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Nouvelles techniques d'evaluation des bâtiments en béton précontraint
par post-tension
Rahman, A. H.; Pernica, G.
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https://nrc-publications.canada.ca/eng/view/object/?id=b486f4b8-7cbc-4b52-8953-26deec3d6e06 https://publications-cnrc.canada.ca/fra/voir/objet/?id=b486f4b8-7cbc-4b52-8953-26deec3d6e06p a r A .H. Ra hm a n e t G. Pe rnica
Nombre de bâtiments comportant des câbles de précontrainte par post-tension non
adhérents exigent des réparations coûteuses en raison de la corrosion de ceux-ci.
Cet article expose les résultats d’une étude menée récemment par l’IRC, en
collabo-ration avec la Société canadienne d’hypothèques et de logement (SCHL), concernant
l’efficacité de trois nouvelles techniques qui permettent d’évaluer l’état de ces câbles.
Les câbles de précontrainte par post-tension (PPT) sont appréciés des constructeurs d’immeubles à bureaux et d’habitations à étages multiples, car ils réduisent les coûts et le temps de construction grâce à des dalles de béton plus minces. Nombre d’immeubles, certains ayant à peine 10 ans, exigent des réparations coûteuses en raison de la corro-sion précoce des câbles. Celle-ci peut agir sans qu’on observe de signes visibles de détériora-tion. Il importe, pour des raisons de sécurité, de disposer de moyens permettant d’évaluer l’état des câbles mais il y a toujours eu pénurie de techniques fiables et abordables.
Diffic ult é d’é va lue r le s bâ t im e nt s
c om port a nt de s PPT
L’évaluation in situ des câbles de précontrainte p ar p ost-ten sion n on ad h éren ts p ose u n d éfi tech n iqu e. Le relevé d e p oten tiel p ar d em i-p ile, u tilisé i-p ou r la d étection d es zon es d e corrosion active, est in efficace car les câbles son t logés d an s d es gain es d ’isolem en t électriqu e en p lastiqu e ou en p ap ier.
Le « test d u tou rn evis », cou ram m en t u tilisé p ou r rep érer les fils cassés d an s les câbles à sep t toron s, est loin d ’être p arfait. D’abord , en raison d e l’absen ce d e n orm es con cern an t la d u reté, la grosseu r et le p rofil d e l’em bou t d u tou rn evis, ain si qu e la force ap p liqu ée p ou r l’en fon cer, la m éth od e est p eu fiable. En su ite, le frottem en t d es fils, p articu lièrem en t au x en d roits où le câble est le p lu s corrod é, p eu t n u ire au rep érage d’une rupture distante du point d’inspection. En fin , l’essai est d estru ctif, car il fau t p ercer le béton p ou r attein d re le câble.
N ouve lle s m é t hode s d’é va lua t ion
Ces d ern ières an n ées, p lu sieu rs m éth od es d ’évalu ation d e l’état d es câbles d e PPT on t été p rop osées et m ises au p oin t. L’IRC a exam in é trois d e ces m éth od es afin d e d éterm in er leu r efficacité.
Nouvelles techniques d’évaluation
des bâtiments en béton précontraint
par post-tension
Figure 1.Un câble de précontrainte par post-tension sort de la dalle porteuse.Photo : Vanco Structural Services Inc.
2
Surveillance acoustique continue
Cette m éth od e p erm et d e con n aître, grâce au bru it ém is, le m om en t d e ru p tu re d ’u n câble ou d ’u n fil, ain si qu e l’en d roit où elle se produit. À cette fin, une série d’accéléromètres est fixée à l’ouvrage et branchée à un système d e saisie d e d on n ées in situ. Celu i-ci, qu i demeure constamment sous tension, enregistre u n évén em en t acou stiqu e seu lem en t lorsqu e l’in ten sité d u sign al d es accélérom ètres dépasse un seuil préréglé. Tous les événements enregistrés sont traités et analysés à l’aide d’un logiciel exclu sif qu i p erm et d e d istin gu er les son s corresp on d an t à d es ru p tu res, d e d éterm in er leu r em p lacem en t et d ’id en tifier les câbles con cern és. Le logiciel com p orte u n réseau d ’ap p ren tissage artificiel qu i écarte les fau x évén em en ts. En ou tre, u n op érateu r qu alifié effectu e m an u ellem en t u n e d ern ière sélection d es ru p tu res rep érées.
On a effectué un grand nombre d’essais in
situpour déterminer la précision, la sensibilité
et la fiabilité d e cette tech n iqu e. Ain si, les resp on sables d e l’étu d e on t m is en p lace, d an s u n im m eu ble com p ortan t d es câbles d e p récon train te p ar p ost-ten sion , u n systèm e d e su rveillan ce d ’u n e d alle d e 1800 m2. Ils
on t p rod u it artificiellem en t d es évén em en ts en cou p an t d es fils su r p lu sieu rs câbles; ils on t au ssi sou m is la d alle et les p oteau x à d es ch ocs artificiels p ou r d éterm in er si la tech n iqu e p erm ettait d e d istin gu er ch ocs et ru p tu res d e câbles. Ils on t en ou tre vérifié les ru p tu res sp on tan ées d e fils d étectées, en u n an , p ar les systèm es d e su rveillan ce in stallés d an s l’im m eu ble en qu estion et d an s d eu x au tres.
Grâce à cette tech n iqu e, la m ajorité d es cou p u res d élibérées d e fils on t été bien sign alées. Le systèm e n ’a p as en registré toutes les coupures parce qu’il a été déclenché p rém atu rém en t p ar le bru it d e la m eu leu se u tilisée p ou r cou p er les fils. Tou tefois, d an s la réalité, ce p roblèm e n e d evrait p as se p rod u ire, car les ru p tu res sp on tan ées d e fils n e son t p as p récéd ées p ar ce gen re d e bru it. On a con firm é 24 d es 29 ru p tu res d e fils sign alées lors d e la su rveillan ce d es trois im m eu bles en d én u d an t la section d e câble con cern ée; trois ru p tu res n ’on t p as été vérifiées en raison d e la d ifficu lté d ’accès. Seu lem en t u n p etit n om bre d es im p acts arti-ficiels ont été considérés comme des ruptures d e fils p ar le systèm e d e su rveillan ce.
Se basan t su r les résu ltats d e ces essais et sur la valeur scientifique des principes en jeu, les ch erch eu rs d e l’IRC estim en t qu e cette tech n iqu e p erm et d e d étecter et d e rep érer
les ru p tu res sp on tan ées d e fils d an s les ouvrages comportant des câbles de PPT. Il est im p robable qu e le systèm e d e su rveillan ce acou stiqu e n e d écèle p as les ru p tu res d e fils m ais il y a certain s risqu es qu ’il con sid ère com m e d es ru p tu res d es évén em en ts qu i n ’en son t p as. Cette tech n iqu e est qu asim en t n on d estru ctive, car il n ’est p as n écessaire d e casser ou d e p erforer le béton p ou r in staller le systèm e d e su rveillan ce.
Il va de soi que le système de surveillance acoustique continue ne peut servir au repérage d es câbles d éjà rom p u s, m ais lorsqu ’il est in stallé d an s u n im m eu ble n eu f ou d an s u n an cien bâtim en t où d es câbles en d om m agés on t été d étectés p ar d ’au tres m éth od es, il p ou rrait d isp en ser d ’évalu ation s com p lé-m en taires à l’aid e d ’au tres tech n iqu es. En p erm ettan t au p rop riétaire d e d isp oser d ’u n registre p erm an en t d es ru p tu res d e câbles, cette tech n iqu e p ou rrait l’aid er à d éterm in er le ryth m e d e d étérioration d u bâtim en t, à évaluer sa vie utile restante et à choisir l’option la plus intéressante économiquement – la rép aration ou la d ém olition .
Prévision du degré de corrosion par la mesure de l’humidité
Cette m éth od e con siste à d éterm in er le d egré probable de corrosion des câbles en mesurant la ten eu r en h u m id ité d e l’air con ten u d an s les gain es d e p lastiqu e. On in jecte d e l’air sec dans la gaine par un mamelon de manière à exp u lser l’air p résen t d an s la gain e. L’air exp u lsé est recu eilli à l’aid e d ’u n secon d m am elon situ é u n p eu p lu s loin , et la ten eu r en h u m id ité est m esu rée au m oyen d ’u n hygromètre-thermomètre. Le câble est ensuite coté en fon ction d e sa ten eu r en h u m id ité. Cette marche à suivre est répétée pour tous les câbles échantillonnés. Un petit nombre de ces câbles (jugés représentatifs des conditions d ’h u m id ité d u bâtim en t) son t alors retirés, in sp ectés visu ellem en t et cotés selon leu r d egré d e corrosion . On com p are en su ite le d egré d e corrosion et la ten eu r en h u m id ité d es câbles, et les résu ltats obten u s serven t à établir u n e p révision statistiqu e d u d egré d e corrosion d e l’en sem ble d es câbles.
Le p h én om èn e d e corrosion se p rod u it en p résen ce d ’h u m id ité et d ’oxygèn e. Com m e l’oxygèn e est n orm alem en t p résen t d an s la gain e, la d étection d ’h u m id ité con firm e la p ossibilité d e corrosion . Cep en d an t, le d egré d e corrosion n e p eu t p as être d éterm in é seu lem en t p ar la m esu re d e la ten eu r en h u m id ité; la d u rée d e l’exp osition d u câble à l’h u m id ité et la p résen ce d ’au tres élém en ts d an s la gain e son t au ssi d es facteu rs im p
or-tan ts. Par ailleu rs, l’absen ce d ’h u m id ité au m om en t où s’est d érou lé l’in sp ection n e sign ifie p as n écessairem en t qu e le câble n ’a jam ais été m ou illé. On p eu t rem éd ier en gran d e p artie à ces p roblèm es en com p aran t la ten eu r en h u m id ité d es câbles retirés et le degré de corrosion observé. Il est donc capital, p ou r évalu er l’efficacité d e la m éth od e, d e d éterm in er la ju stesse d e cette com p araison ; elle d ép en d beau cou p d e la rep résen tativité d u grou p e d e câbles retirés.
L’étu d e d e l’IRC a con sisté à vérifier u n e relation établie à partir d’une dalle de plancher en service. L’In stitu t a retiré d es câbles d e la d alle d e béton et il a com p aré le d egré d e corrosion observé avec les p réd iction s faites à l’aid e d e la tech n iqu e en qu estion . La com-p araison a m on tré qu e :
1) si le n om bre d e câbles retirés est basé seu lem en t su r u n pourcentage du groupe de câbles dont la teneur en humidité a été contrôlée, l’échantillonnage peut être trop étroit pour permettre d ’obten ir u n e rela-tion valable;
2) qu e le n om bre d e câbles en levés n e d evrait p as être in férieu r à 15.
Cette méthode présente un inconvénient : elle n e p eu t servir à évalu er les câbles gain és de papier ni de plastique extrudé, car l’espace en tre le câble et la gain e, d an s ces cas, n e p erm et p as d ’y in trod u ire d e l’air. Seu ls les câbles à gain e d e p lastiqu e n on aju stée p eu ven t être évalu és d e cette m an ière. Pou r ce faire, il fau t attein d re la gain e en brisan t l’en robage d e béton , h abitu ellem en t en sou s-face d e la d alle, à l’aid e d ’u n e p erceu se ou d ’u n ciseau . Cette façon d e faire p ertu rbe qu elqu e p eu les fon ction s d u bâtim en t et on risqu e alors d ’en d om m ager les câbles en entaillant un ou plusieurs fils. L’extraction de câbles p ou r com p arer la ten eu r en h u m id ité m esu rée et le d egré d e corrosion observé est au ssi u n e op ération d estru ctive et coû teu se. Malgré cet inconvénient, la technique peut être efficace et économique, particulièrement lorsqu ’il fau t exam in er u n gran d n om bre d e câbles. Mêm e si la p révision d u d egré d e corrosion d es câbles testés n ’est p as tou t à fait p récise, la con n aissan ce d e la ten eu r en humidité de l’air contenu dans les gaines peut aid er à évalu er le risqu e d e corrosion et à d éterm in er s’il serait avan tageu x d e p ren d re d es m esu res d e p rotection , p ar exem p le p ar assèchement des gaines ou injection de graisse. Technique des impulsions électromagnétiques Cette tech n iqu e con siste à évalu er la p erte d e su rface tran sversale (PST) d ’u n câble au n iveau d ’u n d éfau t (p iqû re d e corrosion ou
ru p tu re d ’u n fil) et à rep érer ce d éfau t. Un e im p u lsion électrom agn étiqu e est tran sm ise à u n câble à p artir d e l’u n e d es extrém ités. Dès que l’impulsion atteint le défaut ou l’autre extrém ité d u câble (con tact en tre l’acier et l’air), elle revien t. Le tran sm etteu r-récep teu r cap te les réflexion s d ’on d es, qu i son t en re-gistrées p en d an t u n in tervalle d on n é et affich ées su r u n écran vid éo. Ch aqu e câble reçoit un grand nombre d’impulsions (128 ou davantage) et les nouvelles formes d’ondes s’ajou ten t au x on d es d éjà en registrées. La form e d ’on d e m oyen n e est calcu lée, affich ée et exam in ée atten tivem en t avan t d ’être m ise en m ém oire.
Les formes d’ondes enregistrées sont ensuite analysées et les propriétés de chaque réflexion (dont la forme d’onde) sont déterminées. Puis on convertit, en suivant un protocole exclusif, les réflexion s an alysées en PST estim ative, et les d éfau ts son t classés en d ifféren tes catégories su r la base d e celle-ci. La d istan ce en tre le d éfau t et l’extrém ité d u câble d ’où est p artie l’im p u lsion est calcu lée d ’ap rès le tem p s d e retou r d e la réflexion , et l’im p or-tan ce d u d éfau t est d éterm in ée à p artir d e la d u rée, d e l’am p litu d e et d e la form e d e l’on d e réfléch ie.
On a évalu é l’efficacité d e cette tech n iqu e en réalisan t d es essais su r 86 câbles rép artis en tre trois bâtim en ts. On a d éterm in é sa p récision et sa résolu tion en com p aran t la PST et l’em p lacem en t d es d éfau ts estim atifs avec les résu ltats d e l’in sp ection visu elle d e 17 câbles qu i avaien t été volon tairem en t endommagés et de 69 câbles qui comportaient d es d éfau ts. Pou r évalu er la coh éren ce d e cette tech n iqu e d e d étection , on a p rocéd é à d eu x essais d istin cts su r 31 câbles. Ap rès le p rem ier essai, d es m od ification s on t été ap p ortées à 10 d ’en tre eu x à l’in su d e la p erson n e effectu an t l’essai. D’au tres essais visaient à déterminer dans quelle mesure cette m éth od e est in flu en cée p ar les con d ition s ambiantes. Par exemple, on a introduit de l’eau dans la gaine du câble, créé des champs électriqu es en d isp osan t u n con d u it sou s ten sion p erp en d icu lairem en t au câble, en sou s-face d e la d alle, et en in séran t d es con tacts m étalliqu es en tre les câbles. Les ch erch eu rs on t au ssi ten té d ’en savoir p lu s su r les lacu n es con n u es d e la m éth od e, p ar exem p le les section s d e câble où les d éfau ts n e seraien t p as d étectés.
Les essais on t m on tré clairem en t qu e la technique des impulsions électromagnétiques n e p erm et p as d e d éceler les d éfau ts n i d e m esu rer la PST d an s les câbles d e p
train te p ar p ost-ten sion n on ad h éren ts. Ain si, elle n ’a p as p erm is d e d étecter 49 d es 68 d éfau ts réels à PST su p érieu re à 6 % , en p articu lier certain s qu i avaien t p rovoqu é la ru p tu re com p lète d u câble. Pou r 15 d es 19 d éfau ts restan ts, l’em p lacem en t a été d éterm in é m ais la PST a été sou s-estim ée d an s la p lu p art d es cas. De p lu s, il y a 158 défauts détectés au moyen de cette technique qu i n ’on t p as été d écelés lors d e l’in sp ection visuelle des câbles, 83 d’entre eux concernant 29 câbles qu i étaien t en p arfait état.
Il y avait au ssi u n m an qu e d e coh éren ce au n iveau d u sign alem en t d es d éfau ts : 10 n ou veau x d éfau ts on t été sign alés et u n d es d éfau ts qu i avait été sign alé p récéd em-m en t n e l’a p as été au cou rs d e la d eu xièem-m e série d ’essais p ortan t su r 8 câbles qu i n ’avaien t été m od ifiés d ’au cu n e façon ap rès la p rem ière série.
Les essais visan t à d éterm in er l’in flu en ce d es facteu rs am bian ts on t m on tré qu e les résu ltats obten u s à l’aid e d e cette tech n iqu e son t fau ssés p ar les fils électriqu es fixés à la d alle et p ar le con tact d irect d ’u n câble avec u n au tre ou avec les ron d s à béton .
Il ressort d e l’étu d e qu e la tech n iqu e d es im p u lsion s électrom agn étiqu es n e p erm et p as d e bien évalu er l’état d es câbles d e PPT n on ad h éren ts.
Conc lusion
La tech n iqu e d e p révision d e la corrosion p ar m esu re d e l’h u m id ité s’est révélée u tile, car elle a p erm is d e con n aître la ten eu r en h u m id ité d e l’air con ten u d an s les gain es d e câbles et d ’établir u n e estim ation statistiqu e du degré de corrosion de ceux-ci (à condition d e ch oisir ju d icieu sem en t les câbles à extraire).
La tech n iqu e d e su rveillan ce acou stiqu e, qu i sert à d étecter au fu r et à m esu re les ru p tu res d e câbles, s’est révélée fiable. Il va d e soi qu ’elle n e p eu t p erm ettre d e d éceler les d éfau ts existan ts.
La tech n iqu e d es im p u lsion s électrom a-gn étiqu es, u tilisée p ou r d étecter les d éfau ts et les rep érer, a été ju gée in efficace.
L’étu d e d e l’IRC a m on tré qu ’il fau d rait d isp oser d e tech n iqu es efficaces p erm ettan t d e rep érer et d ’évalu er les d om m ages cau sés au x câbles d e PPT p ar la corrosion , en p articu lier d e m esu rer d irectem en t, in situ, leu r force résid u elle.
En tre-tem p s, il fau d rait n orm aliser le test d u tou rn evis, cou ram m en t u tilisé, p ou r assu rer son ap p licabilité gén érale et au g-m en ter sa fiabilité. De p lu s, les in gén ieu rs et les propriétaires de bâtiments comportant des câbles d e p récon train te p ar p ost-ten sion on t besoin d e d irectives p ou r les évalu er. L’IRC est en train d ’en élaborer en collaboration avec la Société can ad ien n e d ’h yp oth èqu es et d e logem en t (SCHL) et d es in gén ieu rs.
Ré fé re nc e s
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2. Pern ica, G., et A.H. Rah m an .
Effectiven ess of a corrosion p oten tial m eth od for evalu atin g p ost-ten sion ed ten d on s – An evalu ation rep ort. Société canadienne d’hypothèques et de logement, m ars 1998.
3. Rah m an , A.H., et G. Pern ica.
Effectiven ess of an electrom agn etic w ave p rop agation tech n iqu e for th e con d ition assessm en t of p ost-ten sion ed ten d on s – An evalu ation rep ort. Société can ad ien n e d ’h yp oth èqu es et d e logem en t, ju in 1997. 4. Rah m an , A.H., et G. Pern ica.
Effectiven ess of an acou stic con tin u ou s m on itorin g system for p ost-ten sion ed bu ild in gs – An evalu ation rep ort. Société can ad ien n e d ’h yp oth èqu es et d e loge-m en t, février 1998.
A .H. Ra hm a n, Ph .D., et G. Pe rnica , Ph .D., son t agen ts d e rech erch e au sein d u p rogram m e En velop p e et stru ctu re d u bâtim en t, à l’In stitu t d e rech erch e en con stru ction d u Con seil n ation al d e rech erch es.
© 1998
Con seil n ation al d e rech erch es d u Can ad a Sep tem bre 1998
ISSN 1206-1239
« S olutions constructiv e s » e st une colle ction d ’a rticle s te chniq ue s re nfe rm a nt d e l’inform a tion p ra tiq ue issue d e ré ce nts tra v a ux d e re che rche e n construction.
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