JOURNEE TECHNIQUE IMGC 25 SEPTEMBRE 2013 · liaisons entre béton armé et maçonneries), - Mise en...

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JOURNEE TECHNIQUE IMGC Gestion Patrimoniale des ouvrages de Génie Civil Marc BROUXEL (CONCRETE) et Lotfi HASNI (CEBTP) 25 SEPTEMBRE 2013 La démarche de diagnostic Diagnostiquer

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JOURNEE TECHNIQUE IMGC

Gestion Patrimoniale des ouvrages de Génie Civil

Marc BROUXEL (CONCRETE) et Lotfi HASNI (CEBTP)

25 SEPTEMBRE 2013

La démarche de diagnostic

Diagnostiquer

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- ensemble des investigations nécessaires pour définir l’origine et l’étendue des

désordres constatés.

- indispensable pour :

- évaluer la gravité des désordres

- permettre la prise de décision,

- mettre au point d’une solution de réparation durable.

Définition - Objectifs

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La démarche de diagnostic

Pré- diagnostic

- Analyse approfondie des archives

- Examen des rapports de surveillance

Diagnostic- pronostic

Evaluation approfondie de la structure

# Inspections ciblées # Auscultation # Essais de laboratoire # Instrumentation # Calcul

Evaluation de l’état de conservation des matériaux

Analyse du fonctionnement de la structure

Evaluation de la capacité portante réelle

DIAGNOSTIC

SURVEILLANCE

DECISION DU TYPE D’INTERVENTION

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Diagnostic :

- le pré-diagnostic : visite de l’ouvrage, analyse des archives et des résultats des

rapports de surveillance

- la mise au point du programme d’évaluation approfondie :

- Inspections ciblées,

- Auscultation,

- Prélèvements et analyse des matériaux en laboratoire

- Instrumentation,

- Calcul.

La démarche de diagnostic

opération complexe, peu ou pas encadrée par des normes (existence de guides ou

des méthodologies très spécialisées et nécessitant un matériel spécifique).

existence de nombreux outils et techniques disponibles sur le marché.

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La démarche de diagnostic

Les opérations de diagnostic comprennent : les interventions sur site

- Relevé de désordres : Typologie de fissuration (préjudiciable ou non, pathologique et/ou

pathogène, structurelle ou non.....)

- Sondages de reconnaissance

- Prélèvements d’échantillons : carottage, poudres, fragments de coulis, armatures, …

- Mesures semi-destructives :

- essai à l’arbalète

- mesures de potentiel de corrosion des armatures

- mesures de vitesse de corrosion des armatures

- Mesures non-destructives :

- estimation de la résistance du béton, cohésion, homogénéité (auscultation sonique)

- mesure de la cohésion de surface ou de l’adhérence d’un revêtement (SATEC)

- enrobage des armatures (Pachomètre, géo-radar)

- recherche de vides ou de câbles de précontrainte (géo-radar)

- mesures de résistivité du béton

- gammagraphie

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Analyse du fonctionnement de la structure

Partie 1 :

Auscultations non destructives

Partie 2 :

Analyses de laboratoire

Partie 3 :

La démarche de diagnostic

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Analyse du fonctionnement de la structure

Typologie de fissuration : Fissuration de fonctionnement mécanique

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Analyse du fonctionnement de la structure

Typologie de fissuration : Fissurations de déformations imposées et gênées Exemple ci après : fissuration suite à retrait thermique générant une fissuration de la partie la plus mince

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Analyse du fonctionnement de la structure

Typologie de fissuration : Exemple de fissuration de retrait gêné : Pièce

mince (dalle ou mur ) encastrée rigidement dans une structure massive. Le retrait gêné entraîne la fissuration de la pièce mince.

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Analyse du fonctionnement de la structure

Typologie de fissuration : Fissuration liée au tassement dans les fondations

Exemple ci après : mouvement d’eau, déformations et arrangement alors que le béton est encore plastique : Ces déformations sont gênées par le maillage du ferraillage : Conséquence : fissuration le long du tracé des armatures

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Analyse du fonctionnement de la structure

• Illustration de fissures structurelles Fissure de flexion sur poutre principale d’un ouvrage Fissures d’effort tranchant (au niveau d’un appui)

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Analyse du fonctionnement de la structure

Fissuration : origines diverses - Qualité du matériau :

- Ressuage - Retraits (plastique, endogène, dessiccation, thermique)

- Mise en œuvre : - Ajout d’eau, - Météo, - Liaisons entre éléments (reprise de bétonnage, clavetages, liaisons entre béton armé et maçonneries), - Mise en place des armatures, - Réseaux, vibrations, cadence de production (décoffrage).

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Analyse du fonctionnement de la structure

- Fonctionnement structurel mécanique

- Tassement d’appui ou tassement différentiel

- Changement de destination pendant ou après réalisation

- Modélisation choisie non représentative du fonctionnement réel

- Fonctionnement structurel thermique

- Isolation extérieure ou intérieure

- Joints de dilatation

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Analyse du fonctionnement de la structure

CAUSES APPARITION CONFIGURATION REMARQUES

Tassement plastique

Fissures suivant le dessin du

ferraillage et aux changements de

formes

Wmax peut être élevée (mesures à prévoir au

bétonnage)

Retrait plastique Faïençage ou longues fissures W ≈ 2 à 4 mm assez courant

Chaleur de priseQuelques jour après le

bétonnage

Aux joints de construction ou en

fonction des gênes aux déformations

thermiques

Mesures à prendre en exécution (réduire les

dimensions, armature suffisante…)

Effets différés (retrait

gêné…)

Quelques mois après

la construction

Semblable à des fissures de traction

et de flexionOuverture restant faible avec l'armature normale

Corrosion

Fissuration le long des aciers avec

éclatement de l'enrobage et

coulures de rouille

Ouverture fine puis croissante jusqu'à chute du

béton (enrobage adéquat)

Réaction chimique interne:

DEF ou AR

Gel - dégelAprès les périodes

froides

Actions mécaniques

d'utilisation

En fonction de

l'utilisationCf. fissures mécaniques

Actions thermiques En fonction du climat Fissures de traction

QUELQUES CAUSES PRINCIPALES DE FISSURATION

Généralement fine à moins de déficience

structurale (armature insuffisante, résistance

faible du béton…) et surcharges accidentelles

En

co

nstr

uct

ion

En

serv

ice

Quelques heures

après le bétonnage

Après plusieurs

années de service

Fissuration d'éclatement ou

désagrégation du béton. Fissuration

multidirectionnelle avec des mailles

de quelques cm

Ouverture importante et chute de béton (contrôle

de matériaux constitutifs)

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Auscultations non destructives

Mesures semi-destructives : Potentiel de corrosion Principe : Existence d’une différence de potentiel à l’interface acier-béton, perturbée par un processus de corrosion. Par définition, une zone anodique (dissolution du métal) se caractérise par un potentiel plus faible qu’une zone cathodique (métal protégé)

Objectifs :

- Détecter la corrosion

- Evaluer son étendue

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Auscultations non destructives

Millivoltmètre Béton

Points de mesure

Réseau

d’armature

Pince de masse

Electrode de

référence

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Auscultations non destructives

Mesures non-destructives : Auscultation sonique

- Principe :

- Analyse de la propagation d’une onde longitudinale dans le matériau

- Objectifs :

- Déterminer la qualité physique d’un matériau et la présence

d’hétérogénéités (vides, fissures, nids de cailloux),

- Déterminer la profondeur d’une fissure dans le béton,

- Déterminer la présence et l’épaisseur d’un bicouche dans le béton,

- Déterminer une classe de béton, en corrélation avec des écrasements

d’éprouvettes béton

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Auscultations non destructives

Mesures non-destructives : Cohésion superficielle ou adhérence

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Auscultations non destructives

Mesures non-destructives : Enrobage (Pachomètre) (nécessité d’étalonnage pour vérification du diamètre des armatures)

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Auscultations non destructives

Mesures non-destructives : GEO RADAR - Permet d’observer les hétérogénéités dans les matériaux, évaluer la compacité, rechercher des renforts, rechercher des vides… - Profondeur d’investigation: 40 cm sur béton armé, 80cm sur pierre - Etalonnage nécessaire

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Les analyses de laboratoire

Les opérations de diagnostic comprennent : les analyses laboratoire

- Caractéristiques mécaniques du béton (compression, traction, module)

- Caractéristiques mécaniques des aciers (traction, soudabilité, …)

- Caractéristiques physiques du béton (porosité, densité, perméabilité)

- Caractéristiques chimiques du béton (nature du ciment et des additions éventuelles, poids

de ciment et ou de liant, taux d’hydratation, rapport E/C ou E/L, réserve alcaline)

- Indicateurs de durabilité (perméabilité aux gaz, coefficient de diffusion des chlorures, …)

- Recherches de polluants (carbonatation, chlorures, sulfates, …) et ou de profondeur de

décalcification par des fluides acides (vis-à-vis du béton)

- Recherches de pathologie (alcali-réaction, attaque sulfatique externe, réaction sulfatique

interne, gel-dégel, …)

- Recherche de déficit d’hydratation en peau et fissuration de retrait

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Les analyses de laboratoire

Problématique de l’échantillonnage

- Nature des échantillons en fonction des essais à réaliser (carotte, sucre, poudre, …)

- Dimension des échantillons

- Problématique de la représentativité de l’échantillonnage

- Fiabilité de l’échantillonnage (on ne va prélever que du béton cohésif)

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Les analyses de laboratoire

Il existe des procédures pour la préparation et la réalisation des analyses

- Guides LCPC

- Procédures AFREM – AFGC

- GranDuBé

Mais, il reste toujours des questions en suspend :

- analyses des éléments solubles ou totaux ?

- recherche de pathologies en peau ou à cœur ?

- dosage des bétons constitués de ciments composés (fillers, cendres volantes, fumées de

silice) ?

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Les analyses de laboratoire

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-2,00

-1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00ST nazaire 24-11-2005 #4 C1 S9 40 mm ECD_1µS

min

1 - Fluorure - 3,270

2 - Chlorure - 4,927

3 - Sulfate - 12,713

Colonnes de séparation

Système chromatographique ICS-1000

pH-iomètre et électrode spécifique

chlorures

Recherche de polluants : exemple des chlorures - dosage des éléments solubles ou totaux ? - analyse multi-élémentaires par chromatographie ionique - électrode spécifique chlorures

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Les analyses de laboratoire

Recherche de pathologie : examen au microscope électronique à balayage - utilisation d’un matériel spécifique - personnel formé à la reconnaissance des minéraux constitutifs de la pâte de ciment

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Etablissement du diagnostic - pronostic

En l’absence de norme sur ce sujet, se posent deux questions :

• Quelle doit être l’importance du diagnostic dans la Gestion d’un Patrimoine ?

• Comment définir un programme d’investigation adapté ?

Il faut éviter :

• Les diagnostics minimalistes : diagnostic d’un ouvrage appliqué à tout un parc

d’ouvrages.

• Des investigations inutiles et des mesures non adaptées ou ne concernant que des

ouvrages sains.

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En théorie, un programme d’investigations va dépendre :

• de l’intérêt stratégique et économique de l’ouvrage,

• de la fiabilité souhaitée en regard de ces enjeux,

• des contraintes de sécurité et d’accès,

• des contraintes d’exploitation.

Mais en pratique, il faut définir :

• un nombre d’échantillons,

• des zones d’investigations,

• des outils de diagnostics,

• des essais et analyses de laboratoire,

• …

Etablissement du diagnostic - pronostic

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Formation d’un comité de pilotage et de 5 groupes de travail, conjointement avec le

CEFRACOR, pour travailler sur les phénomènes de corrosion des armatures :

• pilotage du diagnostic et interprétation des données,

• investigations de terrain,

• prélèvements, analyses et essais de laboratoire,

• reconnaissance des structures et calcul,

• estimation de la durée de vie.

=> Rédaction d’un Guide de Méthodologie de diagnostic des structures courantes de

Génie Civil et de Bâtiment en béton armé et précontraint, dégradées par la

corrosion.

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Toutes les méthodes, techniques ou pratiques existent, l’objectif étant de profiter du

retour d’expérience, de tenir compte des échecs (méthodes inadaptées,

prélèvements excessifs, …) :

• les méthodes qui font consensus,

• les matériels adaptés,

• insister sur le caractère opérationnel.

L’objectif de ce guide :

• sensibiliser les maîtres d’ouvrage sur la démarche progressive d’un diagnostic,

• rappeler la nécessité de faire appel à des prestataires qualifiés et expérimentés,

• prendre en compte les aspects liés à la sécurité et aux moyens d’intervention,

• insister sur le besoin d’adapter le programme d’investigations en fonction des

résultats obtenus.

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Etablissement du diagnostic - pronostic

Le Maitre d’ouvrage va pouvoir avec ce guide :

• établir un cahier des charges de diagnostic,

• consulter et retenir un bureau d’études, un laboratoire ou un groupement de

bureaux d’études.

L’objectif n’est pas de remplacer l’expérience du spécialiste mais de lui donner des

outils pour mieux comprendre les méthodes d’investigation et de profiter de retours

d’expérience pour :

• éviter les méthodes inadaptées,

• ne pas avoir de prélèvements excessifs,

• ne pas arriver à des conclusions inutiles ou erronées.