Dossier de presse "Aujourd'hui l'Ifsttar" - 22-23 septembre 2016
Suivi de la pénétration des chlorures dans un béton par méthodes non destructives
1. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
Suivi de la pénétration des chlorures
dans un béton par méthodes non
destructives
JOA, Sourdun
Mercredi 9 et Jeudi 10 mai
B. Thauvin, CETE Ouest, ERA n°37
G. Villain, IFSTTAR, MACS
R. Du Plooy, IFSTTAR, MACS
C. Lestréhan, CETE Ouest
S. Palma-Lopes, O. Coffec, A. Joubert,
X. Dérobert, MACS
B. Thauvin, G. Villain
2. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
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
B. Thauvin, G. Villain
3. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
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
B. Thauvin, G. Villain
4. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
Expérimentation
Dallettes : 45x35x13cm
Éprouvettes : 11x22cm et 11x13cm
Béton : C25/30 XC2(F) D20 S3 CEMII/A LL 42,5R CP2 NF
1 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 Durabilité
Coefficient 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
B. Thauvin, G. Villain
5. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
Expérimentation
Échéances 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
B. Thauvin, G. Villain
6. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
Caractérisation
• Prise d’eau et gradient hydrique
6%
Variation relative de masse (%)
5%
4%
3%
Auscultation au banc gamma
2%
9%
Eprouvette témoin : bain à 15 g/L
Variation de teneur en eau (%)
1% 8%
0%
7%
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0
6%
Durée d'imbibition (jours)
5% A sec
0,1 jour d'immersion
Pesée des éprouvettes témoins 4% 0,4 jours d'immersion
1,1 jours d'immersion
3% 1,4 jours d'immersion
Détermination des variations de teneur en 2%
2,1 jours d'immersion
6,2 jours d'immersion
eau à partir des variations de masse 23,2 jours d'immersion
1%
volumique par mesure au banc gamma :
0%
Profils de teneur en eau 0 20 40 60 80 100 120
Profondeur de l'éprouvette (cm)
B. Thauvin, G. Villain
7. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
Profils de teneur en eau
Variation de teneur en eau (en %)
Caractérisation
9,00%
8,00%
Eprouvette témoin : bain à 15 g/L
7,00%
6,00%
• Prise d’eau et gradient hydrique
5,00%
4,00%
A sec
0,1 jour d'immersion
0,4 jours d'immersion
3,00%
1,1 jours d'immersion
1,4 jours d'immersion
Détermination de la position du
2,00%
2,1 jours d'immersion
6,2 jours d'immersion
« front hydrique »
1,00% 23,2 jours d'immersion
0,00% 140
0 20 40 60 80 100 120
Position du front "hydrique" (mm)
Position le long de l'éprouvette
120
100
80
60
40
Position du front hydrique (déf. 1)
20 Position du front hydrique (déf. 2)
0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0
B. Thauvin, G. Villain Durée d'imbibition (jours)
8. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
Caractérisation
• Pénétration des chlorures
Avancée du « front de chlorures »
Position du front de chlorures Xd
100
80
Essai colorimétrique à 0,3 j
(en mm)
60
d’imbibition (30g/L)
40
Xd (colorimétrie) - 15 g/L
20 Xd (colorimétrie) - 30 g/L
0
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0
B. Thauvin, G. Villain Durée d'imbibition (jours)
9. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
Caractérisation
Position des fronts d'eau et de chlorures
100
80
Pénétration des chlorures entraînés par
(mm)
60
l’eau et se fixant à la matrice cimentaire
40
Position du front hydrique (déf. 1)
Position du front hydrique (déf. 2)
20
Xd (colorimétrie) - 15 g/L
Xd (colorimétrie) - 30 g/L
0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0
• Profils de chlorures Durée d'imbibition (jours)
15 g/L NaCl 30 g/L NaCl
0,25 0,25
Concentration en chlorures totaux
Concentration en chlorures
0,1 jours d'imbibition 0,1 jours d'imbibition
totaux (%masse béton)
0,2 0,2 0,3 jours d'imbibition
0,3 jours d'imbibition
1 jours d'imbibition
(%masse béton)
1 jours d'imbibition
1,8 jours d'imbibition 23 jours d'imbibition
0,15 0,15
0,1 0,1
0,05 0,05
0 0
0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100
B. Thauvin, G. Villain Profondeur (mm) Profondeur (mm)
10. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
Évaluation non destructive
• Radar en mode mono-statique
GSSI SIR 20 – 2,6 GHz
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
Radar-gramme de bords
B. Thauvin, G. Villain
11. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
Évaluation non destructive
• Radar en mode mono-statique
35000
Étude de l’onde réfléchie en fond de
30000
dallette
25000
Auscultation depuis la surface exposée
Amplitude
20000
35000
15000
10000 30000 0 j d'imbibition
0,1 j d'imbibition
5000 0,3 j d'imbibition
25000 0,9 j d'imbibition
0 1,1 j d'imbibition
0 0,5 1 1,5 2 1,6 j d'imbibition
Amplitude
Durée d'imbibition (en jours) 23 j d'imbibition
20000
0 g/L NaCl 15 g/L NaCl 30 g/L NaCl
15000
10000
E R
5000
0
0 g/L 15 g/L 30 g/L
Concentration en NaCl de la solution
B. Thauvin, G. Villain d'imbibition
12. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
Évaluation non destructive
• Radar en mode mono-statique
Étude des radargrammes
Détection du « Front hydrique » ~ Echo radar
0 j d’imbibition
0,1 j d’imbibition
0,3 j d’imbibition
0,9 j d’imbibition
1,1 j d’imbibition
1,6 j d’imbibition
B. Thauvin, G. Villain
13. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
Évaluation non destructive
• Radar en mode mono-statique
Vitesse de propagation dans le béton saturé en solution de NaCl
100
90
80
70
Profondeur (mm)
60
50
40 Vitesse Permittivité
[NaCl]
30 Position de l'écho radar (m.ns-1) ’
20 Position du front hydrique (déf. 1) 0 g/L 0,088 11,6
10
Position du front hydrique (déf. 2) 15 g/L 0,087 11,9
0 30 g/L 0,086 12,2
0 0.5 1 1.5 2
Durée d'imbibition (jours)
B. Thauvin, G. Villain
14. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
Évaluation non destructive
• Radar en mode bi-statique, multi-offsets
Etude des ondes guidées dans une couche de
béton de permittivité contrastée
Courbe de dispersion de la vitesse de phase
Minimisation / 3 paramètres (’1, ’2, h=e1)
pour chaque échéance
[Ihamouten, 2011]
À faire pour cette étude
E R
B. Thauvin, G. Villain
15. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
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
0
GE y = -24.36x + 28.46
Variation de fréquence (Hz) -50 R2 = 1.00
-100 3E y = -23.21x + 21.88
R2 = 1.00
-150
ME y = -28.37x + 26.45
R2 = 0.99
-200
PE y = -24.18x + 19.29
-250 R2 = 1.00
0 2 4 6 8 10
Constante diélectrique (-)
B. Thauvin, G. Villain
16. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
Évaluation non destructive
• Sondes capacitives
24
22
Constante diélecrique GE ' (-)
20
18
16 Saturation
14
12
10 Dalle 1 (0 g/L)
8 Dalle 2 (15 g/L)
6 Dalle 3 (30 g/L)
4
0 0.5 1 1.5 2
Durée d'imbibition (jours)
Constante diélectrique dans le béton saturé en solution de NaCl
0 g/L 15 g/L 30 g/L
14 20 24
13 22
Constante diélecrique ' (-)
Constante diélecrique ' (-)
Constante diélecrique ' (-)
18
12 20
16
11 18
10 14 16
9 12 14
8 10 12
7 Electrode GE Electrode GE 10 Electrode GE
Electrode ME 8
6 Electrode ME 8 Electrode ME
5 Electrode PE 6 Electrode PE 6 Electrode PE
4 4 4
B. Thauvin, 0.1 Villain0.2
0
G. 0.3 0.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4
Durée d'imbibition (jours) Durée d'imbibition (jours) Durée d'imbibition (jours)
17. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
Évaluation non destructive
• Sonde multi-électrodes de résistivité
Mesure de la résistivité en configuration Wenner
Mesure intégrante selon l’écartement des électrodes
Inversion des résistivités apparentes
Tomographie de résistivités électriques
[R. Du Plooy, S. Palma-Lopes et al. 2012]
B. Thauvin, G. Villain
18. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
Évaluation non destructive
• Sonde multi-électrodes de résistivité
100000
T1
T2
10000 T3
T4
Résistivité (Ohm.m)
T5
1000 T6
100
10
0 0.02 0.04 0.06 0.08
Evolution dans le temps
Profondeur (m) similaire / 3 dalles
100000
T1 Résistivité diminue ave
T2
Résistivité (Ohm.m)
10000 T3
T4 la concentration [NaCl]
T5
1000 T6
100
10
0 0.02 0.04 0.06 0.08
Profondeur (m)
100000
T1
T2
Résistivité (Ohm.m)
10000 T3
T4
T5
1000 T6
100
10
0 0.02 0.04 0.06 0.08
B. Thauvin, G. Villain Profondeur (m)
19. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
Évaluation non destructive
• Sonde multi-électrodes de résistivité
100% 7%
90% 100
6%
Variation de teneur en eau (%)
80%
Position du front d'eau (mm)
Degré de saturation (%) .
T1
5% 80
70% T2
60% T3 4%
60
50% T4
3%
40% T5
40
30% T6 2% Radar monostatique
20% Résistivité
1% 20
Position du front hydrique (déf. 1)
10%
Position du front hydrique (déf. 2)
0% 0%
0
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0 20 40 60 80 0 1 2 3 4
Profondeur (m) Profondeur de l'éprouvette (cm) Durée d'imbibition (jours)
Dalle 1 : 0 g/L
90%
80% Dalle 1 (0g/L)
70% Dalle 2 (15 g/L)
Difference Relative (%)
60% Dalle 3 (30 g/L)
Sensibilité aux chlorures 50%
40%
30%
20%
10%
0%
TRE - résistivité Capacimétrie Radar mono.
Technique EM
B. Thauvin, G. Villain
20. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
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
B. Thauvin, G. Villain
21. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
Merci pour votre attention
B. Thauvin, G. Villain