice de fissuration (LCPC 1997) pour permettre de distinguer l’importance de la fissuration dans chaque bloc. La cartographie des fissures a été effectuée afin d’obtenir la densité de la fissuration et des mesures d’expansion ont aussi été réalisées sur ces blocs afin d’évaluer la progression de ces paramètres dans le temps. Des analyses chimiques de la teneur en soufre total du gros granulat ont été réalisées sur trente échantillons provenant de huit fondations présentant différents degrés de détérioration et six blocs provenant du site d’exposition extérieur afin d’évaluer la possibilité d’effectuer une corrélation entre la concentration en soufre total et l’endommagement du béton. Des analyses pétrographiques sur plaques polies ont été effectuées pour qualifier et quantifier les sulfures de fer présents dans le gros granulat du béton. Le Damage Rating Index, un essai pétrographique consistant à relever les indices pétrographiques d’endommagement sur une surface polie de béton et le Stiffness Damage Test, un essai mécanique consistant à soumettre un échantillon à 5 cycles de chargement-déchargement sous une charge maximale de 10 MPa, ont aussi été réalisés, de même que des essais de compression.

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v

En général, une température légèrement plus élevée a été mesurée au niveau supérieur des fondations, alors que les valeurs d’humidité y étaient généralement plus basses en comparaison avec celles des autres niveaux. Les blocs provenant des murs mitoyens, donc peu endommagés avant leur exposition extérieure, montrent une évolution de l’indice de fissuration négligeable à faible tandis que ceux ayant été soumis aux conditions climatiques extérieures ont montré une évolution soutenue de cet indice, variant de fort à très fort au cours de la période d’étude (2011 à 2014). Une augmentation importante de l’expansion du béton et de l’indice de fissuration entre les années 2012 et 2014 a pu être constatée. Toutefois, une relation directe entre la cote d’endommagement visuelle initialement accordée au béton, le degré d’expansion et l’indice de fissuration des blocs n’a pu être établie sans équivoque puisqu’une variabilité dans l’état des différents blocs prélevés au sein d’une même fondation résidentielle est observée.

Les analyses chimiques ont démontrées que l’état d’endommagement des échantillons provenant des blocs augmente généralement avec la teneur en soufre total dans le gros granulat et, sauf pour quelques exceptions, il en est de même pour les échantillons provenant des maisons. Une variabilité entre les teneurs de soufre total dans le gros granulat a pu être constatée à l’intérieur d’une même fondation. Suite aux analyses pétrographiques, aucun lien très précis n’a pu être établi entre la quantité de sulfures présents dans le gros granulat et l’état d’endommagement du béton, même si la composition en pyrrhotite des échantillons des fondations les plus endommagées est généralement supérieure à celle des échantillons présentant un faible état d’endommagement. De plus, les résultats des travaux effectués en laboratoire suggèrent que le Damage Rating Index, et le Stiffness Damage Test, des essais développés à l’origine pour évaluer les bétons affectés par la réaction alcalis-granulats, ont la capacité de quantifier l’état d’endommagement des bétons détériorés fabriqués avec des granulats incorporant des sulfures de fer. Les résultats obtenus suite à l’essai de compression confirment globalement les résultats obtenus suite à l’essai du SDT.

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Abstract

In the Trois-Rivières area, many houses were built on a concrete foundation made with aggregates containing large amounts of iron sulfides, such as pyrrhotite and pyrite. To allow for a better understanding of the oxidation mechanism, more than three hundred samples were extracted from sixteen foundations, showing different degrees of damage. A variety of petrographic, mechanical and chemical tests were conducted on these samples, in the laboratory as well as in the field.

The monitoring of the development of expansion and cracking in the concrete blocks taken from residential foundations demonstrated a potential for residual concrete deterioration when exposed to natural environmental conditions. Furthermore, results of experiments performed on the blocks suggest that the cracking index method is a good indicator of the evolution of damage. Finally, laboratory testing suggests that the Damage Rating Index and the Stiffness Damage Test can potentially quantify damage suffered by deteriorated concrete made with aggregates incorporating iron sulfide minerals.

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Table des matières

Résumé court ... iii

Résumé long ... iv

Table des matières ... vii

Liste des tableaux ... xi

Liste des figures ... xxx

Remerciements ... xl 1 Introduction ... 1

1.1 Mise en contexte ... 1

1.2 Problématique et nature du projet ... 4

1.3 Objectifs ... 6

2 Revue de la littérature ... 8

2.1 Réaction d’oxydation des sulfures de fer et sulfatation du béton ... 8

2.1.1 Pyrite (FeS2) et pyrrhotite (Fe(1-x)S) – Oxydation et sulfatation ... 8

2.1.2 Conditions favorables pour l’oxydation des sulfures de fer et la sulfatation du béton ... 14

2.2 Indices macroscopiques de détérioration des structures affectées par l’oxydation des granulats incorporant des sulfures de fer ... 17

2.2.1 Cas internationaux et nationaux ... 17

2.3 Indices microscopiques de détérioration des bétons incorporant des granulats riches en sulfures de fer ... 18

2.3.1 Cas internationaux et nationaux ... 18

2.3.2 Cas de la région de Trois-Rivières ... 19

2.4 Méthodes d’évaluation de l’endommagement ou du potentiel de réactivité des granulats ... 21

2.4.1 Méthodes in-situ ... 21

2.4.2 Méthodes de laboratoire ... 22

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3.1 Plan de travail ... 33

3.2 Travaux in-situ sur des fondations de maisons ... 35

3.2.1 Sélection des résidences pour travaux in-situ ... 35

3.2.2 Mesures de température et humidité in-situ dans les fondations ... 36

3.2.3 Carottage dans les fondations ... 38

3.3 Travaux in-situ sur champs de blocs ... 39

3.3.1 Sélection des résidences pour prélèvement des blocs métriques et organisation du site ... 39

3.3.2 Mesures d’expansion ... 42

3.3.3 Cartographie de la fissuration et densité surfacique ... 44

3.3.4 Mesure de l’indice de fissuration (IF) ... 46

3.4 Travaux effectués sur carottes en laboratoire ... 49

3.4.1 Analyses chimiques réalisées sur carottes ... 49

3.4.2 Détermination de la teneur et de la nature en sulfures des granulats grossiers du béton ... 52

3.4.3 Analyse pétrographique Damage Rating Index (DRI) ... 55

3.4.4 Contenu en vides perméables du béton ... 57

3.4.5 Stiffness Damage Test (SDT) et ses paramètres ... 59

3.4.6 Détermination de la résistance en compression ... 62

4 Résultats ... 64

4.1 Travaux in-situ sur des fondations de maisons - Mesures de température et d’humidité ... 64

4.2 Travaux in-situ sur champs de blocs ... 76

4.2.1 Mesures d’expansion ... 76

4.2.2 Cartographie de la fissuration et densité surfacique ... 82

4.2.3 Mesure de l’indice de fissuration (IF) ... 92

4.3 Travaux effectués sur carottes en laboratoire ... 99

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4.3.2 Détermination de la teneur et de la nature en sulfures des granulats grossiers

du béton ... 105

4.3.3 Analyse pétrographique Damage Rating Index (DRI) ... 110

4.3.4 Contenu en vides perméables du béton ... 116

4.3.5 Stiffness Damage Test (SDT) et ses paramètres ... 119

4.3.6 Détermination de la résistance en compression ... 130

5 Analyse et discussion des résultats ... 137

5.1 Introduction ... 137

5.2 Travaux in-situ sur les maisons ... 137

5.2.1 Mesures de température et humidité in-situ ... 137

5.3 Travaux sur champs de blocs ... 141

5.3.1 Évolution de l’expansion ... 141

5.3.2 Évolution de la fissuration ... 145

5.3.3 Corrélation entre les mesures de monitoring in-situ : expansion vs fissuration ... 153

5.4 Travaux effectués en laboratoire ... 156

5.4.1 Composition du béton ... 156

5.4.2 Quantification de l’endommagement du béton par pétrographie (Damage Rating Index) ... 163

5.4.3 Quantification de l’endommagement du béton par l’évaluation des propriétés mécaniques ... 173

5.4.4 Comparaison entre les différentes techniques de mesure d’endommagement du béton ... 183

5.5 Comparaison des mesures d’endommagement du béton : terrain et laboratoire ... 187

5.5.1 Comparaison entre la mesure du soufre total et les cotes d’endommagement visuel initialement attribuées ... 187

5.5.2 Cote d’endommagement visuelle comparée aux DRI et SDT ... 190

(10)

x

6 Conclusion et recommandations ... 197

Bibliographie ... 201

Annexe A Fiches de caractérisation des maisons résidentielles ... 208

Annexe B Fiches de caractérisation des blocs métriques ... 217

Annexe C Résultats relatifs aux mesures d’expansion ... 223

Annexe D Illustrations de la cartographie de fissuration et résultats de la densité de fissuration sur les blocs métriques ... 239

Annexe E Résultats relatifs à l’indice de fissuration ... 252

Annexe F Mesures et résultats relatifs aux vides perméables ... 321

Annexe G Résultats relatifs à la nature et la teneur en sulfures ... 337

Annexe H Résultats relatifs à l’essai du Damage Rating Index ... 428

Annexe I Résultats relatifs aux analyses chimiques : Teneur en soufre des gros granulats ... 451

Annexe J Résultats relatifs à l’essai du Stiffness Damage Test ... 459

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Liste des tableaux

Tableau 2.1 - Indices pétrographiques et facteurs de pondération utilisés pour la

détermination du Damage Rating Index (DRI). ... 24

Tableau 2.2 - Échelle d’endommagement du béton selon le DRI, adaptée des travaux de Sanchez (2014) et Fournier et al. (2009). ... 26

Tableau 3.1 - Détermination des différentes cotes d'endommagement visible. ... 35

Tableau 3.2 - Fondations instrumentées et leur cote de détérioration respective. ... 36

Tableau 3.3 - Utilisation des échantillons recueillis dans les fondations résidentielles. ... 39

Tableau 3.4 – Séries de blocs sur le site d’exposition extérieur et leur cote d’endommagement respective. ... 42

Tableau 3.5 - Échelle de caractérisation de la fissuration d'un parement par l'Indice de Fissuration (LCPC, 1997). ... 49

Tableau 3.6 - Hypothèses (%ST du gros granulat). ... 52

Tableau 3.7 - Indices pétrographiques et leur facteur de pondération utilisés lors de l'analyse du Damage Rating Index (DRI) (Villeneuve, 2011). ... 56

Tableau 4.1 - Résultats des mesures d’humidité et de température de la maison 1. ... 65

Tableau 4.2 - Résultats des mesures d’humidité relative et de température de la maison 2. ... 66

Tableau 4.7 - Résultats de mesures d’humidité et de température de la Maison 7 du 5 juillet. ... 72

(12)

xii

Tableau 4.8 - Résultats de mesures d’humidité et de température de la Maison 7 du 6 juillet. ... 73 Tableau 4.9 - Résultats des mesures d’humidité relative et de température de la maison

8. ... 75 Tableau 4.10 – Moyenne des teneurs en soufre total du gros granulat mesurées sur les

carottes extraites des fondations résidentielles. ... 103 Tableau 4.11 - Teneurs en soufre total du gros granulat mesurées sur les carottes

extraites des blocs métriques. ... 104 Tableau 4.12 - Tableau synthèse des mesures de vides perméables (méthode ASTM

C642-06) effectuées sur des carottes prélevées à trois différents niveaux des maisons instrumentées in-situ. ... 117 Tableau 4.13 - Tableau compilant les mesures de porosité du béton des blocs. ... 118 Tableau 4.14 - Résultats des paramètres obtenus lors de l’essai du SDT sur les

échantillons de la maison 1 (x= moyenne, s= écart-type). ... 120 Tableau 4.15 - Résultats des paramètres obtenus lors de l’essai du SDT sur les

(13)

xiii

Tableau 4.21 - Résultats des paramètres obtenus lors de l’essai du SDT sur les échantillons de la maison 8 (x= moyenne, s= écart-type). ... 127 Tableau 4.22 - Résultats des paramètres obtenus lors de l’essai du SDT sur les

échantillons des blocs (x= moyenne, s= écart-type). ... 128 Tableau 4.23 - Résultats des paramètres obtenus lors de l’essai du SDT sur les

échantillons de la série de blocs F en 2011 et en 2012 (x= moyenne, s= écart-type). ... 129 Tableau 5.1 - Taux d’expansion annuel (%) des blocs métriques des années 2012, 2013

et 2014.* ... 143 Tableau 5.2 - Classification de l’ampleur relative des résultats. ... 143 Tableau 5.3 - Valeurs de densité de fissuration (mm/mm2) pour les blocs provenant de

murs mitoyens. ... 147 Tableau 5.4 - Échelle de caractérisation de la fissuration d’un parement par la densité

de fissuration. ... 147 Tableau 5.5 - Teneur en soufre des granulats mesurée sur les carottes extraites des

blocs métriques. ... 156 Tableau 5.6 - Teneur en soufre des granulats mesurée sur les carottes extraites à

chacun des trois niveaux des fondations de maison. ... 157 Tableau 5.7 - Étude statistique des valeurs de teneur en soufre total dans le gros

granulat du béton de trois maisons de la région de Trois-Rivières. ... 159 Tableau 5.8 - Information générale sur les résidences instrumentées, la teneur en

sulfures de fer dans le gros granulat et les valeurs moyennes de la composition minéralogique des échantillons. ... 161 Tableau 5.9 - Données initiales (2011) de DRI, d’indice de fissuration et de densité de

fissuration relatives aux blocs. ... 168 Tableau 5.10 - Données de DRI, de teneur en soufre total et de teneur et composition

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xiv

Tableau 5.11 - Données de DRI, de teneur en soufre total et de teneur et composition des sulfures de fer du gros granulat du béton des huit maisons, 3

niveaux par maison. 171

Tableau 5.12 - Résultats des essais de Stiffness Damage Test (SDT) pour les carottes

prélevées à différents niveaux dans les fondations résidentielles.1_{... 175}

Tableau 5.13 - Résultats des essais de Stiffness Damage Test (SDT) pour les carottes prélevées sur un bloc par série de blocs métriques disposés sur le site d’exposition extérieur. ... 177

Tableau 5.14 - Variabilité dans les résultats de SDI pour les échantillons prélevés à chaque niveau des huit maisons instrumentées. ... 179

Tableau 5.15 - Comparaison entre les moyennes des résultats des essais de Stiffness Damage Test (SDT) pour les échantillons provenant des fondations résidentielles et ceux pour l’essai de résistance en compression. ... 182

Tableau 5.16 - Classification de la détérioration des échantillons déterminée par la méthode pétrographique du DRI et la méthode mécanique du SDT. ... 183

Tableau 5.17 - Comparaison des résultats des moyennes des vides perméables à la classification de la détérioration des échantillons déterminée par la méthode pétrographique du DRI et la méthode mécanique du SDT. ... 186

Tableau 5.18 - Moyennes des teneurs en soufre dans les gros granulats selon la cote d’endommagement de la fondation de laquelle l’échantillon a été prélevé. ... 188

Tableau 5.19 - Cotes d’endommagement visuel comparées aux résultats de Damage Rating Index et Stiffness Damage Test. ... 191

Tableau 5.20 - Résultats des essais de Stiffness Damage Test (SDT) et de Damage Rating Index pour les carottes prélevées à différents niveaux dans les fondations résidentielles. ... 194

Tableau C.1 - Valeurs des mesures d’expansion des blocs 2, 3, 4 et 5 de la série A. ... 224

Tableau C.2 - Valeurs des mesures d’expansion du bloc A2. ... 225

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xv

Tableau C.6 - Valeurs des mesures d’expansion des blocs 1, 2, 4 et 5 de la série B. ... 227

Tableau C.7 - Valeurs des mesures d’expansion du bloc B1. ... 228

Tableau C.11 - Valeurs des mesures d’expansion des blocs 2, 3, 4 et 5 de la série D. ... 230

Tableau C.12 - Valeurs des mesures d’expansion du bloc D2. ... 231

Tableau C.16 - Valeurs des mesures d’expansion des blocs 1, 3, 4 et 5 de la série E. ... 233

Tableau C.17 - Valeurs des mesures d’expansion du bloc E1. ... 234

Tableau C.21 - Valeurs des mesures d’expansion des blocs 2, 3, 4 et 5 de la série F. ... 236

Tableau C.22 - Valeurs des mesures d’expansion du bloc F2. ... 237

Tableau D.1 - Compilation des résultats de la cartographie de fissuration du bloc A. ... 241

Tableau D.2 - Compilation des résultats de la cartographie de fissuration du bloc B. ... 243

Tableau D.3 - Compilation des résultats de la cartographie de fissuration du bloc C. ... 245

Tableau D.4 - Compilation des résultats de la cartographie de fissuration du bloc D. ... 247

Tableau D.5 - Compilation des résultats de la cartographie de fissuration du bloc E. ... 249

Tableau D.6 - Compilation des résultats de la cartographie de fissuration du bloc F. ... 251

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xvi

Tableau E.2 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc A2 en mai 2011. ... 253

Tableau E.4 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc A2 en août 2012. ... 254

Tableau E.5 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc A2 en novembre 2012. ... 254

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xvii

Tableau E.34 - Valeurs de l’indice de fissuration des blocs 1, 2, 4 et 5 de la série B. ... 265

Tableau E.35 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc B1 en mai 2011. ... 265

Tableau E.37 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc B1 en août 2012... 266

Tableau E.38 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc B1 en novembre 2012. ... 266

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xviii

Tableau E.66 - Valeurs de l’indice de fissuration des blocs 1, 2, 3 et 4 de la série C. ... 276

Tableau E.67 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc C1 en juillet 2011. ... 276

Tableau E.68 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc C1 en mai 2012. ... 277

Tableau E.69 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc C1 en novembre 2012. ... 277

Tableau E.71 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc C1 en août 2013... 278

(19)

xix

Tableau E.93 - Valeurs de l’indice de fissuration des blocs 2, 3, 4 et 5 de la série D. ... 286

Tableau E.94 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc D2 en juillet 2011. ... 286

Tableau E.95 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc D2 en mai 2012. ... 287

Tableau E.96 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc D2 en août 2012. ... 287

Tableau E.97 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc D2 en novembre 2012. ... 287

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xx

Tableau E.126 - Valeurs de l’indice de fissuration des blocs 1, 3, 4 et 5 de la série E. ... 298

Tableau E.127 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc E1 en juillet 2011. ... 298

Tableau E.128 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc E1 en mai 2012. ... 299

Tableau E.129 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc E1 en août 2012. ... 299

Tableau E.130 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc E1 en novembre 2012. ... 299

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xxi

Tableau E.159 - Valeurs de l’indice de fissuration des blocs 2, 3, 4 et 5 de la série F. ... 310

Tableau E.160 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc F2 en octobre 2011. ... 310

Tableau E.161 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc F2 en mai 2012. ... 311

Tableau E.162 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc F2 en août 2012. ... 311

Tableau E.163 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc F2 en novembre 2012. ... 311

(22)

xxii

Tableau E.176 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc F4 en août 2012. ... 316 Tableau E.177 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc F4 en novembre 2012. ... 316 Tableau E.178 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc F4 en mai 2013. ... 316 Tableau E.179 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc F4 en août 2013. ... 317 Tableau E.180 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc F4 en novembre 2013. ... 317 Tableau E.181 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc F4 en mai 2014. ... 317 Tableau E.182 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc F5 en octobre 2011. ... 318 Tableau E.183 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc F5 en mai 2012. ... 318 Tableau E.184 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc F5 en août 2012. ... 318 Tableau E.185 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc F5 en novembre 2012. ... 319 Tableau E.186 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc F5 en mai 2013. ... 319 Tableau E.187 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc F5 en août 2013. ... 319 Tableau E.188 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc F5 en novembre 2013. ... 320 Tableau E.189 - Valeurs de l’indice de fissuration du bloc F5 en mai 2014. ... 320 Tableau F.1 - Tableau synthèse des mesures de porosité des maisons instrumentées in

situ. ... 322 Tableau F.2 - Détermination des masses volumiques, de l'absorption et des vides du

béton durci (porosité) de la maison 1. ... 323 Tableau F.3 - Détermination des masses volumiques, de l'absorption et des vides du

béton durci (porosité) de la maison 4. ... 326 Tableau F.6 - Détermination des masses volumiques, de l’absorption et des vides du

béton durci (porosité) de la maison 5. ... 327 Tableau F.7 - Détermination des masses volumiques, de l’absorption et des vides du

(23)

xxiii

Tableau F.8 - Détermination des masses volumiques, de l’absorption et des vides du béton durci (porosité) de la maison 7. ... 329 Tableau F.9 - Détermination des masses volumiques, de l’absorption et des vides du

béton durci (porosité) de la maison 8. ... 330 Tableau F.10 - Tableau synthèse des mesures de porosité des blocs. ... 331 Tableau F.11 - Détermination des masses volumiques, de l’absorption et des vides du

béton durci (porosité) du bloc A. ... 332 Tableau F.12 - Détermination des masses volumiques, de l’absorption et des vides du

béton durci (porosité) du bloc B. ... 333 Tableau F.13 - Détermination des masses volumiques, de l’absorption et des vides du

béton durci (porosité) du bloc D. ... 334 Tableau F.14 - Détermination des masses volumiques, de l’absorption et des vides du

béton durci (porosité) du bloc E. ... 335 Tableau F.15 - Détermination des masses volumiques, de l’absorption et des vides du

béton durci (porosité) du bloc F. ... 336 Tableau G.1 - Résultats détaillés de la teneur et la nature des sulfures de fer obtenus

des différents niveaux des maisons. ... 338 Tableau G.2 - Résultats détaillés de la teneur et la nature des sulfures de fer obtenus

des différents blocs. ... 339 Tableau G.3 - Résultats détaillés de la teneur et nature des sulfures de fer des

particules de granulats de taille supérieure à 2 mm de la plaque du niveau supérieur de la maison 1. ... 339 Tableau G.4 - Résultats détaillés de la teneur et nature des sulfures de fer des

particules de granulats de taille supérieure à 2 mm de la plaque du niveau central de la maison 1. ... 343 Tableau G.5 - Résultats détaillés de la teneur et la nature des sulfures de fer de la

plaque du niveau inférieur de la maison 1 pour les particules de granulats de taille supérieure à 2 mm. ... 346

(24)

xxiv

Tableau G.6 - Résultats détaillés de la teneur et nature des sulfures de fer des particules de granulats de taille supérieure à 2 mm de la plaque du niveau supérieur de la maison 2. ... 350 Tableau G.7 - Résultats détaillés de la teneur et la nature des sulfures de fer des

particules de granulats de taille supérieure à 2 mm de la plaque du niveau central de la maison 2. ... 353 Tableau G.8 - Résultats détaillés de la teneur et nature des sulfures de fer des

particules de granulats de taille supérieure à 2 mm de la plaque du niveau inférieur de la maison 2. ... 357 Tableau G.9 - Résultats détaillés de la teneur et nature des sulfures de fer des

particules de granulats de taille supérieure à 2 mm de la plaque du niveau inférieur de la maison 4. ... 378

(25)

xxv

Tableau G.15 - Résultats détaillés de la teneur et nature des sulfures de fer des particules de granulats de taille supérieure à 2 mm de la plaque du niveau supérieur de la maison 5. ... 381 Tableau G.16 - Résultats détaillés de la teneur et nature des sulfures de fer des

particules de granulats de taille supérieure à 2 mm de la plaque du niveau supérieur de la maison 7. ... 396 Tableau G.20 - Résultats détaillés de la teneur et la nature des sulfures de fer des

particules de granulats de taille supérieure à 2 mm de la plaque du niveau inférieur de la maison 8. ... 410

(26)

xxvi

Tableau G.24 - Résultats détaillés de la teneur et nature des sulfures de fer pour les particules de granulats de taille supérieure à 2 mm de la plaque du bloc de la série A. ... 414 Tableau G.25 - Résultats détaillés de la teneur et nature des sulfures de fer des

particules de granulats de taille supérieure à 2 mm de la plaque du bloc de la série B. ... 417 Tableau G.26 - Résultats détaillés de la teneur et nature des sulfures de fer des

particules de granulats de taille supérieure à 2 mm de la plaque du bloc de la série D. ... 421 Tableau G.27 - Résultats détaillés de la teneur et nature des sulfures de fer des

particules de granulats de taille supérieure à 2 mm de la plaque du bloc de la série F. ... 425 Tableau H.1 - Indices pétrographiques observés lors du DRI de l’échantillon de la

maison 1. ... 429 Tableau H.2 - Exemple du tableur utilisé pour relever les indices pétrographiques

observés lors du DRI de la ligne A de l’échantillon du niveau supérieur de la maison 1. ... 430 Tableau H.3 - Indices pétrographiques observés lors du DRI de l’échantillon de la

maison 2. ... 431 Tableau H.4 - Indices pétrographiques observés lors du DRI de l’échantillon de la

(27)

xxvii

Tableau H.9 - Indices pétrographiques observés lors du DRI de l’échantillon de la maison 8. ... 442 Tableau H.10 - Indices pétrographiques observés lors du DRI de l’échantillon du bloc

A. ... 444 Tableau H.11 - Indices pétrographiques observés lors du DRI de l’échantillon du bloc

B. ... 445 Tableau H.12 - Indices pétrographiques observés lors du DRI de l’échantillon du bloc

D. ... 446 Tableau H.13 - Indices pétrographiques observés lors du DRI de l’échantillon du bloc

F. ... 447 Tableau I.1 - Exemple de calcul du soufre total dans les particules de granulats à partir

de la mesure en soufre total du béton. ... 452 Tableau I.2 - Valeurs brutes des teneurs en soufre des particules du gros granulat

mesurées dans les carottes extraites des fondations des maisons. ... 453 Tableau I.3 - Valeurs de l’analyse de soufre des particules du gros granulat mesurées

dans les carottes extraites des fondations des maisons selon les hypothèses retenues. ... 454 Tableau I.4 - Valeurs brutes des teneurs en soufre des particules du gros granulat

mesurées dans les carottes extraites des blocs sur le site d’exposition extérieur. ... 455 Tableau I.5 - Valeurs de l’analyse de soufre des particules du gros granulat mesurées

dans les carottes extraites des blocs sur le site d’exposition extérieur selon les hypothèses retenues. ... 455 Tableau I.6 - Valeurs brutes des teneurs en soufre des particules du gros granulat

mesurées dans les carottes extraites de la maison X. ... 456 Tableau I.7 - Valeurs de l’analyse de soufre des particules du gros granulat mesurées

dans les carottes extraites de la maison X selon les hypothèses retenues. .. 456 Tableau I.8 - Valeurs brutes des teneurs en soufre des particules du gros granulat

(28)

xxviii

Tableau I.9 - Valeurs de l’analyse de soufre des particules du gros granulat mesurées dans les carottes extraites de la maison Y selon les hypothèses retenues. .. 457 Tableau I.10 - Valeurs brutes des teneurs en soufre des particules du gros granulat

mesurées dans les carottes extraites de la maison Z. ... 458 Tableau I.11 - Valeurs de l’analyse de soufre des particules du gros granulat mesurées

dans les carottes extraites de la maison Z selon les hypothèses retenues. .. 458 Tableau J.1 - Résultats détaillés des paramètres obtenus lors de l’essai du SDT sur le

bloc A. ... 460 Tableau J.2 - Résultats détaillés des paramètres obtenus lors de l’essai du SDT sur le

bloc B. ... 460 Tableau J.3 - Résultats détaillés des paramètres obtenus lors de l’essai du SDT sur le

bloc D. ... 460 Tableau J.4 - Résultats détaillés des paramètres obtenus lors de l’essai du SDT sur le

bloc E. ... 460 Tableau J.5 - Résultats détaillés des paramètres obtenus lors de l’essai du SDT sur le

bloc F. ... 460 Tableau K.1 - Résultats des valeurs de résistance en compression obtenues des

échantillons provenant des différents niveaux de la maison 1. ... 462 Tableau K.2 - Résultats des valeurs de résistance en compression obtenues des

(29)

xxix

Tableau K.7 - Résultats des valeurs de résistance en compression obtenues des échantillons provenant des différents niveaux de la maison 7. ... 465 Tableau K.8 - Résultats des valeurs de résistance en compression obtenues des

échantillons provenant des blocs du site d’exposition extérieur. ... 466

(30)

xxx

Liste des figures

Figure 1.1 - Indices de détérioration du béton. A. Fondation d'une maison montrant un motif de fissuration polygonal, recouverte par un produit calfeutrant. B. Détail d'une fondation de maison montrant de la fissuration et des éclatements (pop-outs). C. Coloration brunâtre à jaunâtre adjacente à une zone de fissuration. D. Détail des éclatements (pop-outs) avec présence d’une particule du gros granulat oxydée. ... 3 Figure 2.1 - Photographie au microscope à balayage électronique de deux formes de

gypse : à gauche de l’image, la forme plutôt compacte et à droite, les larges feuillets qui apparaissent lorsque l’espace nécessaire à leur formation est présent. Université Laval, 2011. ... 10 Figure 2.2 - Baguettes minces et allongées d'ettringite, Université Laval, 2011. ... 11 Figure 2.3 - Thaumasite. Université Laval, 2011. ... 13 Figure 2.4 - Courbes contrainte-déformation pour des échantillons de béton soumis à 5

cycles de chargement-déchargement lors de l’essai SDT. Les échantillons de béton avaient atteint différents niveaux d’expansion variant entre 0,007 et 0,166 % (Tiré de Smaoui et al. 2004). ... 29 Figure 2.5 - Résultats des essais de chargement-déchargement (méthode du SDT) pour

le calcul des paramètres SDI et PDI. ... 31 Figure 3.1 - Plan de travail dans le cadre du projet de maîtrise. ... 33 Figure 3.2 - Blocs métriques sur le site d’exposition extérieur situé à Trois-Rivières

Nord. ... 34 Figure 3.3 - A. Équipement de marque Vaisala, modèle HUMICAP® SHM40 B.

Indicateur avec câble et sonde de modèle HMP40S (source : site internet Vaisala). ... 37 Figure 3.4 - Prise de mesures d’humidité et de température sur l’un des trois niveaux. ... 38 Figure 3.5 - A. Contour du bloc protégé par une pellicule de plastique imperméable. B.

(31)

xxxi

Figure 3.6 - A. Pré-sélection des blocs sur la fondation avant sa démolition. B. Blocs venant d’être découpés, en attente du déplacement vers le site d’exposition extérieur. ... 41 Figure 3.7 - Comparateur et barre de référence utilisés lors des mesures d’expansion. ... 43 Figure 3.8 - A. Plots aux quatre coins du repère utilisés pour les mesures d'expansion.

B. Prise de mesures à l’aide du comparateur de 500 mm. ... 44 Figure 3.9 - Exemple de calque sur bloc métrique pour la cartographie de fissuration. ... 45 Figure 3.10 - A. Repère délimitant les six axes (lignes de couleur noire) à relever. B.

Mesure des fissures à l’aide du fissuromètre et d’une loupe (10 X). ... 47 Figure 3.11 - Exemple d’une feuille de relevé utilisée lors des mesures de l’indice de

fissuration. ... 48 Figure 3.12 - A. Four à induction carbone/soufre Eltra CS800. B. Creuset contenant

l’échantillon analysé et porté à très haute température, soit jusqu’à 2000

o_{C. ... 50}

Figure 3.13 - Schéma de préparation des échantillons selon la méthode proposée. ... 51 Figure 3.14 - Tables tournantes de polissage. ... 53 Figure 3.15 - Photocopie d’une plaque polie dont les particules du gros granulat ont été

numérotées pour l’analyse microscopique. ... 54 Figure 3.16 - Échantillon présentant un grillage pour l’analyse au stéréobinoculaire par

la méthode du DRI. ... 55 Figure 3.17 - Montage et instrumentation utilisés pour l’essai du Stiffness Damage

Test dans le laboratoire du CRIB à l’Université Laval A. Vue de la cage munie de capteurs mesurant la déformation longitudinale sous charge. B, C. Vue générale de la presse. D. Système d’acquisition de données. ... 61 Figure 3.18 - Montage de l’essai en laboratoire de la détermination de résistance en

compression. ... 63 Figure 4.1 - Comportement du comparateur par rapport à la barre de référence. ... 77 Figure 4.2 - Expansion des blocs 2, 3, 4 et 5 de la série A. ... 79 Figure 4.3 - Expansion des blocs 2, 3, 4 et 5 de la série D. ... 80

(32)

xxxii

Figure 4.4 - Expansion des blocs 2, 3, 4 et 5 de la série F. ... 81 Figure 4.5 - Expansion des blocs 1, 2, 4 et 5 de la série B. ... 81 Figure 4.6 - Expansion des blocs 1, 3, 4 et 5 de la série E. ... 82 Figure 4.7 - Cartographie de la fissuration du bloc A3 réalisée d’octobre 2011 à mai

2014 et numérisée en juillet 2014. ... 83 Figure 4.8 - Densité des fissures en fonction du temps des blocs de la série A. ... 83 Figure 4.9 - Cartographie de la fissuration du bloc A5 réalisée d’octobre 2011 à mai

2014 et numérisée en juillet 2014. ... 84 Figure 4.10 - Densité des fissures en fonction du temps des blocs de la série D. ... 85 Figure 4.11 - Cartographies de la fissuration des blocs D2 (A) et D3 (B) réalisées

d’octobre 2011 à mai 2014 et numérisées en juillet 2014. ... 86 Figure 4.12 - Densité des fissures en fonction du temps des blocs de la série F. ... 86 Figure 4.13 - Cartographies de la fissuration des blocs F2 (A) et F5 (B) réalisées

d’octobre 2011 à mai 2014 et numérisées en juillet 2014. ... 87 Figure 4.14 - Densité des fissures en fonction du temps des blocs de la série B. ... 88 Figure 4.15 - Cartographie de la fissuration du bloc B5 réalisée d’octobre 2011 à mai

2014 et numérisée en juillet 2014. ... 89 Figure 4.16 - Densité des fissures en fonction du temps des blocs de la série E. ... 90 Figure 4.17 - Cartographies de la fissuration des blocs E3 (A) et E4 (B) réalisées

d’octobre 2011 à mai 2014 et numérisées en juillet 2014. ... 91 Figure 4.18 - Densité des fissures en fonction du temps des blocs de la série C. ... 91 Figure 4.19 - Cartographies de la fissuration des blocs C5 (A) et C3 (B) réalisées

d’octobre 2011 à mai 2014 et numérisées en juillet 2014. ... 92 Figure 4.20 - Indice de fissuration des blocs 2, 3, 4 et 5 de la série A. ... 93 Figure 4.21 - Indice de fissuration des blocs 2, 3, 4 et 5 de la série D. ... 94 Figure 4.22 - Indice de fissuration des blocs 2, 3, 4 et 5 de la série F. ... 95 Figure 4.23 - Indice de fissuration des blocs 1, 2, 4 et 5 de la série B. ... 96 Figure 4.24 - Indice de fissuration des blocs 1, 3, 4 et 5 de la série E. ... 97 Figure 4.25 - Indice de fissuration des blocs 1, 2, 3 et 4 de la série C. ... 98

(33)

xxxiii

Figure 4.26 - Résultats des analyses en soufre total des échantillons de la maison X. ... 100 Figure 4.27 - Résultats des analyses en soufre total des échantillons de la maison Y. ... 101 Figure 4.28 - Résultats des analyses en soufre total des échantillons de la maison Z. ... 102 Figure 4.29 - Valeurs des teneurs en sulfures de fer dans le gros granulat des maisons. ... 106 Figure 4.30 - Types de sulfures de fer dans le gros granulat des échantillons de béton

prélevés des maisons 1 à 8, étudiés à l’aide du microscope optique à l’Université Laval. ... 107 Figure 4.31 - Valeurs de la teneur en sulfures de fer dans le gros granulat des blocs. ... 108 Figure 4.32 - Types de sulfures de fer dans le gros granulat des échantillons prélevés

des blocs, étudiés à l’aide du microscope optique à l’Université Laval. ... 109 Figure 4.33 - Résultats du Damage Rating Index des maisons 1 et 2 de cote 1. ... 110 Figure 4.34 - Résultats du Damage Rating Index des maisons 3 et 4 de cote 2. ... 112 Figure 4.35 - Résultat du Damage Rating Index des maisons 5, 6, 7 et 8 de cote 3. ... 113 Figure 4.36 - Résultats du Damage Rating Index des échantillons prélevés au sein de

blocs. ... 115 Figure 4.37 - Valeur de résistance en compression des maisons 1 et 2 de cote 1. ... 131 Figure 4.38 - Valeur de résistance en compression des maisons 3 et 4 de cote 2. ... 132 Figure 4.39 - Valeur de résistance en compression des maisons 5, 6, 7 et 8 de cote 3. ... 133 Figure 4.40 - Moyenne des valeurs de résistance en compression pour les échantillons

provenant des blocs du site d’exposition extérieur. ... 135 Figure 4.41 - Valeurs de résistance en compression du bloc F pour des échantillons

prélevés en 2011 et en 2012. ... 136 Figure 5.1 - Évolution de l’expansion des blocs de cote 0 de novembre 2011 (semaine

0) à août 2014 (semaine 146). ... 142 Figure 5.2 - A. Évolution de l’expansion des blocs de cote d’endommagement 1 et 2.

B. Évolution de l’expansion des blocs de cote d’endommagement 3. ... 144 Figure 5.3 - Évolution de l’indice de fissuration pour les blocs provenant de murs

(34)

xxxiv

Figure 5.4 - Évolution de l’indice de fissuration pour les blocs provenant des blocs de cote d’endommagement 1, 2 et 3. ... 148 Figure 5.5 - Comparaison entre l’indice de fissuration et la densité de fissuration des

blocs provenant de murs mitoyens. ... 151 Figure 5.6 - Comparaison entre la densité de fissuration et l’indice de fissuration des

blocs de cote d’endommagement 3. ... 152 Figure 5.7 - Illustration de la corrélation entre la densité de fissuration et l’indice de

fissuration. ... 153 Figure 5.8 - Comparaison entre l’expansion et l’indice de fissuration des blocs de la

série F. ... 154 Figure 5.9 - Illustration de la corrélation entre l’indice de fissuration et la densité de

fissuration en fonction de l’expansion. ... 155 Figure 5.10 - Illustration de la corrélation entre le DRI et la teneur en pyrrhotite. ... 165 Figure 5.11 - Illustration de la corrélation entre le DRI et la teneur en soufre total. ... 172 Figure 5.12 - Comparaison entre les résultats d’aires d’hystérésis et de SDI. ... 176 Figure 5.13 - Illustration de la corrélation entre les vides perméables et le DRI et le

SDI. ... 187 Figure A.1 - A, B : Vues générales de la maison. C : Vue rapprochée de la fondation.

D : Fondation vue du sous-sol. ... 209 Figure A.2 - A : Vue générale de la maison. B : Condition du béton. C : Fondation -

granulat oxydé, vue de l’intérieur de la fondation. ... 210 Figure A.3 - A : Vue générale de la maison. B : Condition du béton. C, D : Vues d’un

mur de fondation dans le sous-sol. ... 211 Figure A.4 - A : Vue générale de la maison. B : Condition du béton. ... 212 Figure A.5 - A : Vue générale de la maison. B, C : Vue rapprochée de la fondation et

condition du béton. D : Fondation - vue du sous-sol. ... 213 Figure A.6 - A : Vue générale de la maison. B : Condition du béton. C : Vue

rapprochée de la fondation extérieure et condition du béton. D : Fondation - vue du sous-sol. ... 214

(35)

xxxv

Figure A.7 - A, B : Vues générales de la maison. C, D : Fondation - vues du sous-sol. .... 215 Figure A.8 - A, B : Vues générales de la maison. C, D : Fondation - vue du sous-sol. ... 216 Figure B.1 - A, B : Blocs installés sur le site d’exposition extérieur... 218 Figure B.2 - A : Vue générale de la maison. B : Blocs prélevés pour être installés sur le

site d’exposition extérieur. C : Bloc situé sur le site d’exposition extérieur. ... 219 Figure B.3 - A : Vue générale de la maison lors de la démolition. B : Position des blocs

en vue d’être prélevés dans le mur mitoyen pour être installés sur le site d’exposition extérieur. C : Bloc situé sur le site d’exposition extérieur lors de sa cartographie de fissuration. ... 220 Figure B.4 - A : Vue d’une section de la maison où les blocs ont été prélevés. B :

Condition du béton, granulats oxydés. C : Bloc sur le site d’exposition extérieur. ... 221 Figure B.5 - A : Vue d’une section de la maison où les blocs ont été prélevés. B :

Particule de granulat oxydée dans le béton. C : Bloc sur le site d’exposition extérieur. ... 222 Figure C.1 - Expansion des blocs 2, 3, 4 et 5 de la série A. ... 224 Figure C.2 - Expansion des blocs 1, 2, 4 et 5 de la série B. ... 227 Figure C.3 - Expansion des blocs 2, 3, 4 et 5 de la série D. ... 230 Figure C.4 - Expansion des blocs 1, 3, 4 et 5 de la série E. ... 233 Figure C.5 - Expansion des blocs 2, 3, 4 et 5 de la série F. ... 236 Figure D.1 - Résultats de cartographie de fissuration du Bloc A. ... 240 Figure D.2 - Résultats de cartographie de fissuration du Bloc B. ... 242 Figure D.3 - Résultats de cartographie de fissuration du Bloc C. ... 244 Figure D.4 - Résultats de cartographie de fissuration du Bloc D. ... 246 Figure D.5 - Résultats de cartographie de fissuration du Bloc E. ... 248 Figure D.6 - Résultats de cartographie de fissuration du Bloc F. ... 250 Figure E.1 - Indice de fissuration des blocs 2, 3, 4 et 5 de la série A. ... 253 Figure E.2 - Indice de fissuration des blocs 1, 2, 4 et 5 de la série B. ... 265

(36)

xxxvi

Figure E.3 - Indice de fissuration des blocs 1, 2, 3 et 4 de la série C. ... 276 Figure E.4 - Indice de fissuration des blocs 2, 3, 4 et 5 de la série D. ... 286 Figure E.5 - Indice de fissuration des blocs 1, 3, 4 et 5 de la série E. ... 298 Figure E.6 - Indice de fissuration des blocs 2, 3, 4 et 5 de la série F. ... 310 Figure G.1 - Photocopie de la plaque du niveau supérieur de la maison 1 avec la

numérotation des particules de granulats de taille supérieure à 2 mm. ... 339 Figure G.2 - Photocopie de la plaque du niveau central de la maison 1 avec la

numérotation des particules de granulats de taille supérieure à 2 mm. ... 342 Figure G.3 - Photocopie de la plaque du niveau inférieur de la maison 1 avec la

numérotation des particules de granulats de taille supérieure à 2 mm. ... 346 Figure G.4 - Photocopie de la plaque du niveau supérieur de la maison 2 avec la

(37)

xxxvii

Figure G.13 - Photocopie de la plaque du niveau supérieur de la maison 5 avec la numérotation des particules de granulats de taille supérieure à 2 mm. ... 381 Figure G.14 - Photocopie de la plaque du niveau central de la maison 5 avec la

numérotation des particules de granulats de taille supérieure à 2 mm. ... 410 Figure G.22 - Photocopie de la plaque du bloc de la série A avec la numérotation des

particules de granulats de taille supérieure à 2 mm. ... 413 Figure G.23 - Photocopie de la plaque du bloc de la série B avec la numérotation des

particules de granulats de taille supérieure à 2 mm. ... 417 Figure G.24 - Photocopie de la plaque du bloc de la série D avec la numérotation des

particules de granulats de taille supérieure à 2 mm. ... 421 Figure G.25 - Photocopie de la plaque du bloc de la série F avec la numérotation des

particules de granulats de taille supérieure à 2 mm. ... 424 Figure H.1 - Échantillon étudié provenant du niveau supérieur de la maison 1. ... 429 Figure H.2 - Échantillon étudié provenant du niveau central de la maison 1. ... 429 Figure H.3 - Échantillon étudié provenant du niveau inférieur de la maison 1. ... 430