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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
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
B. Thauvin, G. Villain
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
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
B. Thauvin, G. Villain
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
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B. Thauvin, G. Villain
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
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B. Thauvin, G. Villain
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
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
B. Thauvin, G. Villain
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
(%)
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B. Thauvin, G. Villain
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
Durée d'imbibition (jours)
Posi
tion
du fr
ont "
hydr
ique
" (m
m)
Position du front hydrique (déf. 1)
Position du front hydrique (déf. 2)
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
Durée d'imbibition (jours)
Posi
tion
du fr
ont "
hydr
ique
" (m
m)
Position du front hydrique (déf. 1)
Position du front hydrique (déf. 2)
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B. Thauvin, G. Villain
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
Durée d'imbibition (jours)
Posi
tion
du fr
ont d
e ch
loru
res
Xd
(en
mm
)
Xd (colorimétrie) - 15 g/L
Xd (colorimétrie) - 30 g/L
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B. Thauvin, G. Villain
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
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
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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
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Évaluation non destructive• Radar en mode mono-statique
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
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
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Évaluation non destructive• Radar en mode mono-statique
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
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Évaluation non destructive• Radar en mode mono-statique
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
Durée d'imbibition (jours)
Prof
onde
ur (m
m)
Position de l'écho radar
Position du front hydrique (déf. 1)
Position du front hydrique (déf. 2)
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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
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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
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B. Thauvin, G. Villain
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
Durée d'imbibition (jours)
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
Durée d'imbibition (jours)
Cons
tant
e di
élec
rique
' (
-)
Electrode GEElectrode MEElectrode PE
468
1012141618202224
0 0.1 0.2 0.3 0.4
Durée d'imbibition (jours)
Cons
tant
e di
élec
rique
' (
-)
Electrode GEElectrode MEElectrode PE
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
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
B. Thauvin, G. Villain
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]
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Évaluation non destructive• Sonde multi-électrodes de résistivité
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]
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B. Thauvin, G. Villain
Évaluation non destructive• Sonde multi-électrodes de résistivité
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
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
B. Thauvin, G. Villain
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