Par: Aïssam FERDJANI

Enseignant à l’Université: Saad Dahlab de Blida

CNERIB, AVRIL 2011

1. Position du problème– Pourquoi tester un béton en place ?– Problématique de la corrélation

2. Historique de l’effet d’échelle3. Etat des connaissances

– Les recherches menées sur le sujet• Expérimentation• Corrélation

– Exploitation à des fins règlementaires• La norme NA 17004

4. Conclusions

• Pour découvrir la qualité du béton mis en place• Pour vérifier la qualité des réparations des structures• Pour évaluer la résistance des vieux bétons (chute de

résistance inhérente aux vieux bétons) • Lorsqu’une structure existante doit être modifiée ou

redimensionnée• Pour évaluer la conformité de la résistance de la

résistance des structures en cas de doute (dégradation, incendie, …)

• Pour évaluer la résistance de la structure en cas de non-conformité avec les résultats des essais sur éprouvettes normalisées

• Le paramètre le plus commun utilisé pour mesurer la qualité du béton

• La qualité la plus valable pour les projeteurs et les ingénieurs

• Reconnue universellement comme l’outil de contrôle de la qualité du béton

• Très facile et très avantageuse

• Mais, peut ne pas donner toute l’histoire

1. Tests destructifs

2. Tests semi destructifs

3. Tests non destructifs

• Essais destructifs– Ecrasement de cylindres coulés en forme de spécimens

accompagnant la construction

– Pas très utiles dans la majorité des cas

• Essais semi-destructifs– Ecrasement de carottes extraites à partir de la structure

en service, causant des dommages mineurs mais réversibles à la structure

• Essais non destructifs– Purement non invasifs, pas besoin de faire souffrir la

structure d’aucune manière (scléromètre, ultrasons)

Résistance à la compression = charge/surface de la section transversale

Chargement aux deux tiers Chargement à mi-travée

• Extraction de carottes

• Dimension de carottes

• Essais de carottes

• Comment faire le choix ?

– Inspection visuelle

– Échantillonnage

– Zone d’essai

– Aire d’essai

– Diamètre des carottes

• Savoir reconnaitre les dommages qui peuvent être induits par un échantillonnage

• Tracer un plan d’échantillonnage, identifier une méthode

• Identifier les échantillons immédiatement par des labels

• Manipuler et transporter avec précaution

• NA 5071, norme d’essai pour obtenir et tester des carottes extraites du béton de structures

• Il devrait être aléatoire et objectif– Devrait refléter les propriétés et variabilité globales

• Il a besoin d’un équilibre délicat entre:– Le coût– Le temps– L’effort– Le dommage– La précision

• Identification des carottes– Décrire les locations sur plans / photos

– Les conditions de surface

– Profondeur des détériorations visibles

– Ruptures et conditions des surfaces cassées

– Dépôts bizarres

– Distribution des vides

– Position des joints constructifs

– Contact avec les fondations ou autres surfaces

• Nombre, dimension, position

• Relevé d’état des lieux déjà effectué

• L’analyse visuelle met en évidence les zones détériorées ou affectées de la structure

• L’approche appropriée est l’échantillonnage ciblé

• Performés sur des échantillons obtenus à partir du terrain à partir de structures existantes

• Petites parties d’une structure existante

• Supposées être représentatives de la structure– Combien représentative?

– Cela dépend de l’investigateur et de son jugement

• Peuvent mener vers une information cruciale qui mènera vers d’autres tests

• Échantillon de carottes doivent inclure toute l’épaisseur du béton

– Développement de fissures, détérioration de la pate de ciment, progression des réactions ciment-agrégats, et d’autres phénomènes peuvent varier significativement avec la profondeur

• Manipulation correcte et protection

– Couverte de manière à préserver le tauxd’humidité représentatif de la structure

– Emballée de manière à lui fournir une protectioncontre le gel ou la dégradation pendant letransport ou le stockage, spécialement si le bétonest faible

• Dépend de:

– Erreur maximale acceptée entre l’échantillon et la valeur réelle

– Variabilité de la procédure d’essai

– Risque acceptable si l’erreur admissible est dépassée

• Elles constituent un volume représentatif de la qualité du béton de la structure

– Même composition

– Même compacité

– Même cure (humidité)

– Même histoire de chargement

• Dimensions des carottes– Profondeur minimale d’échantillon de béton pour

structures massives doit être au moins de 600 mm– Diamètre de carotte 150 mm pour agrégats de 40

mm, diamètre 100 mm pour agrégats de 20 mm ou moins

– Diamètre de carotte jamais plus petit que 75 mm– Rapport du diamètre de ma carotte à la dimension

maximale des agrégats jamais inférieur à 3,0– Longueur de l’échantillon scié de la carotte devrait

être au moins égal à 95% du diamètre– Longueur / Diamètre de 2.0

• Les carottes ne doivent pas montrer des traces de ségrégation de matériaux

• Les carottes ne doivent pas montrer des vides en forme de nids d’abeilles indiquant un déficit de compactage ou manque de mortier

• Pour tout ensemble de carottes représentant une position de tests, la valeur estimée in situ de la résistance de chaque spécimen cubique doit être au moins égale à 75% de la résistance caractéristique spécifiée

• La valeur estimée in situ de la résistance moyenne de l’ensemble des spécimens cubiques doit être au moins égale à 85% de la résistance caractéristique spécifiée

→ L’Effet d’échelle

– Les propriétés du béton en place peuvent varier significativement de celles des cylindres normalisés• Sens du coulage

• Elancement de la carotte (L/D)

• Les différences au niveau des vitesses de cure

• Le changement dans la qualité du béton

• La dimension maximale des agrégats

• Le taux de séchage différent entre les différents spécimens

• L’effet de restreinte du aux platines

• L’effet du matériau de surfaçage

• La vitesse de chargement

• La variation statistique des résistances du béton

LONG TERM BEHAVIOR NON-DESTRUCTIVE TESTING

Cylindre Cube

Résistance à la compressiondu cylindre

Valeur du test du prototype

Historique de l’effet d’échelle

• Da Vinci L. (les manuscrits de L. Da Vinci, 1500)• Galiléo G. (Discorzi i Demonstrazioni Matematiche interno à due Nuevo

Science 1638)• Mariotte E. (traité du mouvement des eaux, 1718)• Weibull (1939) (théorie statistique)• Tucker (1941)• Wright et Garwood (1952)• Nielsen (1954)• Glucklich et Cohen (1968)• Sabnis and Aroni (1971)• Sabnis and Mirza (1979)• Bazant and Kazemi (1988) (théorie énergétique et de la mécanique de la

rupture)• Bazant (1992) (théorie énergétique et de la mécanique de la rupture)

Etat des connaissances

• Expérimentation

• Lois de corrélation

Expérimentations

• Indelicato, Torino, Italie, 1993:

– Une approche statistique pour la détermination de la résistance du béton à travers les micro-carottes de diamètre 28 mm

• (240 cubes 150x150 mm, 480 micro-carottes D=28 mm)

• 16 types de béton (20 à 50 Mpa)

• Agrégats de dimensions 30 et 25 mm

• Quantité de ciment variant de 250 à 380 kg/m3

• E/C variant de 0.50 à 0.75

Expérimentations

• Indelicato, Torino, Italie, 1997: – Une estimation de la résistance du cube au moyen

de carottes de différents diamètres: une approche statistique• 1270 essais (240 cubes 150x150 mm, 160 carottes D=70

mm, 390 petites carottes D=45 mm, 480 micro-carottes D=28 mm)

• 16 types de béton (20 à 50 Mpa)

• Agrégats de dimensions 30 et 25 mm

• Quantité de ciment variant de 250 à 380 kg/m3

• E/C variant de 0.50 à 0.75

Expérimentations

• Séong, Séoul, Korée du sud, 2005: – Effet de la taille du spécimen, de la forme du

spécimen et de la direction du coulage sur la résistance à la compression du béton• 282 essais (cylindres, cubes et prismes 50 à 400 mm)

• 04 types de béton (27.0 à 78.1 MPa)

• Agrégats de dimension maximale 13 mm

• S/A variant de 0.44 à 0.50

• E/C variant de 0.28 à 0.67

• Adjuvents (superplastifiants)

Expérimentations

• Yazici, Izmir, Turquie, 2006:

– Effet de la taille du spécimen cylindrique sur la résistance à la compression du béton

• 384 essais (cylindres 150x300 mm et 100x200 mm)

• 08 types de béton (14 à 47 MPa)

• E/C variant de 0.37 à 0.77

• Surfaçage (sans surfaçage, ciment, gypse, sulfure)

Expérimentations

• Del Viso, Ciudad Real, Espagne, 2007: – Effets de la dimension et de la forme du spécimen

sur la résistance à la compression des bétons de haute résistance• Essais sur des cylindres 75x150 mm et 100x200 mm et

sur des cubes de côtés 33, 50, 67 et 100 mm

• 01 seul type de béton de haute résistance

• Agrégats de dimension maximale de 12 mm

• Adjuvents (fumée de silice)

• E/C fixé à 0.28

• Mesure de f’c, ft, E, énergie de rupture

Corrélations

• Indelicato, Torino, Italie, 1993 – Fcarotte / fcube = 0.79 à 1.22 (prévalence de valeurs < 1)

• Indelicato, Torino, Italie, 1997– Fc=0.647+1.017f70

– Fc=1.048+1.059f45

– Fc=-4.617+1.255f28

• Séong, Séoul, Korée du sud, 2005– Effet d’échelle pour cube et prisme est plus fort que pour cylindres– Effet de la forme est présent pour NSC et tend à disparaître pour HSC

• Yazici, Izmir, Turquie, 2006– Fc100 / fc150 = 1.03

• Del Viso, Ciudad Real, Espagne, 2007– Effet d’échelle pour cube est plus fort que pour cylindres

Exploitations à des fins règlementaires (NA 17004)

• Les carottes doivent être prélevées conformément à la norme NA 5071

• La résistance d’une carotte ayant L=D=100 mm est équivalente à celle d’un cube de côté 150 mm confectionné et conservé dans les mêmes conditions

• La résistance d’une carotte ayant L/D=2 et dont le diamètre est de 100 ou 150 mm est équivalente à celle d’un cylindre de dimensions 150x300 mm confectionné et conservé dans les mêmes conditions

• La transposition des résultats d’essais obtenus sur des carottes ayant des diamètres compris entre 50 et 150 mm au maximum et d’autres élancements doit reposer sur des facteurs de conversion appropriés

Exploitations à des fins règlementaires (NA 17004)

• Le nombre de carottes à prélever dans une seule zone d’essai doit être déterminé en fonction d carottes doivent être du volume de béton concerné et de l’es sai sur carottes

• Il convient de soumettre à essai autant de carottes que possible pour évaluer la résistance à la compression sur site pour des raisons statistiques et de sécurité

• Une évaluation de la résistance à la compression sur site pour une zone d’essai particulière doit reposer sur au moins trois carottes.

Evaluation (Approche A: minimum 15 carottes)

La résistance caractéristique sur site est estimée à la plus faible de:

• Fck,is = fm(n),is – k2 x s

Ou

• Fck,is = fis,plus faible + 4

Où :

s = max (s;2 Mpa)

k2 = 1.48 (en l’absence de valeur)

Evaluation (Approche B: entre 3 et 14 carottes)

La résistance caractéristique sur site est estimée à la plus faible de:

• Fck,is = fm(n),is – kOu• Fck,is = fis,plus faible + 4 Où : k = 7 pour n = 3 à 6k = 6 pour n = 7 à 9k = 5 pour n = 10 à 14Nota: cette approche donne des valeurs pessimiste s de f’c (de

préférence utiliser un plus grand nombre de carottes ou bien utiliser une approche combinée

Evaluation (Approches combinées)

Les méthodes indirectes peuvent être utilisées après étalonnage sur carottes de la manière suivante:

• Seules

• En combinant des méthodes indirectes

• En combinant des méthodes indirectes et des méthodes directes (carottes)

Approches combinées

• Variante 1 : Corrélation directe avec les carottes

• Variante 2 : Etalonnage avec des carottes pour un intervalle de résistance limité en utilisant une relation établie

Conclusions et Recommandations

Conclusion

1. Malgré les nombreuses recherches, le problème de l’effet d’échelle reste ouvert.

2. L’exploitation aux fins de l’ingénierie reste assez empirique (corrélation sans interprétations physiques ou modélisation phénoménologique)