Suivi de la pénétration des chlorures dans un béton par méthodes non destructives

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

B. Thauvin, G. Villain

B. Thauvin, CETE Ouest, ERA n°37G. Villain, IFSTTAR, MACSR. Du Plooy, IFSTTAR, MACSC. Lestréhan, CETE OuestS. Palma-Lopes, O. Coffec, A. Joubert, X. Dérobert, MACS

Suivi de la pénétration des chlorures dans un béton par méthodes non

destructives

JOA, JOA, SourdunSourdunMercredi 9 et Jeudi 10 maiMercredi 9 et Jeudi 10 mai



Problématique

• Développement des méthodes non destructives pour le diagnostic de corrosion des structures en béton armé

• Loi de passage entre grandeurs mesurées (observables) et paramètres de vieillissement du béton armé

• Divers projets : SENSO, ACDC, EVADEOS

- OR 11N075 : Caractérisation du béton d’enrobage par méthodes non destructives- Évaluation de la pénétration des chlorures dans un béton non saturé- Méthodes d’évaluation non destructives (EM, capacitives, résistives) - Sensibilité à la présence de chlorures dans les premiers cm du béton



Expérimentation

• Dallettes de béton et éprouvettes de références exposées à des solutions de concentrations en chlorures différentes (0, 15 et 30 g/L)

• Accélération du processus de pénétration des chlorures :– Dispositif d’imbibition– Béton sec– Béton de qualité médiocre



Expérimentation

Dallettes : 45x35x13cmÉprouvettes : 11x22cm et 11x13cmBéton : C25/30 XC2(F) D20 S3 CEMII/A LL 42,5R CP2 NF1 mois de cure sous eau (20 +/- 1°C)2 mois d’étuvage à 60°C + 1 mois d’étuvage à 85°C jusqu’à masse constante

Indicateur de durabilité Résultat DurabilitéCoefficient de diffusion apparent des chlorures (10-12 m².s-1) Dapp 25,4 Faible

Résistivité électrique (.m) 54 Faible

Perméabilité à l’eau (kg.m-2.h-0,5) Kliq 2,2 -

Porosité accessible à l’eau (%) Peau 15,7 Faible

Perméabilité au gaz (10-18 m²) Kgaz 509 Faible



ExpérimentationÉchéances de mesure :0,1 – 0,3 – 1 – 1,2 – 1,8 – 6 – 23 jours

Dallettes : Mesures non destructives- Radar (mono et bi-statique)- Sondes capacitives- Sondes résistives

Éprouvettes : caractérisation- Teneur en eau, masse- Profondeur du front de chlorures- Profils de pénétration des chlorures



Caractérisation

• Prise d’eau et gradient hydrique

Auscultation au banc gamma

Pesée des éprouvettes témoins

0%

1%

2%

3%

4%

5%

6%

7%

8%

9%

0 20 40 60 80 100 120Profondeur de l'éprouvette (cm)

Varia

tion

de te

neur

en

eau

(%)

A sec0,1 jour d'immersion0,4 jours d'immersion1,1 jours d'immersion1,4 jours d'immersion2,1 jours d'immersion6,2 jours d'immersion23,2 jours d'immersion

Eprouvette témoin : bain à 15 g/L

Détermination des variations de teneur en eau à partir des variations de masse volumique par mesure au banc gamma :Profils de teneur en eau

0%

1%

2%

3%

4%

5%

6%

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0

Durée d'imbibition (jours)

Varia

tion

rela

tive

de m

asse

(%)



Caractérisation

• Prise d’eau et gradient hydrique

Profils de teneur en eau

0,00%

1,00%

2,00%

3,00%

4,00%

5,00%

6,00%

7,00%

8,00%

9,00%

0 20 40 60 80 100 120Position le long de l'éprouvette

Varia

tion

de te

neur

en

eau

(en

%)

A sec0,1 jour d'immersion0,4 jours d'immersion1,1 jours d'immersion1,4 jours d'immersion2,1 jours d'immersion6,2 jours d'immersion23,2 jours d'immersion

Eprouvette témoin : bain à 15 g/L

Détermination de la position du « front hydrique »

0

20

40

60

80

100

120

140

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0


Posi

tion

du fr

ont "

hydr

ique

" (m

m)

Position du front hydrique (déf. 1)


Détermination de la position du « front hydrique »

0

20

40

60

80

100

120

140

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0


Posi

tion

du fr

ont "

hydr

ique

" (m

m)





Caractérisation

• Pénétration des chlorures

Essai colorimétrique à 0,3 j d’imbibition (30g/L)

Avancée du « front de chlorures »

0

20

40

60

80

100

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0


Posi

tion

du fr

ont d

e ch

loru

res

Xd

(en

mm

)

Xd (colorimétrie) - 15 g/L

Xd (colorimétrie) - 30 g/L



Caractérisation

Pénétration des chlorures entraînés par l’eau et se fixant à la matrice cimentaire

15 g/L NaCl 30 g/L NaCl

• Profils de chlorures0

20

40

60

80

100

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0Durée d'imbibition (jours)

Posi

tion

des

front

s d'

eau

et d

e ch

loru

res

(mm

)

Position du front hydrique (déf. 1)Position du front hydrique (déf. 2)Xd (colorimétrie) - 15 g/LXd (colorimétrie) - 30 g/L

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 20 40 60 80 100Profondeur (mm)

Con

cent

ratio

n en

chl

orur

es to

taux

(%m

asse

bét

on)

0,1 jours d'imbibition0,3 jours d'imbibition1 jours d'imbibition1,8 jours d'imbibition

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 20 40 60 80 100Profondeur (mm)

Con

cent

ratio

n en

chl

orur

es

tota

ux (%

mas

se b

éton

) 0,1 jours d'imbibition0,3 jours d'imbibition1 jours d'imbibition23 jours d'imbibition



Évaluation non destructive• Radar en mode mono-statique

Onde directe mélangée avec la réfraction sur le surface

Réflexion sur interface béton sec / béton humide

Réflexion sur l’interface fond de dalle

Demi-hyperboles dues aux effets de bordsRadar-gramme

GSSI SIR 20 – 2,6 GHz




Étude de l’onde réfléchie en fond de dalletteAuscultation depuis la surface exposée

E R

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0 0,5 1 1,5 2

Durée d'imbibition (en jours)

Am

plitu

de

0 g/L NaCl 15 g/L NaCl 30 g/L NaCl

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0 g/L 15 g/L 30 g/L

Concentration en NaCl de la solution d'imbibition

Am

plitu

de

0 j d'imbibition0,1 j d'imbibition0,3 j d'imbibition0,9 j d'imbibition1,1 j d'imbibition1,6 j d'imbibition23 j d'imbibition




0 j d’imbibition0,1 j d’imbibition0,3 j d’imbibition0,9 j d’imbibition1,1 j d’imbibition1,6 j d’imbibition

Étude des radargrammesDétection du « Front hydrique » ~ Echo radar




Vitesse de propagation dans le béton saturé en solution de NaCl

[NaCl]Vitesse(m.ns-1)

Permittivité’

0 g/L 0,088 11,615 g/L 0,087 11,930 g/L 0,086 12,20

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0.5 1 1.5 2


Prof

onde

ur (m

m)

Position de l'écho radar





Évaluation non destructive• Radar en mode bi-statique, multi-offsets

E R

Etude des ondes guidées dans une couche de béton de permittivité contrastéeCourbe de dispersion de la vitesse de phaseMinimisation / 3 paramètres (’1, ’2, h=e1) pour chaque échéance

[Ihamouten, 2011]À faire pour cette étude



Évaluation non destructive• Sondes capacitives

Fréquence de résonance d’un circuit oscillant (33 MHz) Constante diélectrique ’Mesure intégrante selon la profondeur (3 patins) pour chaque échéance

y = -24.18x + 19.29R2 = 1.00

y = -24.36x + 28.46R2 = 1.00

y = -28.37x + 26.45R2 = 0.99

y = -23.21x + 21.88R2 = 1.00

-250

-200

-150

-100

-50

0

0 2 4 6 8 10

Constante diélectrique (-)

Varia

tion

de fr

éque

nce

(Hz) GE

3E

ME

PE



Évaluation non destructive• Sondes capacitives

Constante diélectrique dans le béton saturé en solution de NaCl0 g/L 15 g/L 30 g/L

456789

1011121314

0 0.1 0.2 0.3 0.4


Cons

tant

e di

élec

rique

' (

-)

Electrode GEElectrode MEElectrode PE

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 0.1 0.2 0.3 0.4


Cons

tant

e di

élec

rique

' (

-)


468

1012141618202224

0 0.1 0.2 0.3 0.4


Cons

tant

e di

élec

rique

' (

-)


4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0 0.5 1 1.5 2Durée d'imbibition (jours)

Cons

tant

e di

élec

rique

GE

' (-)

Dalle 1 (0 g/L)Dalle 2 (15 g/L)Dalle 3 (30 g/L)

Saturation



Évaluation non destructive• Sonde multi-électrodes de résistivité

Mesure de la résistivité en configuration WennerMesure intégrante selon l’écartement des électrodesInversion des résistivités apparentesTomographie de résistivités électriques[R. Du Plooy, S. Palma-Lopes et al. 2012]




10

100

1000

10000

100000

0 0.02 0.04 0.06 0.08

Profondeur (m)

Rés

istiv

ité (O

hm.m

)

T1T2T3T4T5T6

10

100

1000

10000

100000

0 0.02 0.04 0.06 0.08

Profondeur (m)

Rés

istiv

ité (O

hm.m

)T1T2T3T4T5T6

10

100

1000

10000

100000

0 0.02 0.04 0.06 0.08

Profondeur (m)

Rés

istiv

ité (O

hm.m

)

T1T2T3T4T5T6

Evolution dans le temps similaire / 3 dallesRésistivité diminue ave la concentration [NaCl]




0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08Profondeur (m)

Deg

ré d

e sa

tura

tion

(%)

.

T1T2T3T4

T5T6

0

20

40

60

80

100

0 1 2 3 4Durée d'imbibition (jours)

Posi

tion

du fr

ont d

'eau

(mm

)

Radar monostatiqueRésistivité Position du front hydrique (déf. 1)Position du front hydrique (déf. 2)

0%

1%

2%

3%

4%

5%

6%

7%

0 20 40 60 80Profondeur de l'éprouvette (cm)

Var

iatio

n de

tene

ur e

n ea

u (%

)

Dalle 1 : 0 g/L

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

TRE - résistivité Capacimétrie Radar mono.

Technique EM

Diffe

renc

e R

elat

ive

(%)

Dalle 1 (0g/L)

Dalle 2 (15 g/L)

Dalle 3 (30 g/L)Sensibilité aux chlorures



Évaluation non destructive• Conclusions et perspectives

• Tomographie de Résistivité Electrique TRE particulièrement sensible à l’eau et aux chlorures permettant de déterminer des profils

• Poursuivre l’analyse– Inversion des mesures des sondes capacitives– Analyser les mesures du radar en configuration bi-statique multi-offsets– Croiser les méthodes pour obtenir les profils de chlorure (?)

• Déterminer des courbes de caalibration pour passer des observables ND (Permittivité, résistivité) aux paramètres de suivi des dégradations

• Comparer ces profils avec les modèles de prédictifs de durabilité (Département MAT)

[R. Du Plooy, S. Palma Lopes, G. Villain & X. Dérobert, B. Thauvin & C. Lestréhan, Comparison of electromagnetic non-destructive evaluation techniques for the monitoring of chloride ingress in cover concrete, 6th International Conference on Bridge Maintenance, Safety and Management, IABMAS, Villa Erba, Lake Como, Italy, July 8-12 2012, 8p



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