TCH 025 TRAVAUX DE GÉNIE CIVIL - École de technologie ...

TCH 025TRAVAUX DE GÉNIE CIVIL

MODULE 9 – DIAGNOSTIC D’OUVRAGES

Partie I

Notes de cours colligées et rédigées par Roger Brière

TCH 025 ETS DIAGNOSTIC (RB) 2

Plan la rencontre:Partie théorique

9.1 Survol des différentes techniques d’auscultation- Les techniques de contrôle conventionnelles; - Les techniques acoustiques; - Les techniques électrochimiques; - Les techniques magnétiques; - Les techniques électromagnétiques; - L a technique radar; - La thermographie infrarouge; - Les technique sradiométriques ( Χ et γ); - Les techniques d’instrumentation des barrages

9.2 Analyser les possibilités et les limites des out ils et des techniques disponibles

9.3 Savoir choisir la technique ou l’instrument de m esure en fonction de la problématique

9.4 Connaître les principes de base de ces technique s, les procédures, les équipements ainsi que le traitement des données et l’analyse des résultats




Plan la rencontre (suite ):

Partie pratique

9.5 Manipulation de divers instruments au laboratoir e, complétion de feuilles de données et remise de rapports de labora toire

- Dalle du laboratoire et essai au scléromètre

- Essai sonique sur des cylindres de béton- Essai de localisation de barres d’armatures sur de s prismes de

béton

- Essai de résistivité électrique sur des prismes de béton

- Essai de potentiel de corrosion sur des prismes de béton


MODULE 9 – DIAGNOSTIC D’OUVRAGESSurvol des différentes techniques d’auscultation

1 Les techniques de contrôle conventionnelles

1.1- Introduction

1.2- Le marteau rebondissant (rebound hammer test)

1.3- La résistance à la pénétration (probe penetration test)

1.4- L’essai d’arrachement (pullout test)

1.5- La méthode de maturation (maturitymethod)




1.1- Introduction

A- Objectif des esssais

Essentiellement, ces méthodes s’effectuent sur le béton d’une structure contrairement aux tests effectués sur des cylindres faits à partir du béton devantêtre utilisés dans la structure.

B- Historique

À l’origine, ces tests étaient appellés: “tests non destructifs” car les plus anciensn’endommageaient pas le béton. Avec le temps, cependant de nouvelles méthodes se sont développées et infligeaient des dommages localisés à la structure.




1.1- IntroductionE- Intérêt des essais

Tous ces essais n’éliminent pas la nécessité du carottage. Cependant, ils permettent de le réduire appréciablement et d’évaluer un grand volume de béton

• Simplicité, rapidité, coût peu élevé, personnel peu qualifié

• évaluation in-situ de l’uniformité du béton

• délimitation des régions où le béton est de qualitépauvre et détérioré

• suivi des modifications, dans le temps, des propriétés du béton à jeune âge




1.2-LE MARTEAU REBONDISSANT (rebound hammer test)

A- Principe de l’ esssai

Le marteau rebondissant est l’application moderned’une vieille méthode. Autrefois, les maçons et les travailleurs de la construction vérifiaient la mise en place et l’état du béton en le frappant avec un marteau.

Un marteau d’acier heurte une tige d’acier en contact avec la surface du béton. Le rebondissement du marteau est mesuré sur une échelle arbitraire allant de 0 à 100. La valeur de ce rebondissement (nombre N) est corrélée à la résistance du béton.





B- L’équipement et la normeDésignation:

- marteau Schmidt (Ernst, 1948)- Marteau suisse – scléromètre

Particularité: Le plus connu des appareils pour un contrôle rapide dela dureté de surface

Coût: entre 500$ et 3 000$

Normes: ASTM C805 Rebound Number of Hardened Concrete, CSA A23.2-18C Détermination de l’indice de rebondissement dubéton durci, BS 1881, Part 202





D- L’utilisation du scléromètre 58-C181/N1.D’abord, éjecter la tige (11) en la pressant sur une

surface dure.

2.Préparer la surface en enlevant, si nécessaire, le mortier ou le plâtre avec la pierre de carborundum fournie.

3.Après impact, la masse (7) rebondit entraînant avec elle un pointeur de référence (6). Pour conserver la valeur il faut enfoncer le bouton (19). Ensuite, on lit la valeur sur l’échelle graduée (26). Cette valeur est ensuite reportée sur le diagramme.

4.Pour effectuer un autre test, répétez les opérations à partir du point 2.


MODULE 9 – DIAGNOSTIC D’OUVRAGESSurvol des différentes techniques d’auscultation1 Les techniques de contrôle conventionnelles


E-Critères de sélection des points d’impact et préparation de la surface1. Autant que possible, testez les surfaces verticalement. Évitez les joints, les nids d’abeilles et

les endroits poreux. Portez une attention particulière aux murs, dalles de moins de 10 cm d’épaisseur et aux colonnes de moins de 12 cm d’épaisseur. Car ils peuvent conduire à des résultats erronnés compte tenu de la résilience. Un béton de pauvre qualité donnera des valeurs décroissantes lorsqu’on effectuera des tests du haut vers le bas. Pour cette raison, il est impératif d’effectuer plusieurs lectures en différents endroits afin d’avoir une moyenne significative.

2. Après que la surface a été préparée, on procède àau moins5 lectures (selon le manufacturier) et 10 lectures selon la norme ASTM. La valeur “N” moyenne est déterminée en enlevant les lectures qui sont trop éloignées des autres. Généralement, on recommence les lectures qui différent des autres de plus de 6 unités. Si plus de 2 lectures différent de la moyenne de plus de 5 unités, on rejette la série de 10 lectures et on en recommence une nouvelle. Des lectures basses correspondent à un milieu poreux, des lectures élevées peuvent représenter une lecture directement sur un granulat.




F- Lecture du diagramme et sélection de la courbe

1.Pour calculer la résistance en compression du béton, on reporte, en abcisse sur le diagramme, la va-leur de “N” lue sur l’échelle graduée

2.Ensuite, on monte verticalement sur le graphique jusqu’à ce qu’on atteigne une des courbes

3.Au point d’intersection de la verticale et de la courbe, on se dirige horizontalement vers la gauche.

4.On lit, sur l’ordonnée, la valeur de la résistance en compression en kg/cm2





H- Limites de validité des courbes de calibration

Pour cette section, veuillez vous reporter aux instructions incluses dans le manuel du manufacturier

I- Entretien, ajustement et calibration

Pour cette section, veuillez vous reporter aux instructions incluses dans le manuel du manufacturier



1.3-LA RÉSISTANCE À LA PÉNÉTRATION (Probe Penetration Test)

A- Le principe de l’essai

Une tige d’acier (la sonde) est projetée dans le béton par un pistolet muni d’une charge explosive. La mesure de la longueur de la tige ayant pénétrée dans le béton est corrélée à la résistance en compression du béton.




B- L’équipement et les normes- Désignation: Sonde Windsor

(Windsor Probe)

- Particularité: Appareil pouvant être dangereux

- Normes: ASTM C803/C803M Standard Test Method for Penetraton Resistance of Hardened Concrete, CSA A23.2-19C Détermination de la résistance à la pénétration dubéton durci, BS 1881

A: Pistolet B: ProjectileC: Guide pour assurer l’orientation de la tigeD: Jauge pour mesurer la profondeur de

pénétration de la tige

A

BB

C

D




C- Procédure d’essai

- Le béton testé doit avoir atteint une certaine résistance

- Minimum de trois essais par zone

- La sonde doit être perpendiculaire à la surface

- Éviter les armature

- Les longueurs exposées des trois sondes sont mesurées au moyen d’une jauge




D- Relation entre la longueur exposée de la tige et la résistance en compression

�� Pas de relation unique �� alors: �� courbe de calibration nécessaire

• Cylindres et dalles de béton de même composition que le béton de chantier. Conservation à 23 +/- 2,0 oC

• Essais de compression sur 3 cylindres (f ’c)

• Essais de résistance à la pénétration sur les dalles selon la procédure spécifiée dans la norme (distance min. entre les sondes: 175 mm et à au moins 100 mm des bords de la dalle). S’assurer qu’au moins 3 essais sont valides.

• Mesurer les L exposés et en faire la moyenne.

•Répéter la procédure pour tous les types de béton

•Tracer f’c = f(L exposé) et interpoler.

•Reporter les limites de confiance à 95 % pour chaque résultat.



1.3-LA RÉSISTANCE À LA PÉNÉTRATION (Probe Penetration Test)E- Pin Penetration Test

Un dispositif d’éjection à pression est utilisé pour enfoncer un clou d’acier de 3,56mm (0.140 po) dans le béton. L’enfoncement du clou engendre un petit trou dans la surface du béton. Le trou est nettoyé au jet d’air et la profondeur est mesurée à l’aide d’une jauge de profondeur de pénétration.





Un crochet métallique est inséré dans le béton frais. Après la prise du béton, le crochet est arraché à l’aided’un dispositif hydraulique. La force d’arrachement, est corrélée à la valeur de f’c.




Désignation: LOK-test et CAPO-test

Normes: ASTM C900,Standard Test Methodfor Pullout Strength of Hardened Concrete, CSA A23.2-21C, Détermination de la résistance à l’arrachement du béton durci.

B- L’équipement et la norme




D- Procédure de l’essai

• Au moins 5 tests par zone; 1 mesure ou plus par 470 m2

• Localiser au préalable les points de mesure (endroits pertinents)

• Éviter les armatures ( armatures hors du cône de rupture )

• Crochets fixés au coffrage ( même profondeur pour ltos les crohets )

E-Analyse des données• Convertir les lectures en force d’arrachement à partir des données de calibration• Effectuer la moyenne et l’écart-type des mesures réalisées à un endroit donné• Rejeter les mesures qui s’écartent des valeurs admises, selon le tableau ci-dessous.

< 36 %10

< 34 %7

< 31 %5

Données acceptables(% de la moyenne)

Nombre d’essais

•La distance entre 2 points de mesure doit être > 8 d2

• La distance entre un point de mesure et le bord doit etre > 4d2

• Chargement à un taux de 70 +/- 30kPa/s



1.5- La méthode de maturation (maturity method)


La mesure en continu de la température (dégagement de chaleur) du béton pendant son mûrissement est utilisée pour calculer la maturation du béton à un âge donné. La résistance du béton in-situ est estimée àpartir de la corrélation entre la f’c et la maturation établie en laboratoire.

Cette méthode tient compte des effets simultanés de la température et du temps surle développement de résistance en compression du béton.

La fonction de maturation est une expression mathématique qui relie le développement de la température à un indice de maturation.




B- Équipement et norme

Différents équipements sont disponibles sur le marchéet varient entre 900$ et 3000$ dépendemment s’ils sont sans fils ou non, avec programme de calcul automatique de la maturation, etc.

Normes: ASTM C1074, Standard Practice for Estimating Concrete Strength by Maturity Method, CSA A23.2-27C, Détermination de la résistance du béton par la méthode de maturation



1.5- La méthode de maturation (maturity method)C- La fonction de maturation

L’élément clé de la fonction de maturation estl’expression utilisée pour représenterl’influence de la température sur le taux croissancedu développementde la résistance. Deux expressions sont généralement utilisées.

1) La première approche: prend pour acquisque le taux de croissance du développementde la résistance est une fonction linéaire de la température. Ce qui nous donne le graphique suivant. Dans ce cas, l’indice de maturation est représenté par l’aire sous la courbe à partir de la température T0 pour un âge donné (oufacteur température-temps).

Tem

péra

ture

( T

) o C 40

T0

-20Temps (h)0 90



1.5- La méthode de maturation (maturity method)L’aire sous la courbe de la page précédente représente le facteur de maturation et est calculé à l’aide de l’équation suivante: M(t) = SSSS (Ta – T0) DDDDtM(t) : Maturation ou facteur température-

temps à l’âge “t” (oC-j ouoC-h)

Ta: Température moyenne du béton durant Dt

T0: Température en dessous de laquelle f ’c n’évolue plus (oC)

DDDDt: Intervalle de temps ( j ou h )

La norme ASTM C1074 recommande:

-T0 = 0oC pour un béton avec ciment de type I sans ajout et 0<Tcurage<40oC

-Si les conditions sont autres: déterminer T0 se référer à la procédure de la norme

Ensuite, on trace le graphique corrélant la maturation (facteur température-temps àla résistance en compression du béton



1.5- La méthode de maturation (maturity method)2) La deuxième approche:Le taux de développement de f’c est une fonction exponentielle de la température du béton.

te : Maturation ou âge équivalent à la températureTs (j ou h)

Q: Énergie d’activation / constante des gaz ( R=8,31 J/Kmol), (oK)

Ta: Température moyenne du béton durant Dt

Ts: Température de référence (oK)

DDDDt: Intervalle de temps ( j ou h )

- Q = 5000oK pour un béton avec ciment type I

- Q doit être déterminée pur chaque type de béton différent




D- Procédure d’essai1) Calibration en laboratoire

Thermocouple

f’c

15 cylindres (23 +/- 2,0 oC

f’c = ??

1 3 7 14 28 jMaturation

2) Travaux sur le site

Thermocouple

maturation

�� Complétez les essais de maturation par d’autres essais

• Fréquence d’acquisition:-à toutes les 30 min.pour les premiers 48 h-à toutes les heures après 48 h

• Mesure de la température à +/- 1oC




Les essais complémentaires

� Ce sont généralement les essais d’arrachement, de pénétration ou de rebondissement

Quand effectuer les essais complémentaires� Si effectués alors que f’c n’ait atteint la valeur requise, ils doivent être refaits après

une période de curage supplémentaire� Si effectués alors que f’c a dépassé la valeur requise, des retards dans les échéanciers

des travaux peuvent se produire


MODULE 9 – DIAGNOSTIC D’OUVRAGESSurvol des différentes techniques d’auscultation2 Les techniques acoustiques

2.1- L’essai sonique (transmission des ondes acoustiques)

2.2- Pulse écho, impulse écho et séismique réflexion (la réflexion des ondes acoustiques dans le domaine temporel)

2.3- Impact-écho (la réflexion des ondes acoustiques dans le domaine fréquentiel)

2.4- La réfraction des ondes acoustiques

2.5- L’analyse spectrale des ondes de surface

2.6 La tomographie acoustique

2.7 La réponse impulsionnelle

2.8 L’émission acoustique




A- Principe de l’essai sonique

L’essai sonique consiste à déterminer la vitesse de propagation de l’impulsion d’une énergie vibratoire (les ondes impulsionnelles) dans le béton.

Comme on le voit sur la figure, une génératrice (pulser) envoie, dans un court laps de temps, un signal de haut voltage à un transducteur(émetteur). Celui-ci vibrera à sa fréquence de résonnance. Au départ de l’impulsion électrique, un chronomètre électronique est activé. Les vibrations du transducteur sont transmises au béton par l’intermédiaire d’une gelée permettant un bon contact entre le transducteur et le béton.




A- Principe de l’essai sonique (suite)

L’onde impulsionnelle traverse le béton et est détectée par le deuxième transducteur(récepteur). À ce moment, le chronomètre électronique s’arrête automatiquement et le temps de voyagement de l’onde est affichée. La longueur entre les deux transducteurs est divisée par le temps de voyagement de l’onde afin d’obtenir la vitesse de propagation des ondes impulsionnelles dans le béton.

B- Normes

CAN/CSA-A23.2: Vitesse de propagation des ondes impulsionnelles dans le béton;ASTM C 597: Standard Test Method for Pulse Velocity Through Concrete;BS 1881 Part 203: Recommandations for Measurement of Velocity of Ultrasonic Pulses in Concrete;German DIN/ISO 8047: Concrete hardened, Determination of Ultrasonic PulseVelocity;Russian GOST 17624: Concrete, Ultrasonic Method of Strength Evaluation.



2.1- L’essai sonique (transmission des ondes acoustiques)C- Équipements Mesure automatique et affichage de DDDDT

• Poids: env. 3 kg

• Température de fonctionnement: 0oC à 40 oC

• Barre d’étalonnage (acier)

• Transducteurs L, T (25 kHz, 50 kHz)

• Coût de l’équipement: 4 500$ à 7 500$



2.1- L’essai sonique (transmission des ondes acoustiques)D- Mesures de VL et VT

Pundit, Tico, V-meter (n’affichent pas les signaux, mesure automatique de DDDDT)

Vitesse de propagation

V (m/s) = L / DDDDT

DDDDT: durée de propagation de l’onde (mmmms)

L: Longueur de l’échantillon



2.1- L’essai sonique (transmission des ondes acoustiques)D- Mesures de VL et VT (suite)

Vitesse des ondes transversales

VT = Gdrrrr

Ed :module dynamique de Young,

Gd: module cisaillement dynamique,

rrrr:masse volumique,

nnnn: coefficient de Poisson

1) Mesures directes

- les plus utilisées

- réception du maximum d’énergie

E- Configuration de mesures

2) Mesures semi-directes

- utiles pour éviter les barres d’armatures




E- Configuration de mesures (suite)

3) Mesures de surface ou indirectes

* sous-estiment la vitesse

* utilisées:

- si l’accès à 2 faces est impossible

- pour déterminer la profondeur d’une fissure

- pour comparer la qualité du béton de surface

et celle du béton en profondeur



2.1- L’essai sonique (transmission des ondes acoustiques)F- Géométrie et dimensions du béton testé

1) Dimension latérale

La dimension latérale de l’échantillon (d) doit être d’au moins une longueur d’onde ( llll = vitesse / fréquence)

Fréquence de l’émetteur

Vitesse dans le béton (m/s)

kHz

24

54

82

150

V = 3500 V = 4000 V = 4500

Dimension latérale minimale permisemm

146

65

43

23

mm

167

74

49

27

mm

188

83

55

30



2.1- L’essai sonique (transmission des ondes acoustiques)G- FACTEURS AFFECTANT L’ESSAI [ LA VITESSE (V L) ]

1- Effet de la température

La variation de la température du béton entre 5oC et 30oC n’a pas un grand effet sur VL.

2- Effet de l’humidité

• V béton saturé > V béton sec, augmentation d’environ 5%

• V (BHP) moins affectée par la teneur en eau que V béton ordinaire



2.1- L’essai sonique (transmission des ondes acoustiques)G- FACTEURS AFFECTANT L’ESSAI [ LA VITESSE (V L) ]

3- Effet des contraintes

4- Effet des armatures d’acier

• Les contraintes faibles n’ont pas d’effet siginificatif sur V• Lorsque les contriantes sont de 65 % f ’c, il y a endoommagement du

béton et donc une diminution de V



2.1- L’essai sonique (transmission des ondes acoustiques)H- RELATION VITESSE – PROPRIÉTÉS DU BÉTON(V L) ]

1- Relation VL- masse volumiqueLa relation VL- masse volumique est utilisée en géophysique pour évaluer la nature des sous-sols à partir de VL

2- Relation VL- porositéLa vitesse des deux types d’ondes diminue à mesure que la porosité augmente.

3- Relation VL - Module dynamique (Ed) – Module statique (Es)

milieu homogène, isotrope et élastique



2.1- L’essai sonique (transmission des ondes acoustiques)H- RELATION VITESSE – PROPRIÉTÉS DU BÉTON(V L) ]

3- Relation VL - Module dynamique (Ed) – Module statique (Es) (suite)

� Il n’y a pas, malheureusement, de relation unique entre ES et Ed.

Voici quelques relations proposées:

ES = 0,83 Ed (Lydon & Balendran)

ES = 1,25 Ed - 19 (Bristish code for design of concrete structures, CP 110:1972 (Mciment < 500 kg/m3, granulats lourds)

ES = 1,04 Ed – 4,1 (granulats légers)

ES = k Ed1,4 rrrr –1 ( k est fonction de l’unité de mesure, Popovics)



2.1- L’essai sonique (transmission des ondes acoustiques)I- Relation VL – résistance à la compression (f’c)Cette relation n’a pas été confirmée par l’expérimentation. On a donc déduit la relation f’c – VL à partir de courbes de tendances.

La relation la plus populaire est de type: f’c = a ebVL

On sait aujourd’hui qu’il n’existe pas de relation unique entre f’c et VL. La précision de l’estimation est de 20 % à partir d’une courbe de calibration.

4200

3950

3600

3300

---

29

24

18

14

---

42,5

31

18

14

12

10-9

10-8

10-7

---

---

2220

2180

2090

2040

2000

Compact

Peu poreux

Poreux

Très poreux

Désagrégé

VL (m/s)E (Gpa)f ’c (Mpa)k (cm/s)r r r r (kg/m3)Béton




J- LES APPLICATIONS DE L’ESSAI SONIQUE

1- Évaluation de l’homogénéité et de la qualité du bétonLa mesure de la vitesse de propagaton des ondes acoustiques en différents endroits d’une structure combinée à une étude statistique des résultats permet d’avoir une bonne idée de la qualité du béton et de cibler ainsi les endroits nécessitant plus d’investigations.

2- Évaluation de la qualité du béton d’une poutre ou d’une colonne

Résultat de mesure de la vitesse du son en transparence dans la hauteur de trois (3) poteaux en laboratoire. On remarque la vitesse plus faible dans le béton léger.





3- Évaluation de la qualité des réparations par injection

Les mesures soniques réalisées avant et après injection (aux mêmes endroits et selon la même configuration) permettent de vérifier la qualité des travaux et d’estimer leurs effets sur les performances mécaniques de la structure.

Note: Les géophones sont fixés à la paroi des tubes. Les hydrophones sont suspendus par des cables dans les tubes





Exemples d’essais soniques réalisés avant et après injection surun mur de maçonnerie



2.1- L’essai sonique (transmission des ondes acoustiques)J- LES APPLICATIONS DE L’ESSAI SONIQUE

Évaluation des dommages causés par la RAG

La vitesse augmente (1-2) avec la prise du béton puis chute (2-3) lors de la croissance des fissures et enfin croît de nouveau (3-4) lorsque le gel remplit les fissures.





Évaluation des dommages causés par les cycles de gel-dégel





Évaluation des dommages causés par le feu: cas du tunnel du Mont Blanc (France)

La figure montre l’indice de dégradation( Id = 100*V/Vmax) por5 carottes de la 2e

campagne.





Évaluation de l’état des dalles des tabliers de ponts



2.1- L’essai sonique (transmission des ondes acoustiques)K- Avantages et limitations

• Popularité, simplicité, expérience accumulée depuis des années dans ce domaine

• L’essai peut être effectué en laboratoire ou in situ

• L’équipement est léger, pratique et son coût est abordable

• L’essai est utile pour l’estimatio de l’homogénéité et la détection de fissures

• Disponibilité de normes pour ce type d’essai

• L’estimation de la résistance nécessite une courbe de calibration

• Personnel qualifié



2.2- La réflexion des ondes acoustiquesA- La technique du pulse-échoLe Pulse-Écho utilise un transducteur qui joue le rôle à la fois d’émetteur (fréquence > 1 MHz) et de receveur. L’émetteur génère uneoonde qui se propage dans le matériau. L’onde se réfléchie lorsqu’elle rencontre un obstacle et cette réflexion est détectée par le receveur.

La profondeur du réflecteur peut être déterminée si l’on connaît la vitesse de propagation dans le milieu.



2.2- La réflexion des ondes acoustiquesA- La technique du pulse-écho

Le boltmètre est un appareil de contrôle de la qualité d’injection des ancrages qui repose sur la technique du pulse-écho. L’onde générée se propage dans l’ancrage et se réfléchie au bout de l’ancrage. L’amplitude de réflexion de l’onde est un indicateur de la qualité d’adhérence entre l’ancrage et le milieu.

Exemples d’enregistrement:

a) Pleine injection de l’ancrage: l’onde réfléchie a une petite amplitude.

b) Injection partielle de l’ancrage: l’onde réfléchie a une grande amplitude.



2.2- La réflexion des ondes acoustiquesA- La technique du pulse-écho

Case Story In situ test of

delamination inconcrete tank – use

of the ultrasonicpulse echo methodNDTnet July 2002,

Vol.7 No.7

The photo shows a burried concrete fuel oil tank in the Copenhagen area.Reinforcement corrosion hascaused delamination and spalling of the concrete cover.



2.2- La réflexion des ondes acoustiques

A- La technique du pulse-écho

La technique du Pulse-écho est très adaptée pour le contrôle des matériauxmétalliques (matériaux homogènes et faiblement atténuants).

Les applications de cette technique au béton ne sont pas toujours réussies car:

• les ondes de hautes fréquences s’atténuent beaucoup dans le béton

• les réflexions contenues dans le signal détecté sont contaminées par les ondes qui sont diffusés sur les constituants du béton

• les transducteurs utilisés dans cette technique ont un grand amortissement et donc une sensibilité élevée. Ceci affecte la détection des réflexions dans le cas du béton car celles-ci sont généralement de faibles amplitudes compte tenu de l’atténuation. La technique est limitée au contrôle de l’état des dalles minces




B- La méthode de l’impulse-écho

Dans cette technique, les ondes sont générées par un impact mécanique (marteau). Ces ondes se propagent dans le milieu et sont réfléchies lorsqu’elles rencontrent une interface. Un capteur (géophone) situé à proximité du point d’impact détecte ces réflexions. Si la vitesse de propagation des ondes dans le milieu est connue, il est alors possible de déterminer la position de l’interface: p = 0,5 DDDDTV

Cette technique est essentiellement utilisée pour déterminer la profondeur de fondations.

(aussi désignée par sonic, seismic)




C- La technique de l’impact-écho

La technique consiste à générer une onde dans le milieu (exemple: dans une dalle de béton) à l’aide d’un impact mécanique de courte durée. L’onde se propage dans le milieu et subit des réflexions multiples entre la face supérieure et la face inférieure du milieu. Un capteur fixé à côté du point d’impact détecte les arrivées successives des réflexions. Le spectre d’amplitude de la transformée de Fourier du signal enregistré permet de déterminer la fréquence f d’arrivée des réflexions. Cette fréquence permet de déterminer la position du réflecteur si la vitesse de propagation VL dans le milieu est connue: p = VL / 2f




C- La technique de l’impact-écho



2.2- La réflexion des ondes acoustiquesC- La technique de l’impact-écho

70

91

112

133

154

175

35

46

56

67

77

88

57

43

36

30

26

23

22

29

35

42

48

55

5

6,5

8

9,5

11

12,5

Dimension “L”latérale minimale

d’une fissure détectable (mm)

Profondeur “p”minimale d’une

fissure détectable (mm)

Fréquence max. “ f ”générée(kHz)

Durée de contact (ms)

Diamètre “D” de la

bille (mm)

Le tableau ci-dessous se veut un guide pour la réussite des essais sur des dalles de béton de bonne qualité ( V = 4 000 m/s ) et dont l’épaisseur s’étend jusqu’à un mètre.



2.3- La réfraction des ondes acoustiquesLa technique basée sur la réfraction des ondes acoustiques, désignée dans le domaine de la géophysique, par la technique de séismique réfraction, a initialement été développée au début des années 1920. Ses principales applications concernent la recherche de ressources naturelles telles que le pétrole.Elle est également largement utilisée dans le domaine de la géotechnique pour la reconnaissance des sous-sols avant les travaux de construction de tunnels, de chaussées, de barrages, etc.

La technique de séismique réfraction estessentiellementutilisée en génie civil pour détecter et évaluer la profondeur des dégradations dansla peau du béton.



2.3- La réfraction des ondes acoustiquesDans le domaine des infrastructures routières:

La technique de réfraction est un moyen rentable d’obtenir des informations générales au niveau géotechnique ou géologique, sur les sous-couches des terrains, sur de larges étendues de surface.Cette technique peut être utilisée dans des endroits inaccessibles pour les véhicules ou sur des terrain de nature sensible où l’usage de véhicules est interdit. Depuis plus de 2 décennies, des procédures et des équipements performants ont permis au domaine de la géotechnique de développer une expertise et des outils grâce aux résultats obtenus.



2.3- La réfraction des ondes acoustiques

Dans le domaine des infrastructures (cas du mur incendié du tunnel du Mont-Blanc en France) Le 26 mars 1999, un feu se déclare dans le tunnel du

Mont-Blanc faisant 39 morts. Pour réouvrir le tunnel à la circulation et assurer la sécurité des usagers, des travaux de restauration et de renforcement s’avéraient nécessaires et un diagnostic complet des murs du tunnel était essentiel.

L’investigation de l’état du tunnel a été basée sur une inspection visuelle et une analyse des carottages prélevés. Étant donnée que l’inspection visuelle est limitée à la surface et que les carottages donnent une image détaillée des dommages mais de façon ponctuelle, d’autres méthodes d’investigation sont donc nécessaires.



2.4- La tomographie acoustique

Dans la technique de tomographie acoustique, la mesure du temps de propagation entre E et R est effectuée à travers toute la section de l’élément contrôlé.Ces mesures sont ensuite traitées à l’aide d’un logiciel faisant appel aux techniques d’inversion des données: le milieu est diviser en cellules et la vitesse de propagation des ondes est déterminédans chaque cellule.

Le résultat du traitement est ensuite présenté sous forme d’une image couleur qui décrit la variation de la vitesse au sein de l’élément. Cette image donne donc la variation des propriétés du matériau et permet de localiser les zones de faiblesses dans l’élément.




Résultat tomographique avant injection



2.4- La tomographie acoustiqueAvantages:

• Détection et localisation des zones de faiblesse;

• Quantification de la superficie ou du volume dégradé;

• Permet de cibler les endroits nécessitant plus d’investigations (exemple: carottage)

Limitations:

• Le coût peut être élevé;

• Demande un personnel qualifié.



MÉDIAGRAPHIEBrière, Roger, Notes de cours 221-511-AL DIAGNOSTIC D’OUVRAGES, tomes 1 et 2, Automne 2007

Centre d’expertise et de recherche en infrastructures urbaines, Les Classeurs du CERIU : Chaussées,Montréal, 2002

Centre d’expertise et de recherche en infrastructures urbaines, Les Classeurs du CERIU : Infrastructures souterraines,Montréal, 2002

Méthodologie d'évaluation non-destructive de l'état d'altération des ouvrages en béton / Association française de génie civil, Confédération française pour les essais non destructifs ; sous la direction de DenysBreysse et Odile AbrahamParis : Presses de l'École nationale des ponts et chaussées, c2005

Rhazi, Jamal, Ph.D., Techniques de contrôle non destructif et d’instrumentation des infrastructures de génie civil, notes de cours, Université de Sherbrooke, hiver 2004.



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TCH 025 TRAVAUX DE GÉNIE CIVIL - École de technologie ...

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