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GUILLAUME ARSENAULT
ÉTUDE DIAGNOSTIQUE D’UNE STRUCTURE EN
BÉTON, PRÉCONTRAINTE PAR POST-TENSION
Mémoire présenté
à la Faculté des études supérieures de l’Université Laval
dans le cadre du programme de maîtrise en génie civil
pour l’obtention du grade de maître ès sciences (M. Sc.)
DÉPARTEMENT DE GÉNIE CIVIL
FACULTÉ DES SCIENCES ET DE GÉNIE
UNIVERSITÉ LAVAL
QUÉBEC
2011
© Guillaume Arsenault, 2011
À toi
« On croit que l’on va faire un voyage, mais
bientôt c’est le voyage qui vous fait ou vous
défait. »
Nicolas Bouvier, 1992
Résumé
Le présent mémoire est issu d’une collaboration entre le Ministère des Transport du Québec
(MTQ) et le Centre de Recherche sur les Infrastructures en Béton (CRIB) de l’Université
Laval lors du réaménagement de l’échangeur Dufferin-Montmorency. La démolition de
certaines structures dont la vie utile n’était pas à terme a permis de recueillir une grande
quantité d’informations sur l’état d’une structure en béton précontraint du réseau
autoroutier québécois. Dans le 5ième
chapitre, on y regroupe les observations particulières
sur les éléments de précontrainte qui sont habituellement inaccessibles pour l’inspection.
Dans le 7ième
chapitre, on propose une classification des conditions d’exposition des divers
éléments structuraux investigués ainsi qu’une technique numérique pour la prédiction du
temps nécessaire avant l’initiation de la corrosion. Les 8ième
et 9ième
chapitres regroupent les
discussions sur l’état de cette structure qui a la particularité d’avoir une portion n’ayant
jamais été mise en service.
Abstract
This work has been possible due to collaboration between the Ministère des Transports du
Québec and the Centre de Recherche sur les Infrastructures en Béton de Université Laval at
the restructuration of Dufferin-Montmorency overpass. The demolition of structures that
haven’t reached their total service life time allowed the production of a great quantity of
information on a prestressed structure of the Quebecer road network. In chapter 5,
observations on prestressed structures have been grouped. This kind of information is, most
of time, unavailable on an existing structure due to impossible inspection. In chapter 7, a
classification of different exposure conditions of the inspected structural elements is
showed as well as a numerical technique for predicting the time before corrosion starts. The
last two chapters relate discussions on the actual state of this structure which is particular
because one section has never been exposed to traffic.
Avant-propos
Merci à Josée Bastien qui a tenu le rôle de directrice au cours de mes travaux. Elle
a su m’aiguiller dans mes décisions et m’aura permis d’apprendre sur beaucoup plus que
les sujets traités dans mon mémoire.
Merci à Jacques Marchand qui a tenu le rôle de co-directeur. Il a toujours su trouvé
le bon moyen de me motiver dans l’accomplissement de mes tâches. Je peux me compter
chanceux d’avoir pu côtoyer un spécialiste en structures de béton de renommée mondiale
comme M. Marchand.
Merci aux nombreux collaborateurs à ce projet : Éric Samson, pour sa grande
contribution pour la section sur la modélisation; Xavier Willem, pour avoir partagé son
expérience sur l’inspection d’une structure en béton dès le début du projet; David
Conciatori, pour son aide à la réflexion concernant la portée des différents résultats obtenus
ainsi que sur l’orientation du projet; Luc Chouinard, pour sa contribution à la gestion des
données statistiques; Mathieu Nolin, qui en plus d’avoir été d’une aide incroyable lors de la
mise en place du projet, est devenu un ami; Jean Vandal, pour sa contribution sur la
recherche d’information dans les archives du Ministère.
Merci à l’Université Laval pour m’avoir fourni un environnement favorable à la
réussite scolaire et personnelle.
Merci à toutes les secrétaires que j’ai eu la chance de côtoyer, qui m’ont rendu de
précieux services, et ce, toujours avec le sourire. Merci à Lyne Dupuis, Lynda Goulet,
Denise Marcotte et Linda Barrette.
Merci au CRIB qui m’a permis au fil de ces quelques années de devenir un amant
du béton dans un milieu qui favorise les échanges inter-universités.
Merci à SIMCO technologies inc. de m’avoir permis de faire un stage parmi eux et pour
l’aide apportée lors de la rédaction ainsi que lors des essais de laboratoire.
Merci à tous les collègues de la maîtrise, amis de géotechnique, amis d’hydrologie,
amis du RÉGAL, professionnels de recherche, professeurs, chargés de cours, techniciens,
VIII
partenaires de bureau Français et à tous ceux dont je garderai un excellent souvenir. Merci
pour ces nombreuses discussions à caractère scolaire ou autre. Merci pour ces nombreux
diners au pub universitaire. Merci pour les soirées après les conférences. Merci à Étienne
(2e mode) Gregoire, Arnaud (Mumu) Muller, Étienne (Le Gothique sympathique) Crépault,
Guillaume (Bibi) Binet, Pierre-Vincent Certain, Mathieu Thomassin, François-Julien
Delisle, Philippe Provencher, Marc-André Martin, Nicolas Rouleau, Nicolas Ginouse,
Vanessa Durand, Nicolas Roux, Damien Grelet, Jason Faber, Sophie Dion, Tomas Calais,
Frédéric Lory, François Modjabi-Sangnier, Louis-Samuel Bolduc, Frédéric Gagnon, Pascal
Dorion, Dominic Ouellet, Josée Emond, Marion Girard, Annie, Isabelle Dionne, Anne-
Marie Langlois, Mathieu Fiset, Andréas Muller, Julie Conseiller, Benoit Bissonnette, Marc
Jolin, André Caron, Admir Passic, etc.
Merci à mes parents qui m’ont toujours influencé positivement dans la poursuite de
mes études et qui m’ont inculqué des valeurs auxquelles je suis fière d’adhérer encore
aujourd’hui.
Merci à mes sœurs Milène et Marie-France qui ont toujours eu un rôle important
dans ma vie.
Merci à Éliane, mon amie de cœur, qui m’a soutenu dans mon cheminement personnel qui
ne peut être dissocié du cheminement professionnel. Tu as su me donner, et tu me donnes
encore, une joie de vivre dont je ne peux me passer pour m’épanouir dans mon quotidien.
Table des matières
Résumé ................................................................................................................................... V Abstract ................................................................................................................................ VI Avant-propos ...................................................................................................................... VII
Table des matières ............................................................................................................... IX Liste des tableaux ................................................................................................................ XII Liste des figures ................................................................................................................. XIII 1. Introduction ...................................................................................................................... 1
1.1 Localisation / Historique ......................................................................................... 2
1.2 Objectifs de l’étude ................................................................................................. 3 2. État des connaissances ..................................................................................................... 5
2.1 Le béton, un monde microscopique ........................................................................ 5 2.2 Modes de dégradation ............................................................................................. 7
2.3 Désordres chimiques ............................................................................................... 8 2.3.1 Réaction Alcalis-Granulats ................................................................................. 9 2.3.2 Carbonatation .................................................................................................... 10
2.3.3 Décalcification .................................................................................................. 12 2.4 Désordres physiques ............................................................................................. 13
2.4.1 Gel-Dégel .......................................................................................................... 14 2.5 Corrosion des armatures passives par infiltration d’ions chlore ........................... 15
2.5.1 Initiation de la corrosion ................................................................................... 17
2.5.2 Propagation de la corrosion .............................................................................. 17 3. Définition de la structure et son historique .................................................................... 19
3.1 Géométrie et exposition ........................................................................................ 19 3.1.1 Sections principales .......................................................................................... 19 3.1.2 Parapet .............................................................................................................. 22
3.1.3 Dalles (tabliers) ................................................................................................. 22
3.1.4 Poutres .............................................................................................................. 23 3.2 Historique de l’entretien ....................................................................................... 23 3.3 Étude réalisée sur l’échangeur Henri Bourassa (1999) ......................................... 25
3.3.1 Potentiels de corrosion ...................................................................................... 27 3.3.2 Observations visuelles ...................................................................................... 30 3.3.3 Constats et Conclusions de l’étude ................................................................... 31
4. Interventions et prélèvements sur chantier .................................................................... 33 4.1 Nomenclature des prélèvements ........................................................................... 33 4.2 Parapets ................................................................................................................. 34 4.3 Tabliers ................................................................................................................. 36
4.3.1 Revêtement du tablier ....................................................................................... 37
4.4 Poutres et ancrages ................................................................................................ 37 4.5 Relevés d’humidité relative .................................................................................. 38
4.6 Potentiel de corrosion ........................................................................................... 39 4.7 Résumé de l’échantillonnage ................................................................................ 40
5. Observations sur les éléments de précontrainte ............................................................. 42 5.1 Types de défauts ................................................................................................... 42 5.2 Points hauts ........................................................................................................... 44
X
5.3 Points bas .............................................................................................................. 46
5.4 Ancrages ............................................................................................................... 47
5.5 Observations sur les échantillons de coulis .......................................................... 47 6. Résultats de la caractérisation ....................................................................................... 54
6.1 Relevé d’humidité ................................................................................................ 54 6.2 Potentiel de corrosion ........................................................................................... 58 6.3 Teneur en chlorures .............................................................................................. 60
6.4 Résistance à la compression ................................................................................. 63 6.5 RCPT (Rapid Chlorides Permeability Test) ......................................................... 63 6.6 Porosité ................................................................................................................. 64
7. Méthodologie – Détermination des conditions d’exposition d’une structure à partir de
l’avancement de sa contamination aux chlorures ................................................................. 66
7.1 Particularités de la structure ................................................................................. 66 7.2 Méthodologie - Modélisation avec STADIUM® ................................................ 68
7.3 Caractérisation des propriétés de transport du béton ........................................... 68
7.3.1 Porosité – ASTM C642 .................................................................................... 69
7.3.2 STADIUM® IDC
- Coefficient de diffusion ionique (Tortuosité) .................... 70 7.3.3 STADIUM®
MTC - Perméabilité ...................................................................... 73
7.4 Discrétisation des conditions d’exposition ........................................................... 75 7.4.1 Parapets avec faible exposition aux chlorures .................................................. 79 7.4.2 Parapets avec exposition modérée aux chlorures ............................................. 79
7.4.3 Parapets avec exposition agressive aux chlorures ............................................ 80 7.4.4 Poutre/Tablier avec exposition modérée aux chlorures ................................... 81
7.4.5 Poutre/tablier avec exposition agressive aux chlorures .................................... 81 7.5 Modélisation avec STADIUM® .......................................................................... 82
7.5.1 Géométrie ......................................................................................................... 82
7.5.2 Propriétés du ciment ......................................................................................... 82
7.5.3 Paramétrisation des conditions d’exposition .................................................... 83 7.5.4 Résultats de modélisation ................................................................................. 84
8. Discussion et analyse .................................................................................................... 88
8.1 État général ........................................................................................................... 88 8.2 État du béton ......................................................................................................... 89
8.2.1 Résistance à la compression ............................................................................. 89 8.2.2 Propriétés de transport ...................................................................................... 90
8.3 État du coulis et des éléments de précontrainte .................................................... 90 8.4 Contamination ...................................................................................................... 92
8.4.1 Comparaison des bretelles salée et non-salée .................................................. 92
8.4.2 Distribution des chlorures dans les différents éléments structuraux ................ 92 8.4.3 Effet du dévers sur les concentrations en chlorures mesurées ......................... 93 8.4.4 Influence de l’emplacement d’un parapet sur sa dégradation .......................... 94
9. Conclusions ................................................................................................................... 95 9.1 Conclusions sur l’état du béton ............................................................................ 95 9.2 Conclusion sur les éléments de précontrainte ...................................................... 96
9.2.1 Conclusions sur le coulis .................................................................................. 97
9.3 Conclusions sur la modélisation ........................................................................... 97 9.4 Études futures ....................................................................................................... 98
10. Bibliographie ............................................................................................................... 100
XI
11. Protocoles des essais particuliers ............................................................................. XXVI
11.1 Lecture du taux d’humidité relative ponctuelle in-situ dans une structure en béton
précontraint ................................................................................................................. XXVI 11.1.1 Objet de la mesure .................................................................................. XXVI 11.1.2 Matériel utilisé ........................................................................................ XXVI 11.1.3 Objectifs et limites des mesures ............................................................ XXVII 11.1.4 Préparation ........................................................................................... XXVIII
11.1.5 Lectures ................................................................................................... XXIX 11.2 Potentiel de demi-pile ..................................................................................... XXIX
11.2.1 Discrétisation de la zone de relevés ........................................................ XXIX 11.2.2 Localisation des zones de relevés ............................................................ XXX
11.3 Méthodologie pour l’essai modifié de porosité ASTM C642 pour le coulis ... XXX
11.3.1 Prélèvement des échantillons ................................................................... XXX 11.3.2 Géométrie des échantillons et cohérence avec la norme ......................... XXX
11.3.3 Mesures particulières .............................................................................. XXXI
Liste des tableaux
Tableau 1 - Épaisseur moyenne mesurée du recouvrement des rangs d’armatures supérieur
et inférieur des tabliers ......................................................................................... 23 Tableau 2- Code de couleur pour l’identification des prélèvements .................................... 40
Tableau 3 - Résumé des prélèvements ................................................................................. 41 Tableau 4 - Liste des défauts pouvant être rencontrés dans une poutre caisson de pont en
béton précontraint ................................................................................................ 43 Tableau 5 - Légende des couleurs, potentiels de corrosion (Broomfield 1994) .................. 58 Tableau 6 –Concentration en chlorures dans les parapets, exprimées en % par masse de
béton .................................................................................................................... 62 Tableau 7 - Concentrations en chlorures dans les tabliers, exprimées en % par masse de
béton .................................................................................................................... 62 Tableau 8 - Teneur en chlorures des échantillons de coulis ................................................. 62
Tableau 9 - Résumé des essais de résistance à la compression ............................................ 63 Tableau 10 Résumé des essais de RCPT .............................................................................. 64 Tableau 11 Résumé des essais d’absorption ........................................................................ 65
Tableau 12 – Porosité des bétons de parapets ...................................................................... 65 Tableau 13 – Porosité des bétons de tabliers/poutres ........................................................... 65
Tableau 14 - Porosité du béton à l'ancrage des câbles de précontrainte .............................. 65 Tableau 15 - Porosité des bétons de tabliers/poutres ........................................................... 70 Tableau 16 - Porosité des bétons de parapets ....................................................................... 70
Tableau 17 – Porosité des bétons de la base de données STADIUM® ............................... 70 Tableau 18 – Coefficients de diffusion ionique des bétons de tabliers/poutres ................... 72
Tableau 19 – Coefficient de diffusion ionique des bétons de parapets ................................ 72 Tableau 20 – Coefficient de diffusion ionique des bétons de la base de données de
STADIUM® ........................................................................................................ 73
Tableau 21 – Perméabilité et isothermes du béton de tabliers/poutres ................................ 74
Tableau 22 – Perméabilité et isothermes du béton de parapets ............................................ 75 Tableau 23 – Perméabilité et isothermes du béton de la base de données de STADIUM® 75 Tableau 24 – Classification des teneurs en chlorures maximales pour les bétons de parapets
............................................................................................................................. 76 Tableau 25 - Classification des teneurs en chlorures maximales pour les béton de
poutres/tabliers ..................................................................................................... 76
Tableau 26 - Composition et niveau d’activité chimique du ciment utilisé pour la
modélisation ......................................................................................................... 83 Tableau 27- Temps restant, en années, avant l'initiation de la corrosion
A .......................... 87
Liste des figures
Figure 1-1- Plan d'urbanisme suggéré dans le rapport Vandry-Jobin (1968) ........................ 3 Figure 2-1 - Schématisation d’un réseau poreux d’un béton standard (Baroghel-Bouny
1994) ...................................................................................................................... 6
Figure 2-2 - Classification des types de désordres dans le béton .......................................... 8 Figure 2-3 - Granulat fissuré par une réaction alcalis-silice (Kosmatka, Kerkhoff et al.
2002) ...................................................................................................................... 9 Figure 2-5 - Précipité de calcite suite à un lessivage du béton ............................................ 13 Figure 2-6 - Étapes de formation des cristaux de glace dans un matériau poreux (Setzer) . 14
Figure 2-8 - Volumes relatifs de l'acier et de ses produits de corrosion .............................. 16 Figure 3-1 Section type de la bretelle B4 ............................................................................ 20 Figure 3-2 - Plan de démolition ........................................................................................... 21 Figure 3-3 - Coupe type d'un parapet................................................................................... 22
Figure 3-4 - Localisation des échangeurs de l'autoroute Dufferin avec les boulevards
Charest et Henri Bourassa (Google map®) ......................................................... 26 Figure 3-5 - Échangeurs Dufferin/Henri-Bourassa .............................................................. 27
Figure 3-6 - Cartographie du potentiel de corrosion de la structure 14170 FF ................... 28 Figure 3-7 - Cartographie du potentiel de corrosion de la structure 14170 FE ................... 28
Figure 3-8 - Cartographie du potentiel de corrosion de la structure 14170 E2 ................... 29 Figure 3-9 - Cartographie du potentiel de corrosion de la structure 14170 FH ................... 29 Figure 3-10 - Accumulation d'eau dans le bas des dévers ................................................... 30
Figure 3-11 - Parapet dégradé 1 ........................................................................................... 30 Figure 3-12 - Parapet dégradé 2 ........................................................................................... 31
Figure 3-13 - Dessous de la dalle en béton précontraint par post-tension ........................... 31 Figure 4-1 - Zones de carottage des parapets sur la B2 ....................................................... 35 Figure 4-2 - Zones de carottage des parapets sur la B4 ....................................................... 35
Figure 4-3 - Zone de carottage dans le parapet .................................................................... 36
Figure 4-4 - Profil d'échantillonnage du tablier de la B2 ..................................................... 37 Figure 4-5 - Localisation des prélèvements de poutres sur la B2 ........................................ 38 Figure 4-6 - Localisation des prélèvements de poutres et de dalles sur la B4 ..................... 38
Figure 4-7 - Localisation des relevés d'humidité sur la bretelle B2..................................... 39 Figure 4-8 - Localisation des relevés d'humidité sur la coupe de la bretelle B2 ................. 39 Figure 4-9 - Résumé des interventions sur la B4 ................................................................. 40
Figure 4-10 - Résumé des interventions sur la B2 ............................................................... 41 Figure 5-1 - Risques potentiels de détérioration dans une structure en béton précontraint par
post-tension(Fuzier, Ganz et al. 2005) ................................................................ 43 Figure 5-2 – B2F1 - Gaine de point haut non-remplie ........................................................ 49 Figure 5-3 – B2F1 - Vide de point haut ............................................................................... 49
Figure 5-4 – B4F - Gaine de point haut bien remplie .......................................................... 49 Figure 5-5 – B4S3 - Gaine bien remplie de point haut, dans une courbe ............................ 49
Figure 5-6 – B2-F3 - Gaine bien remplie, coulis retiré ....................................................... 50 Figure 5-7 – B2F3 - Vue en tranche d'une gaine de point bas ............................................. 50 Figure 5-8 – B2F3 - Ouverture d'une gaine sans coulis ....................................................... 50 Figure 5-9 – B2F3 - Lessivage sous une gaine suite à une ouverture en point haut ............ 50
XIV
Figure 5-10 – B2F3 - Gaine bien remplie avec taches de corrosion à l'interface gaine-coulis
............................................................................................................................. 51
Figure 5-11 – B2A - Localisation de l'ancrage sur la B2#1 ................................................. 51 Figure 5-12 – B2-A - Extrémité suintante d'un ancrage....................................................... 51 Figure 5-13 – B2F1 – Échantillon de coulis adjacent à un vide d'un point haut .................. 51 Figure 5-14 – B2F1 - Changement de couleur dans le coulis .............................................. 52 Figure 5-15 – B2F1 - Changement de couleur et tâches de corrosion dans le coulis .......... 52
Figure 5-16 - Dépôt localisé de produits de corrosion à l'interface torons/coulis ................ 52 Figure 5-17 - Dépôt de corrosion à l'interface gaine/coulis ................................................. 52 Figure 5-18 - Dépôt de produits de corrosion à l'interface gaine/coulis .............................. 53 Figure 5-19 – B2F1 - Corrosion dans les vides de points hauts ........................................... 53 Figure 6-1 - Pourcentage d'humidité sur l'axe 20 de la B2 .................................................. 55
Figure 6-2 - Mesures d'humidité relative sur l'axe 21 de la B2 ............................................ 55 Figure 6-3 - Mesures d'humidité relative aux points bas entre les axes 20 et 21 de la B2 ... 56
Figure 6-4 - Mesures d'humidité relative sur la bretelle B6 ................................................. 56
Figure 6-5 - Profil d'humidité relative dans une poutre ....................................................... 57
Figure 6-6 - Positionnement des points de mesure pour le profil en humidité sous la B2 ... 57 Figure 6-7 - Zones de relevés sur la bretelle salée (B2) ....................................................... 59
Figure 6-8 - Zones de relevés sur la bretelle non-salée (B4) ............................................... 59 Figure 6-9 - Teneur en chlorure des parapets de la bretelle salée (B2) ................................ 61 Figure 6-10 - Teneur en chlorures en surface du tablier de la bretelle B2 ........................... 61
Figure 7-1 - Plan de réaménagement sommaire des échangeurs ......................................... 67 Figure 7-2 - Données d'entrée à fournir à STADIUM® ...................................................... 69
Figure 7-3 - Montage d'un essai de migration ...................................................................... 71 Figure 7-4 - Courbe caractéristique d'un essai de migration ................................................ 72 Figure 7-5 - Parapets faiblement exposés aux chlorures ...................................................... 77
Figure 7-6 - Parapets ayant subit une exposition modérée au chlorures .............................. 77
Figure 7-7 - Parapets ayant subit une exposition agressive aux chlorures ........................... 78 Figure 7-8 - Béton précontraint ayant subit une exposition agressive ou modérée aux
chlorures .............................................................................................................. 78
Figure 7-9 - Expositions des parapets de la bretelle non-salée ............................................ 80 Figure 7-10 - Section de la B2 à mi-travée .......................................................................... 80
Figure 7-11 - Éclaboussures de la bretelle voisine ............................................................... 81 Figure 7-12 - Exposition du parapet en bas de dévers ......................................................... 81 Figure 7-13 - Conditions d'exposition moyennes pour la ville de Québec pour une période
d'un an .................................................................................................................. 83 Figure 7-14 - Simulations et points expérimentaux des profils en chlorures sur les parapets
avec exposition agressive .................................................................................... 86 Figure 7-15- Simulations et points expérimentaux des profils en chlorures sur les parapets
avec exposition modérée ...................................................................................... 86
Figure 7-16 - Simulation de la pénétration des chlorures dans les tabliers .......................... 87 Figure 11-1 - Schéma d'une sonde à humidité dans le béton ...................................... XXVIII
1. Introduction «Le temps ne respecte pas ce qui se fait
sans lui. »
Paul Morand
Le développement exponentiel de la société québécoise dans les années soixante et
soixante-dix a fourni les infrastructures de transport qui sont à la base du succès
économique des sociétés modernes. Ce lègue s’associait cependant à des responsabilités
d’entretien et d’inspection de structures dont l’importance, semble-t-il, a été sous-évaluée
pendant longtemps. Voilà qu’aujourd’hui, des événements tragiques ont mis la lumière
sur les risques encourus par l’utilisation d’un réseau routier vieillissant. Les nouvelles
politiques, qui découlent de la baisse de confiance populaire envers la sécurité structurale,
ont engendré l’injection de millions de dollars en recherche et développement de
nouvelles technologies pour assurer la pérennité des ouvrages, existants et à venir, en
génie civil. Ce développement accéléré permet l’amélioration des stratégies de gestion du
réseau d’infrastructures, assurant ainsi un contrôle accru du risque relié à leur utilisation,
une plus grande qualité de leur état en service et une meilleure connaissance des coûts
engendrés sur un cycle de vie.
C’est dans cette optique que le ministère des Transports du Québec et l’Université
Laval ont conjointement reconnu, dans le démantèlement des bretelles de l’autoroute
Dufferin-Montmorency, une opportunité d’avancement des connaissances sur le
vieillissement et la dégradation des structures réelles. Les objectifs de cette étude sont
variés et touchent plusieurs aspects de la problématique. Tout d’abord, évaluer
l’efficacité des techniques employées à l’époque pour protéger la structure de son
vieillissement prématuré. Ensuite, mettre en relation la variabilité des conditions
d’exposition et le niveau de dégradation des divers éléments structuraux d’un pont en
béton précontraint par post-tension. Finalement, améliorer les techniques numériques de
prédiction de la durée de vie utile d’un tel ouvrage.
Pour y arriver, ce mémoire abordera dans son deuxième chapitre une revue de l’état
des connaissances sur la détérioration du béton. Dans son troisième chapitre, il sera
2
question des interventions et des prélèvements qui ont été réalisés sur le chantier de
Dufferin-Montmorency au cours de l’été 2007. Le quatrième chapitre portera quant à lui
sur les observations visuelles effectuées sur le chantier. Un cinquième chapitre abordera
les différents protocoles expérimentaux qui ont servi ou qui ont été élaborés pour ce
projet. Dans le sixième chapitre, les premiers résultats qui ont mené à la caractérisation
du béton seront divulgués. C’est à partir de ces résultats que s’est élaborée une
méthodologie pour modéliser la dégradation de ces structures, présentée au septième
chapitre. Les résultats de cette modélisation font l’objet du chapitre huit. D’une manière
classique, ce mémoire se termine par un enchaînement de discussions et de conclusions,
présentées dans les chapitres neuf et dix.
1.1 Localisation / Historique
Au cours des années 1960, l’expansion démographique et l’augmentation exponentielle
du nombre de véhicules automobiles orientent les urbanistes dans leur planification du
développement du réseau autoroutier de Québec. C’est dans cette optique que le rapport
Vandry-Jobin (1968) suggère l’expropriation de résidents sur plusieurs axes de
circulation dans le but d’y construire de nouvelles voies rapides. En effet, le
développement autoroutier est tel qu'en 1968, on compte, dans la région immédiate de
Québec, 56,8 km d’autoroutes en service, 36,3 km en construction (et dont l’ouverture
est prévue pour 1972), et 41,1 km au stade des études préliminaires. Sur la Figure 1-1, on
peut observer la réédition de la toile routière du centre-ville de Québec, suggérée dans ce
rapport. Plus particulièrement, les échangeurs Dufferin-Montmorency avaient comme
objectif d’assurer une connexion autoroutière Est-Ouest passant par le centre-ville en plus
de faciliter l’accès à la colline parlementaire à la population de la côte de Beaupré. Les
travaux de construction ont débuté par la construction de l’échangeur et de l’axe reliant la
côte de Beaupré au centre-ville.
Les travaux de cette phase ont suscité beaucoup de réactions des résidents de
Limoilou qui voyaient leur plage se transformer en autoroute. Leurs réactions ont été si
bien entendues que le gouvernement du Québec décida de suspendre les activités et de
tenir une séance d’information à la population. Cette séance a été à l’origine de ce que
l’on connait aujourd’hui sous le nom de Bureau des Audiences Publiques sur
3
l’Environnement (BAPE). Les recommandations issues de ces audiences étaient de
finaliser la phase en cours, mais de revoir depuis le début le plan d’urbanisation. La
colère des citoyens combinée au changement de gouvernement ont mené à l’abandon de
la connexion autoroutière est-ouest au profit d’un simple accès au quartier St-Roch par la
rue Du Pont. De plus, deux bretelles préalablement construites afin de donner trois accès
souterrains à la haute ville (rue d’Aiguillon, boulevard St-Cyrille et le stationnement
d’Youville) furent simplement fermées sans jamais avoir été mises en service.
Figure 1-1- Plan d'urbanisme suggéré dans le rapport Vandry-Jobin (1968)
1.2 Objectifs de l’étude
Le sujet à l’étude dans ce projet de maîtrise s’étend sur les domaines de la structure et des
matériaux. Plus particulièrement, il s’attarde sur trois objectifs généraux. Le premier est
d’évaluer l’efficacité des techniques employées à l’époque pour protéger la structure
d’une dégradation prématurée. Le deuxième est de mettre en relation la variabilité des
conditions d’exposition et le niveau de dégradation des divers éléments structuraux d’un
pont en béton précontraint par post-tension. Entre autre, faire une inspection des éléments
4
de précontrainte tel que les câbles, les torons et les ancrages. Troisièmement, mettre en
relation les propriétés de transport du béton ainsi que l’avancement de la dégradation afin
d’améliorer les techniques numériques de prédiction de la durée de vie utile d’une
structure comparable.
2. État des connaissances
«L’essentiel est invisible pour les yeux. »
Antoine de Saint-Exupéry
Le béton de ciment est un matériau fascinant et versatile. Ses propriétés évoluent avec le
temps et selon les conditions auxquelles il est exposé. Il est possible de lui donner la
forme désirée et de le jumeler avec des armatures passives afin de lui donner la capacité
structurale désirée. Sa maniabilité et son coût abordable l’ont popularisé auprès des
entrepreneurs des années soixante-dix, si bien qu’une forêt de bâtiments et un labyrinthe
d’autoroutes en béton ont vu le jour. Cependant, on remarque aujourd’hui sur ces
structures plusieurs défauts qui n’étaient pas anticipés à l’origine. Plusieurs ingénieurs se
sont questionnés sur les propriétés de ces massifs de roc artificiel qui provoquaient
l’évolution de ces défectuosités. Certains de ces chercheurs ont eu la bonne idée
d’examiner ce qui se passait à l’échelle microscopique du matériau pour trouver réponses
à leurs questions. Comme quoi, « l’essentiel est invisible pour les yeux ».
Ce chapitre survole les différents modes de dégradations que l’on retrouve dans le
béton. La première section décrit les principales caractéristiques macro et microscopiques
du béton. La deuxième section décrit la classification utilisée ordonner le présent
chapitre. Les sections 3 et 4 décrivent respectivement les modes de dégradation
chimiques et physique. Finalement, la 5ième
section décrit le phénomène de corrosion des
armatures par infiltration des chlorures.
2.1 Le béton, un monde microscopique
Le béton est essentiellement composé d’un squelette granulaire noyé dans une
matrice cimentaire qui agit comme une colle. D’un point de vue mécanique, pour un
béton normal, cette pâte de ciment est le maillon faible du massif de béton. Cette colle se
forme par la réaction d’hydratation du ciment avec l’eau qui forme des hydrates,
essentiellement constituées de gel de silicate de calcium hydraté (C-S-H) qui forme le
principal lien mécanique de la pâte de ciment et dont la porosité est de l’ordre du
nanomètre. En plus du gel de C-S-H, on remarque la formation de portlandite (Ca(OH)2)
et de plusieurs aluminates hydratés. Selon le rapport eau/liants au dosage, une proportion
6
plus ou moins grande de ciment non hydraté est présente dans la matrice cimentaire
mature. Entre ces particules, il y a présence de vides dont les dimensions vont du
nanomètre au millimètre. Un réseau de capillaires nanométriques assure une irrigation du
gel de C-S-H. On note également la présence de bulles d’air ayant un diamètre de
quelques dizaines de microns et un certains nombre de vides de compactage allant de
quelques millimètres à quelques centimètres. À la Figure 2-1, on peut voir une
schématisation du réseau poreux du béton.(Bertolini, Elsener et al. 2004).
On constate que cette colle à granulats est très poreuse et perméable. En effet, on
estime sa surface spécifique à environ 300 m² par gramme. La majeure partie de ces vides
est remplie d’un liquide interstitiel qui est en équilibre chimique avec les hydrates de la
pâte cimentaire. Le pH de cette solution est très basique (environ 13) au jeune âge. On y
retrouve plusieurs sels alcalins comme l’hydroxyde de sodium et l’hydroxyde de
potassium. On verra plus loin que le maintien de l’équilibre entre la solution interstitielle
et les hydrates formant la matrice cimentaire joue un rôle crucial dans l’initiation de la
détérioration de la matrice. (Bertolini, Elsener et al. 2004)
Figure 2-1 - Schématisation d’un réseau poreux d’un béton standard (Baroghel-Bouny 1994)
7
2.2 Modes de dégradation
Avant d’aborder les mécanismes de détérioration de la matrice cimentaire, il est
important de cibler les différents processus qui sont en action. On trouve trois principaux
types de désordres dans le béton. Il y a ceux d’ordre chimique qui surviennent
généralement à la suite d’un déséquilibre du liquide interstitiel. Parmi les désordres
d’ordre chimique, on distingue ceux qui surviennent sans transport, c'est-à-dire sans
échange externe, de ceux qui se produisent avec transport, soit par un apport d’un
contaminent après la maturation. Ensuite viennent les désordres dits physiques. Ces
désordres sont attribuables à des pressions mécaniques souvent générées par des
mouvements d’eau. Finalement, la détérioration du béton par corrosion des barres
d’armature en acier est un processus hybride qui fait intervenir deux processus. Il y a
d’abord une phase d’initiation qui survient avec une perturbation chimique du liquide
interstitiel et ensuite une phase de propagation de la corrosion qui provoque des
sollicitations mécaniques produites par la génération de produits de corrosion. Cette
classification est résumée à la Figure 2-2.
8
Figure 2-2 - Classification des types de désordres dans le béton
2.3 Désordres chimiques
En général, les désordres chimiques surviennent en raison de l’infiltration d’un
contaminants dans le réseau poreux(Crausse, Bacon et al. 1981). La présence de ces
contaminants déséquilibre le liquide interstitiel, ce qui affecte l’équilibre de certains
hydrates et provoque leur dissolution. Il y a donc un changement au niveau de la structure
de la pâte et une précipitation de certains éléments nouvellement formés. Dans certains
cas, les réactifs peuvent être présents lors du dosage. C’est le cas pour la réaction alcalis-
granulats.
9
2.3.1 Réaction Alcalis-Granulats
La réaction alcalis-granulats, communément appelée RAG, est causé par le
caractère instable de certains granulats dans une pâte cimentaire. Ceci est vrai lorsque le
granulat utilisé pour le squelette granulaire contient un élément réactif avec les alcalis
(généralement de la silice au Québec) présents dans la pâte cimentaire. Cette réaction
génère des produits occupant un espace plus important que les réactifs. Il y a donc une
génération de pressions internes qui provoque un patron de fissurations polygonales
lorsqu’il n’y a pas de confinement. En fonction du niveau de confinement offert par les
armatures, d’autres faciès de fissures peuvent être observés. On note beaucoup de fissures
aux interfaces pâte-granulats et dans les granulats (Figure 2-3). Dans la documentation,
certains auteurs interprètent le phénomène de RAG comme un phénomène qui agit
justement à cette interface pâte-granulats. Cependant, on remarque plusieurs granulats
fissurés qui laissent croire que la réaction peut également se produire à l’intérieur du
granulat lui-même(Baroghel-Bouny 1994).
Figure 2-3 - Granulat fissuré par une réaction alcalis-silice (Kosmatka, Kerkhoff et al. 2002)
Ce qui est intéressant avec ce type de défaut, c’est qu’on ne remarque pas de perte de
résistance à la compression lorsque ce phénomène en est à ses débuts. Effectivement,
10
bien que le matériau soit complètement fissuré, il a un comportement adéquat dans les
zones sollicitées en compression. La réalisation d’essais de caractérisation sur des
structures sévèrement atteintes de RAG est très compliquée. En effet, la structure reprend
d’importants efforts de compression, mais le prélèvement d’un échantillon intact s’avère
un défi de taille. Les essais de compression en laboratoire ne reflètent donc pas
fidèlement le comportement réel du matériau confiné.
Les problèmes reliés à l’évolution de ce type de dégradation sont plutôt des
problèmes d’utilisation. L’expansion du béton réduit l’efficacité de plusieurs structures et
en rend même certaines complètement inadéquates. De plus, l’ouverture des fissures
favorise l’infiltration d’agents agressifs tels que les sels déglaçants.
2.3.2 Carbonatation
La carbonatation est un phénomène qui se produit sur des ouvrages urbains qui
sont fortement exposés à la pollution, plus particulièrement au gaz carbonique (CO2).
Lorsque le gaz entre en contact avec une solution basique comme celles que l’on retrouve
dans le milieu poreux du béton, il se transforme en acide carbonique. Cet acide
déstabilise l’équilibre de la solution localement. Il se forme alors un nouvel équilibre où
certains cristaux précipitent, comme la calcite, ce qui a pour effet d’abaisser le pH de la
solution. La dissolution de la portlandite rééquilibre le pH de la solution et stabilise la
dégradation de la matrice. Un béton ayant une bonne réserve de portlandite non dissoute
résistera d’avantage à une exposition au gaz carbonique. (Baroghel-Bouny 1994)
Il ne semble pas avoir d’impact significatif sur le comportement structural de
l’élément atteint. C’est plutôt au niveau des aciers d’armatures qu’il y a problème. La
baisse de l’alcalinité du liquide interstitiel environnant les acier d’armatures provoque la
dépassivation d’une couche protective en surface des armatures. Cette perte de protection
est parfois à l’origine de l’initiation de la corrosion.
La carbonatation peut également avoir ses bons côtés. Dans le cas d’une structure
fissurée qui n’est pas soumise à des chargements cycliques, la précipitation de la calcite
présente dans la solution interstitielle peut avoir comme effet de colmater les fissures. De
11
plus, elle réduit la porosité en précipitant la calcite. En cristallisant, la calcite bloque les
chemins préférentiels pour l’intrusion d’agent contaminants, comme le chlore, au cœur
du béton. De plus, l’impact au niveau de la matrice cimentaire de ce mode de dégradation
est superficiel. Tant que la corrosion ne sera pas initiée, la carbonatation n’aura pas un
grand impact sur le comportement structural. Cependant, des tentatives infructueuses de
carbonatation induite ont démontré qu’il y a peu d’avantages à tirer profit de la
carbonatation. Attaques aux sulfates
L’attaque aux sulfates est causée par une séquence complexe de réactions chimiques.
Ces réactions provoquent une modification chimique et physique de la matrice
cimentaire. La restructuration de la matrice conduit à une perte des propriétés mécaniques
et physiques. Il n’y a pas de réaction chimique clairement identifiée qui causerait ce
trouble. Toutefois, on note deux formes principales sous lesquelles les attaques se
manifestent. (Matala 1995)
Les attaques aux sulfates dites internes sont celles qui surviennent en raison d’une
mauvaise formulation ou encore d’une cure inadéquate. Les bétons souffrant d’une
mauvaise formulation vont contenir, par exemple, un excédent en gypse qui, afin de
conserver l’équilibre global du liquide interstitiel, se dissoudra sous forme de sulfates.
Une surdose en aluminate favorisera la formation d’ettringite qui peut causer des
pressions internes. Une cure inadéquate sera considérée comme une cure dont la
température dépasse 70 °C. Comme on l’a vu précédemment avec l’ettringite différée,
une température de cure trop élevée provoquera une instabilité de certains éléments tels
que les monosulfoaluminates ce qui favorisera la formation d’ettringite expansive.
(Matala 1995)
Les attaques aux sulfates de type externe surviennent lorsqu’un agent agressif intrusif
parvient à s’infiltrer dans le liquide interstitiel et à bouleverser l’équilibre. Leurs actions
sont multiples, mais on observe en général la dissolution de plusieurs éléments de la
matrice cimentaire. La dissolution de ces éléments engendre un affaiblissement de la
matrice ainsi que la cristallisation de nouveaux éléments dans des endroits non désirés.
12
La formation de ces nouveaux éléments génère ainsi des pressions internes qui favorisent
la fissuration. (Matala 1995)
2.3.3 Décalcification
Dans le chapitre sur la carbonatation, on a discuté de la dissolution de la
portlandite lors de la neutralisation de l’alcalinité du béton par une exposition au gaz
carbonique. Un phénomène semblable se produit ici, mais la neutralisation est provoquée
par un lessivage du réseau poreux macroscopique. Les mouvements d’eau sont influencés
par les propriétés de ce réseau poreux. On observe ce phénomène surtout dans les
ouvrages en maçonnerie ou encore dans les vieux ouvrages qui sont dotés d’un réseau
poreux permettant facilement les déplacements d’eau. (Matala 1995)
L’action de ce phénomène est donc de mettre en solution la portlandite, qui se
trouve expulsée vers la surface du béton. L’eau sous pression dans les petits pores
entraine la portlandite à se dissoudre. Le déplacement de l’eau par séchage, ou autre,
entraine l’eau chargée en ions vers des pores plus gros où la pression est moins élevée.
Cette diminution de pression favorise la précipitation. Lorsque ce phénomène survient,
on observe souvent des dépôts blanchâtres en surface de l’élément de béton.
Sur la Figure 2-4, on observe la formation d’un précipité de calcite à la suite d’un
écoulement unidirectionnel de l’eau dans les fissures longitudinales dans le bas d’une
poutre en béton précontraint. La structure en question était étudiée en prévision de son
démantèlement et l’ouverture des gaines de précontrainte s’est effectuée dans un point
haut du tracé parabolique. L’eau de pluie s’y est ensuite infiltrée et s’est acheminée
jusqu’au point bas des gaines, s’infiltrant ensuite dans les fissures provoquant ainsi un
lessivage local, visible au bas des poutres.
Le principal impact de ce mode de dégradation est l’augmentation de la porosité
dans les zones affectées par le lessivage. Une augmentation de la porosité se traduit par
une perte de résistance en compression. En général, ces zones sont superficielles et
contribuent peu à la résistance de la pièce à l’ultime. Cependant, le béton de
recouvrement est important afin de résister aux sollicitations environnementales et une
13
détérioration de ses propriétés de transport peut accélérer la dégradation de la matrice.
Heureusement, les réparations de ce type de défaut son peu coûteuses et souvent
pratiquées.
Figure 2-4 - Précipité de calcite suite à un lessivage du béton
2.4 Désordres physiques
Contrairement aux désordres chimiques, les phénomènes de dégradation d’ordre
physique ne sont pas initiés par des perturbations de l’équilibre du liquide interstitiel.
Certains découlent plutôt d’une combinaison de mouvements d’eau provoqués par une
perturbation des pressions internes, de changements de phase ou encore de phénomènes
de cristallisation. Dans les deux cas discutés ci-après, un gradient de température est à
l’origine de ce changement de pression.
14
2.4.1 Gel-Dégel
La température au Québec est un facteur qui a une influence directe et indirecte
sur la durabilité des ouvrages en béton de ciment. En plus d’encourager l’épandage de
produits abrasifs, les nombreux cycles de gel/dégel provoquent des déplacements d’eau
dans le réseau poreux qui causent des pressions internes nuisibles à l’intégrité structurale
des ouvrages d’arts. La présence de glace dans le réseau poreux du béton n’est pas nocive
en soi. C’est plutôt sa formation qui sollicite fortement la matrice, comme il est illustré à
la Figure 2-5.
Figure 2-5 - Étapes de formation des cristaux de glace dans un matériau poreux (Setzer)
Le passage d’une température au dessus du point de congélation à une
température de plus en plus froide provoque un changement d’équilibre de la solution
interstitielle. Le liquide contenu dans les plus gros pores sera le premier à passer sous la
forme solide en raison de la pression moins élevée qui y règne. Un pore non saturé
absorbera mieux l’expansion liée au passage à la forme solide du liquide interstitiel
puisqu’il y aura de la place pour l’expansion. Lorsque la température continue à
15
descendre, l’équilibre favorise la forme solide du liquide dans de plus petits pores et des
cristaux de glace s’y forment. L’expansion de ces cristaux pousse l’eau dans les
capillaires, ce qui génère d’importantes pressions. Moins la distance entre deux bulles
d’air est élevée (facteur d’espacement), moins importantes seront les pressions sur la
matrice cimentaire. Parfois, l’eau se retrouve piégée entre deux fronts de glace. Ceci
provoque des fissurations locales qui, à l’échelle macroscopique, provoquent de
l’écaillage en surface du béton.
La résistance à la traction du béton aidera grandement à réduire l’écaillage. Les
pressions nécessaires pour provoquer l’amorce d’une fissure sont directement reliées à la
capacité de la matrice à reprendre des efforts de traction. (Fagerlund 1975)
L’impact de ce mode de dégradation sur la matrice cimentaire est de causer une
perte de matériau en surface en raison de l’écaillage. Une diminution du béton
d’enrobage se traduit par une moins grande capacité à résister aux sollicitations
environnementales. Ceci peut engendrer l’émergence de nouveaux types de dégradation.
Il y a également amorce de fissures qui peuvent constituer des zones de concentration de
contraintes nuisibles pour l’atteinte de la résistance ultime de design.
2.5 Corrosion des armatures passives par infiltration d’ions
chlore
Parmi tous les modes de dégradation des structures en béton, la corrosion des
barres d’armature est sans doute le plus répandu et celui qui occasionne le plus de coûts
de réparations.
Le béton est un milieu hautement alcalin qui provoque la formation d’un film
passif, à l’interface de l’acier, la protégeant ainsi contre la corrosion. En raison de ces
caractéristiques, l’acier dans le béton sain ne corrode généralement pas. Toutefois, un
béton qui résiste mal à l’infiltration d’agents agressifs, tel que les chlorures, et à
l’environnement auquel il est soumis, permettra une dépassivation de ce film, ce qui
engendrera une initiation de la corrosion. (ACI-Committee-222 2001)
16
La corrosion se produit dans un milieu humide et oxygéné. C’est pourquoi les
conditions d’exposition météorologiques d’une structure auront un impact significatif sur
sa durabilité.
Un problème courant relié à la corrosion est que les produits de la réaction
occupent un espace plus grand que les réactifs. La Figure 2-6, schématise les volumes
relatifs des différents produits de corrosion et l’acier. Il en résulte donc une génération de
pression interne et une amorce de fissures. Avec le temps, l’acier perd son adhérence
avec le béton et son aire nette diminue. Ces conséquences ont un impact direct sur le
comportement en service, la capacité de reprise des efforts à l’ultime et la ductilité de
l’ouvrage. C’est en parti pourquoi tant d’argent est investi dans la recherche et le
développement de nouvelles techniques pour contrôler ce phénomène de dégradation.
Figure 2-6 - Volumes relatifs de l'acier et de ses produits de corrosion
17
2.5.1 Initiation de la corrosion
Avant de s’initier, la corrosion doit être précédée par la dépassivation de l’acier.
Cette rupture du film peut être locale ou généralisée. Généralement, un abaissement du
pH de la solution interstitielle provoque l’instabilité du film. Les chlorures contribuent à
l’abaissement du pH. Selon la Federal HighWay Administration (FHWA) des États-Unis,
une concentration de 0.05% kg de chlorures par kg de béton permet d’initier la corrosion.
Du côté du Ministère des Transports, on est un peu plus conservateur avec une
concentration acceptée de 0.3%
2.5.2 Propagation de la corrosion
La corrosion de l’acier dans le béton est un processus électrochimique. Ceci
implique qu’il y a formation d’une zone anodique et une zone cathodique. La zone
anodique libère des électrons par la réaction de mise en solution du Fer.
La zone cathodique consomme les électrons largués par l’anode en transformant
l’eau et l’oxygène en ions hydroxyde.
L’ion ferreux en solution réagit alors avec l’ion hydroxyde pour former les
produits de corrosion insolubles.
Lorsque les zones anodiques et cathodique sont séparées, on parle d’une corrosion par
macro pile. Lorsqu’elles sont très rapprochées, on parle alors d’une micro pile. [ACI
222R, 2001]
En fonction du pH de la solution et de la disponibilité de chacun des réactifs, les
produits de corrosion peuvent prendre plusieurs formes. Chacune de ces formes ont la
particularité commune d’occuper un espace plus grand que le métal de base. Ceci génère
18
des pressions internes qui provoquent ultimement la fissuration de béton.(ACI-
Committee-222 2001)
3. Définition de la structure et son historique
Le présent chapitre relate des informations sur la structure qui était disponible à priori
lorsque la présente étude débuta. Premièrement, la section 3.1 survole la description
géométrique des éléments structuraux précontraints et armés. Ensuite, la section 3.2
survole l’historique de l’entretien de la structure. Finalement, la section 3.3 résume une
étude qui a été réalisé sur une structure similaire à l’échangeur Dufferin-Montmorency.
3.1 Géométrie et exposition
Considérant l’ensemble de la structure, plusieurs éléments se distinguent. Cependant,
la présente étude se restreint aux éléments présentés dans cette section soit les parapets, le
tablier et les poutres.
3.1.1 Sections principales
Les travaux de réfection de l’échangeur Dufferin-Montmorency visaient à réduire
le nombre de voies donnant accès au quartier Saint-Roch par la démolition de la bretelle
B2. De plus, afin d’améliorer l’esthétisme du site, la démolition des bretelles inutilisées,
B4 et B6, était au programme pour l’été 2007. Les deux principales bretelles investiguées
par cette étude sont les bretelles B2 et B4. Une section typique est présentée à la Figure
3-1 tandis que la figure 3-2 présente un plan d’ensemble des travaux de démolition.
L’étude s’est concentrée sur les bretelles B2 et B4. Ces bretelles ont la particularité
d’avoir été construites dans une même phase tout en ayant été exposées à des conditions
d’exposition très différentes.
La bretelle B4, d’une largeur de 10.82 m, n’a jamais été en service pour la
circulation routière. Elle n’a donc pas été soumise à l’épandage de sels fondants et à
l’effet des charges de circulation. Elle a cependant pu recevoir des éclaboussures salines,
propulsées par le trafic autoroutier circulant sur la bretelle adjacente. De plus, cette
bretelle enjambe la rue St-Vallier, une rue à faible débit routier dont la chaussée se situe à
environ 15 m sous le bas des poutres de cette bretelle.
20
La bretelle B2 a une largeur qui varie de 14,25 à 28,35 m. Cette progression se fait
graduellement sur 10 portées. Afin de supporter cet élargissement, le nombre de poutres
de la bretelle B2 passe de 4 à 6. Cette portion de structure a été en service depuis sa
construction jusqu’à sa démolition et elle a donc été exposée à l’action combinée des
charges de service et des sels fondants. De plus, elle a pu subir des éclaboussures salines
provenant de la circulation sur la bretelle B1 ainsi que des éclaboussures provenant d’une
bretelle supérieure (B6). Le débit de circulation élevé mais à faible vitesse du boulevard
Charest, dont la chaussée est située à environ 7,5m sous le bas des poutres de la B2, a pu
occasionnellement provoquer un brouillard salin sur les côtés et sous l’ouvrage.
Figure 3-1 Section type de la bretelle B4
21
Figure 3-2 - Plan de démolition
22
3.1.2 Parapet
Lors de la construction d’un pont ou d’un viaduc, le choix du système de retenu
latérale est fonction de la vitesse maximale permise. Lorsqu’il s’agit d’une autoroute, les
éléments latéraux sont des parapets en béton armé. Pour la structure à l’étude dans le
présent rapport, l’épaisseur des parapets varie de 275 à 335 mm (du haut du parapet au
chasse-roue). La figure 3-3 présente une coupe typique des parapets mis en place sur les
échangeurs Dufferin- Montmorency lors de leur construction.
Figure 3-3 - Coupe type d'un parapet
3.1.3 Dalles (tabliers)
Le tablier est formé de dalles précontraintes unidirectionnelles reposant
monolithiquement sur des poutres. La précontrainte des dalles est une post-tension
intérieure dans le sens perpendiculaire aux poutres. L’espacement intérieur des poutres
est de 1169 mm. La dalle du tablier a une épaisseur de 203 mm, sauf sur la B2 où elle
23
passe de 253 mm à la portée 23N@22N à 203 mm à la portée 19N@18N. Pour la portée
diagnostiquée dans cette étude (21N@20N), l’épaisseur est de 216 mm. Le Tableau 1
résume les épaisseurs de recouvrement des barres d’armatures passives mesurées sur les
dalles prélevées des tabliers.
Tableau 1 - Épaisseur moyenne mesurée du recouvrement des rangs d’armatures supérieur et
inférieur des tabliers
Zone Rang supérieur
[mm]
Rang inférieur
[mm] B2D1 48 39 B2D2 61 38 B4D1 22 39 B4D2 39 41 B6D1 39 39 B6D2 52 42
Parapet 55
3.1.4 Poutres
Les poutres de béton précontraint ont une section de 1219 mm de largeur par
1524 mm de hauteur (incluant l’épaisseur du tablier). Elles sont précontraintes par post-
tension intérieure. Les plus grandes portées sont de 42,37 m (au dessus de l’autoroute
Charest) pour la B2, de 35,97 m pour la B4 et de 41,24 m pour la B6.
Le nombre de gaines dans chaque poutre varie d’une zone à l’autre ainsi que d’une
bretelle à l’autre. En général, on observe quatre gaines de 80 mm de diamètre intérieur
contenant chacune 19 torons de 13 mm de diamètre. Ces gaines sont remplies d’un coulis
de ciment.
3.2 Historique de l’entretien
La construction des échangeurs Dufferin-Montmorency s’est terminée en 1974.
Sur les plans de construction, la seule spécification concernant le béton mis en place à
l’époque était qu’il atteigne une résistance à la compression à 28 jours de 5000 psi. Dans
24
les années 70 et 80, il n’y avait pas de suivi exhaustif de l’entretien d’une structure. Bien
souvent, les documents étaient mis de côté après une dizaine d’années et on ne conservait
que les documents d’inspection ou de suivi d’une structure présentant des défauts
majeurs. Comme les structures qui composent l’autoroute Dufferin-Montmorency étaient
en relativement bon état, il n’y a pas de documentation sur les travaux d’entretien plus
anciens. On peut toutefois se baser sur les règles de bonne pratique de l’époque pour
connaître la fréquence de resurfaçage. Ce type d’entretien était de la responsabilité du
Ministère de la Voirie et des Travaux publics et sa fréquence était fonction du Débit
Journalier Moyen Anuel (DJMA) de la route sur laquelle il se trouve. Comme l’autoroute
Dufferin-Montmorency avait un DJMA relativement faible, il est raisonnable de penser
que le premier resurfaçage s’est effectué 10 à 12 ans après l’inauguration de cette route.
À cette époque, un resurfaçage correspondait à un ajout d’environ un pouce de bitume
compacté. Le planage de la surface de roulement avant le resurfaçage a été réalisé pour la
première fois au Québec en 1984. Au début des années 1990, on s’est intéressé à cette
technique pour soulager la charge morte que représente le pavage, qui devait être
supportée par les ponts. Cependant, étant donné l’épaisseur de la couche d’usure mesurée
à l’été 2007 (15cm), on peut supposer qu’aucun planage n’a été effectué sur cette
autoroute avant les opérations de resurfaçage.1
En 1999, une importante étude a été réalisée pour connaître l’état des tabliers de
l’échangeur Henri-Bourassa-Dufferin (Figure 3-4 - Localisation des échangeurs de
l'autoroute Dufferin avec les boulevards Charest et Henri Bourassa (Google map®). Au
cours de cette étude, une cartographie des relevés de potentiels des tabliers a été
effectuée. Un prélèvement de carottes a également permis d’effectuer des mesures de
teneurs en ions chlore. Cette étude fait l’objet de la section 3.3.
Au cours de la même année, des travaux ont été réalisés afin de déplacer les drains
ainsi que les joints de tabliers de tout le complexe de l’autoroute Montmorency. À
l’origine, les drains étaient noyés dans les chevêtres ce qui constituait un accès privilégié
pour l’infiltration d’eau dans un élément structural important. Après les travaux, les
1 Source: Jean Vandal, Direction Territoriale de Québec, Ministère des transports du Québec
25
drains avaient été déplacés à quelques pouces à côté de la face intérieure du chevêtre. De
plus, une membrane d’étanchéité a été ajoutée sur le dessus du chevêtre et autour des
nouveaux drains. De telles membranes ont été observées lors de l’inspection de 2007.
Pour ce qui est du remplacement des joints, ces travaux ont eu lieu sur les sections
comportant des poutres précontraintes par pré tension simplement appuyées. Ces sections
ne font toutefois pas l’objet de la présente étude.
3.3 Étude réalisée sur l’échangeur Henri Bourassa (1999)
La réalisation de l’autoroute Dufferin a nécessité la construction d’une série
d’échangeurs. Parmi ceux-ci, on note la présence des échangeurs avec le boulevard
Henri-Bourassa, détaillés sur la Figure 3-5 - Échangeurs Dufferin/Henri-Bourassa. Ces
échangeurs ont été construits selon un design très similaire à celui des échangeurs avec
Charest. Une évaluation de l’état d’endommagement des tabliers de ces échangeurs a été
réalisée au cours de l’automne 1999. Les travaux nécessaires à cette évaluation ont été
réalisés par les compagnies Technisol et CPI Corrosion Ltée. Parmi les travaux réalisés,
on note une cartographie des potentiels de corrosion sur les dalles de tabliers, un
prélèvement de carottes ainsi qu’une inspection visuelle, une teneur en chlorures, une
caractérisation du réseau de bulles d’air ainsi qu’une résistance à la compression. Les
sous-sections 3.3.1 et 3.3.2 présentent un résumé des résultats obtenus par le biais de
cette étude.
26
Figure 3-4 - Localisation des échangeurs de l'autoroute Dufferin avec les boulevards Charest et
Henri Bourassa (Google map®)
27
Figure 3-5 - Échangeurs Dufferin/Henri-Bourassa
3.3.1 Potentiels de corrosion
Lors des travaux d’inspection sur les échangeurs Henri-Bourrassa et Dufferin-
Montmorency, l’état de la corrosion des premières barres d’armatures des tabliers a été
évaluée à l’aide d’un relevé de potentiel de corrosion. Cette technique est expliquée à
l’annexe III du présent rapport. L’observation visuelle des cartographies de potentiel de
corrosion permettent de déceler deux tendances principales; Le bas des dévers ainsi que
les joints de dilatation sont des points où l’activité de corrosion est la plus avancée. De la
Figure 3-6à la Figure 3-9, on illustre distribution des potentiels de corrosion relevés sur
les divers viaducs de l’échangeur Henri-Bourassa. Les numéros attitrés à chacune des
bretelles correspondent aux numéros de la Figure 3-5. Un résumé des discutions et
conclusions de ces mesures se retrouvent à la sous-section 3.3.3.
28
Figure 3-6 - Cartographie du potentiel de corrosion de la structure 14170 FF
Figure 3-7 - Cartographie du potentiel de corrosion de la structure 14170 FE
29
Figure 3-8 - Cartographie du potentiel de corrosion de la structure 14170 E2
Figure 3-9 - Cartographie du potentiel de corrosion de la structure 14170 FH
30
3.3.2 Observations visuelles
Dans la section suivante, on retrouve les différentes observations réalisées au
cours de l’étude de 1999 portant sur l’échangeur Henri-Bourasa et Dufferin.
Comme on peut le voir sur la Figure 3-10, on note l’accumulation d’eau dans le
bas des dévers près des parapets.
Figure 3-10 - Accumulation d'eau dans le bas des dévers
Plusieurs des parapets observés étaient fissurés et des traces de rouille pouvaient
être observées dans les fissures (Figure 3-11 et Figure 3-12).
Figure 3-11 - Parapet dégradé 1
31
Figure 3-12 - Parapet dégradé 2
Le béton du dessous de tous les tabliers observés ne présentait pas de fissures
apparentes et semblait être dans un bon état général (Figure 3-13).
Figure 3-13 - Dessous de la dalle en béton précontraint par post-tension
3.3.3 Constats et Conclusions de l’étude
L’expertise des dalles des structures de l’échangeur entre Henri-Bourassa et
Dufferin-Montmorency a permis de constater qu’une des quatre dalles était moyennement
altérée par la corrosion des armatures alors que les trois autres dalles étaient faiblement
altérées.
Plus précisément, les zones à proximité des joints de dilatation ainsi que les bas
des dévers présentent des activités de corrosion avancée sur l’ensemble des structures
investiguées.
Le dessous de la dalle ainsi que les poutres étaient dans un bon état général.
Aucune fissure apparente n’a été relevée.
32
Concernant les dalles, le rapport recommande deux actions :
1. Réparer les zones dont l'activité de corrosion est jugée « avancée » à « très
avancée » afin de prévenir une propagation de la corrosion des aciers d'armature
vers les zones non altérées.
2. Installer un système de protection cathodique contre la corrosion des aciers
d'armature qui permettrait d'arrêter l'activité de corrosion et de prolonger
grandement la durée de vie de ces structures.
4. Interventions et prélèvements sur chantier
Lors du démantèlement des bretelles de l’autoroute Dufferin-Montmorency, le
Centre de Recherche sur les Infrastructures en Béton (CRIB) a pu bénéficier de la
collaboration des divers intervenants, particulièrement celle des gens du groupe GENEX.
Cette assistance a ainsi permis la cueillette d’échantillons et la réalisation d’essais in-situ
(inspection visuelle, lecture de l’humidité interne du béton, mesures du potentiel de
corrosion) pour permettre l’analyse détaillée de la condition des différents éléments
structuraux (parapets, dalles et poutres) de l’ouvrage. De plus, l’ouverture de fenêtres
d’exploration a été nécessaire afin de réaliser un examen de l’état des éléments de
précontrainte (câbles, coulis, gaines et ancrages) en différents endroits de l’ouvrage. La
section 4.1 décrit la nomenclature employée pour référer aux différents prélèvements. Les
sections 4.2, 4.3 et 4.4 décrivent les prélèvements réalisés sur les parapets, les tabliers et
les poutres respectivement. Les sections 4.5 et 4.6 décrivent les emplacements où ont été
réalisés les relevés d’humidité relative et les potentiels de corrosion. Finalement, la
section 4.7 résume l’échantillonnage réalisé.
4.1 Nomenclature des prélèvements
La nomenclature des différents prélèvements, lectures ou mesures s’est effectué en
suivant une logique établie au début du projet. L’identification débute toujours par le
numéro de la bretelle d’autoroute dont il est question : B2, B4 ou B6. On rappelle ici que
la bretelle B2 a été soumise à l’épandage de sel de déglaçage et que les bretelles B4 et B6
n’ont pas été exposées à l’épandage de sel déglaçant (B4 direction Nord et B6 direction
Sud).
Ensuite, l’élément structural est identifié par sa première lettre suivie d’une
numérotation. Par exemple, un parapet est identifié par PX, une dalle par DX, une
section de poutre par SX et un ancrage par AX.
Finalement, lorsque plusieurs échantillons proviennent d’un même élément, une
lettre est employée pour les différencier.
34
4.2 Parapets
Un plan initial de carottage a été établi avant le début du chantier. Aux trois zones
préalablement définies dans ce plan, l’équipe de l’Université Laval a décidé d’ajouter
deux autres zones sur la bretelle B2 afin d’obtenir une meilleure répartition des
éprouvettes. On peut voir l’emplacement de ces zones sur les figures 4-1 et 4-2. La zone
B2-P1 a été ajoutée afin d’avoir une zone d’investigation dans le haut du dévers de la B2.
Des carottes ont été prélevées dans la zone B2-P3 puisque cette zone était
particulièrement endommagée.
Le carottage des parapets a été réalisé selon un axe horizontal dans une zone située
approximativement 150 mm au dessus du chasse-roue et au moins 150 mm sous le
sommet. Ceci est illustré à la Figure 4-3. De la zone B2-P1, 10 carottes ont été extraites à
partir de la surface extérieure du parapet en raison du trafic qui circulait lors des
opérations de carottage. Treize carottes ont également été prélevées à partir de la face
intérieure du parapet dans la zone B2-P2. Certaines d’entre elles sont de pleine longueur,
c’est-à-dire qu’elles traversent le parapet sur toute sa longueur. À ces 13 carottes,
s’ajoutent 3 autres carottes supplémentaires qui ont été identifiées B2-P2+. Elles ont été
prélevées d’une zone à proximité qui laissait entrevoir d’importants défauts. De la zone
B2-P3, 3 carottes ont été prélevées.
35
Figure 4-1 - Zones de carottage des parapets sur la B2
Figure 4-2 - Zones de carottage des parapets sur la B4
36
Figure 4-3 - Zone de carottage dans le parapet
4.3 Tabliers
Dans le but d’obtenir une quantité suffisante de carottes afin de caractériser le
béton des tabliers, le prélèvement de plusieurs sections de dalle d’environ un mètre carré
a été réalisé. Ce prélèvement s’est effectué entre les deux poutres aux points bas des
bretelles investiguées à l’exception de la B2 où une des deux dalles a été prélevée entre la
deuxième et la troisième poutre de rive à partir du point bas du dévers. La méthode
utilisée était de forer quatre trous autour de la section de dalle à prélever afin d’y insérer
des câbles afin de la soutenir lors du sciage. Lorsque ces dalles ont été rapatriées aux
laboratoires de l’université, on a pu repérer les armatures et carotter entre celles-ci afin
d’obtenir des carottes exemptes d’acier. Les éprouvettes ainsi prélevées ont surtout servi
pour la campagne d’essais sur la résistance à la compression justement en raison de
l’absence de barres d’armatures. Deux carottes ont été prélevées à proximité du chasse-
37
roue, dans le bas du dévers, tel que l’illustre la figure 4-4. Les positionnements des dalles
sur les bretelles sont résumés aux figures 4-4, 4-5 et 4-6.
4.3.1 Revêtement du tablier
Une inspection sommaire a permis de constater que la couche d’usure asphaltée
avait une épaisseur d’environ 150 mm près des zones investiguées sur la bretelle B2
(salée). On a observé sous la couche d’usure un maillage de fils goudronnés. Au droit des
joints de dilatation, une membrane en caoutchouc supplémentaire a été installée, lors de
travaux de réfection, sur une largeur d’au moins deux mètres. De plus, une membrane
similaire a été retrouvée près des drains. Sur la bretelle non-salée, aucun revêtement n’a
été observé.
Figure 4-4 - Profil d'échantillonnage du tablier de la B2
4.4 Poutres et ancrages
Le prélèvement des poutres s’est effectué à l’aide de grues après avoir
préalablement scié longitudinalement, ou déchiqueté avec les mâchoires hydrauliques, les
tabliers et réduit la section des poutres aux environs des points de moment minimal.
Après avoir déposé les poutres sur le sol, le sciage d’un tronçon ciblé de 3 mètres a été
effectué, limitant ainsi le poids du tronçon à 15 tonnes. Avec l’assistance et la complicité
des gens du Centre de services de Québec du MTQ (rue Pierre Bertrand, Québec) les
tronçons prélevées y ont été entreposées. Au total, huit tronçons ont été prélevés dont
quatre sur la B2 et quatre sur la B4. Dans les deux cas, les tronçons ont été prélevés à
deux ancrages, à un point haut (zone de moment négatif) et à un point bas (zone de
moment positif). Les figures 4-5 et 4-6 montrent la localisation et l’identification de ces
prélèvements.
38
Figure 4-5 - Localisation des prélèvements de poutres sur la B2
Figure 4-6 - Localisation des prélèvements de poutres et de dalles sur la B4
4.5 Relevés d’humidité relative
Les mesures d’humidité relative ont été réalisées aux endroits où les gaines de
précontraintes étaient accessibles de la surface, soit dans les zones de moments positif et
négatif maximal. Les mesures sur les zones de moments négatifs (dessus du tablier) ont
été effectuées une fois la couche d’usure asphaltée retirée. L’objectif de ces mesures est
d’obtenir le gradient d’humidité qui réside entre l’intérieur et l’extérieur des gaines. De
plus, un profil vertical d’humidité relative a été réalisé sur le côté d’une poutre sur la
bretelle B2. Le résumé des points de mesure est montré à la Figure 4-7 ainsi qu’à la
Figure 4-8. La méthodologie employée est décrite à l’annexe III de ce rapport.
39
Figure 4-7 - Localisation des relevés d'humidité sur la bretelle B2
Figure 4-8 - Localisation des relevés d'humidité sur la coupe de la bretelle B2
4.6 Potentiel de corrosion
Le relevé du potentiel de corrosion (aussi appelé potentiel de demi-pile) du premier
rang d’armature du tablier a été effectué sur les bretelles B4 et B2. Tout comme les
relevés d’humidité en zone de moments négatifs, les relevés de potentiels doivent
s’effectuer une fois le revêtement bitumineux retiré. En raison des contraintes reliées au
maintien de la circulation, les mesures ont été concentrées sur la moitié inférieure (par
rapport au dévers) du tablier. Une méthodologie détaillée est présentée à l’annexe III de
ce rapport.
B2-F1 et B2-F2
B2-F3-2 B2-F3-3
B2-R1
40
4.7 Résumé de l’échantillonnage
Les figures 4-9 et 4-10 situent géographiquement les différents prélèvements et
essais in-situ sur les bretelles B4 et B2. La légende du Tableau 2 informe quant à la
signification du code de couleurs dans ces figures. Le Tableau 3 résume le nombre
d’éprouvettes prélevées à chacune des zones de prélèvement. Les relevés d’humidité
relative ont été présentés à la Figure 4-7.
Tableau 2- Code de couleur pour l’identification des prélèvements
Potentiel de corrosion
Fenêtre d’exploration
Carottage
Poutres et dalles
Figure 4-9 - Résumé des interventions sur la B4
41
Figure 4-10 - Résumé des interventions sur la B2
Tableau 3 - Résumé des prélèvements
Zone de prélèvement Axe 1 Axe 2 Carottes Dalles RH Fenêtre
B2-P1 21S 12 B2-P2 20N 15
B2-P2+ 20N 21N 3
B2-F1 20N 11 5 1
B2-F2 21N 8 5 1
B2-F3 20N 21N 12 1
B2-D 20N 21N 4 2
B2-A 23N 8
B4-P1 8
B4-P2 16
B4-F1 8 1
B4-F2 2 1
B4-D B13 C13 6 2
B6-D 2
B2-Profil humidité 7
5. Observations sur les éléments de précontrainte
La structure à l’étude dans le présent rapport est un pont à travées multiples
continues sur 4 portées. Le profil des câbles n’est pas connu avec précision mais il s’agit
d’un profil parabolique où le câble moyen se situe près de la surface du tablier aux droits
des chevêtres (points hauts) et près des semelles des poutres aux endroits où le moment
positif est maximal (points bas). Les gaines utilisées sont métalliques. Le procédé utilisé
pour la mise en tension des câbles ainsi que la société qui a effectué la mise en tension ne
sont pas connus.
Dans cette section sont résumées toutes les observations visuelles faites sur chantier
et en laboratoire concernant les coulis d’injection, les torons et les gaines de
précontrainte. Afin de structurer ces informations, elles ont été regroupées selon leur
provenance. Ainsi, les sections 5.2 et 5.3 traiteront des observations faites respectivement
dans les points hauts et les points bas des câbles de précontrainte. La section 5.4 traitera
des ancrages alors que les observations faites sur les échantillons de coulis prélevés et
rapatriés aux laboratoires seront résumées dans la section 5.5. Tout d’abord, la section 5.1
dresse le portrait des types de défauts pouvant contribuer à la détérioration d’une telle
structure
5.1 Types de défauts
L’intégrité structurale d’un tablier de pont en béton précontraint par post-tension
repose en grande partie sur la protection des câbles de précontrainte. La principale cause
de détérioration des câbles est l’infiltration d’eau. Il est donc primordial, pour ce type de
structure, de connaître les points faibles par où l’eau peut s’introduire. La Figure 5-1
jumelée au tableau Tableau 4 récapitule l’ensemble des problèmes pouvant survenir dans
un ouvrage en béton précontraint.
43
Figure 5-1 - Risques potentiels de détérioration dans une structure en béton précontraint par post-
tension(Fuzier, Ganz et al. 2005)
Tableau 4 - Liste des défauts pouvant être rencontrés dans une poutre caisson de pont en béton
précontraint
Éléments non structuraux Corrosion du système de protection
1. Couche d’usure défectueuse.
2. Membrane imperméable
défectueuse ou manquante.
3. Canalisation et prises d’eau
défectueuses.
4. Mauvais placement des prises
d’eau.
5. Fuite des joints d’expansion.
6. Fissuration ou fuites des joints de
l’ouvrage
7. Inserts (pour les câbles électriques)
8. Recouvrement de béton défectueux.
9. Entrées et sorties des ouvertures de
mise en place du coulis de ciment
partiellement ou totalement
ouvertes.
10. Fuite et endommagement des
gaines métalliques mécaniquement
ou par corrosion.
11. Poches de béton fissuré et poreux.
12. Vides de coulis de ciment aux
points hauts et bas des gaines.
44
5.2 Points hauts
Les points hauts d’une poutre en béton précontraint sont les zones où les câbles se
retrouvent près de la surface supérieure. Ils sont ainsi placés pour reprendre l’effort de
traction engendré par le moment de flexion négatif maximal. On peut donc s’attendre à
les trouver directement au dessus des chevêtres. Le repérage des gaines en point haut
s’est fait en localisant les évents à la surface de la dalle. Ces évents ont servi, lors de
l’injection, à l’évacuation de l’air emprisonné dans les gaines métalliques. Ils
informaient, par le fait même, de la progression de l’injection du coulis le long de la
gaine et du remplissage de celle-ci lorsque le coulis s’en échappait.
En tout, trois fenêtres d’explorations ont été ouvertes sur des points hauts. Deux
des trois fenêtres ont été ouvertes sur la même poutre (deux points hauts consécutifs). De
plus, deux poutres de point haut ont été prélevées. Considérant cinq gaines par poutre, un
total de vingt gaines de point haut ont été observées.
Une des premières observations réalisées sur le site est que parmi toutes les
fenêtres d’exploration, environ deux évents sur trois n’étaient pas comblés de coulis, ce
qui signifie que les gaines n’étaient pas pleinement injectées au droit de ces évents.
Ces vides peuvent être la conséquence d’une injection inadéquate comme c’est le
cas sur la Figure 5-2, où l’on peut voir les torons non-enrobés, mais ils peuvent
également être le résultat de l’espace laissé vacant par l’évaporation (ou réabsorption) de
l’eau de ressuage. Le ressuage est une manifestation de la perte d’homogénéité du coulis
de ciment frais. Les grains de ciment ont alors un mouvement d’ensemble vers le bas. Ce
mouvement force l’eau intergranulaire à percoler vers le haut tout en entraînant
éventuellement les particules les plus fines. Cette laitance pourra par la suite sédimenter à
son tour à la surface du coulis. Le ressuage peut être causé par une spécification
inadéquate du coulis et accentué par des portions de câble qui s’approchent de la
verticale. Ces segments causent des gradients de pression intenses sur le coulis et
entrainent l’eau à s’en séparer. L’espace inter-fils dans les torons est de dimension idéale
pour laisser l’eau circuler tout en empêchant le coulis d’y pénétrer. Ainsi, l’eau de
ressuage se retrouve plus facilement dans les points hauts, créant ainsi des vides. Sur la
45
Figure 5-3, on voit sur la partie supérieure du coulis en contact avec le vide un dépôt
poussiéreux blanchâtre qui provient probablement de l’évaporation (et de la réabsorption)
de l’eau de ressuage. Il y a sans doute une partie de l’eau de ressuage qui a été absorbé
par le coulis lors du murissement. Ces vides peuvent être la conséquence d’une injection
inadéquate comme c’est le cas sur la Figure 5-2, où l’on peut voir les torons non-enrobés,
mais ils peuvent également être le résultat de l’espace laissé vacant par l’évaporation (ou
reabsorption) de l’eau de ressuage.
L’impact de tels défauts sur le comportement structural peut varier. Si l’on
considère l’absence totale de coulis, tel qu’observé à la Figure 5-2, on doit s’inquiéter du
comportement de cette gaine. Le constat de l’absence de coulis dans cette gaine a été fait
en quatre points soit les fenêtres d’exploration B2-F1, 2 et 3 ainsi qu’à l’ancrage B2-A.
Effectivement, la protection contre la corrosion normalement offerte par le coulis est
absente, ce qui peut considérablement accélérer l’initiation de la corrosion des torons. De
plus, en post-tension, le coulis assure un cisaillement longitudinal qui transmet l’effort du
câble au béton et vice-versa. En absence de coulis, la majorité de l’effort de précontrainte
est repris aux ancrages (diaphragmes et déviateurs) alors qu’une partie est reprise par
frottement entre le câble et la gaine. L’absence de coulis signifie qu’en cas de rupture de
torons ou câbles, il ne peut y avoir reprise de l’effort de précontrainte par frottement entre
les torons et le coulis.
Toutefois puisque cette absence de coulis de béton ne semble pas être généralisée,
il est probable que les gaines voisines à la gaine déficiente pourraient assurer, en cas de
rupture partielle ou totale des torons de la gaine déficiente, une reprise totale ou partielle
des efforts en question. En effet, la précontrainte est assurer dans les poutres par un
ensemble de câbles (variant entre 4 et 6) ayant des profils similaires assurant ainsi une
répartition de l’effort de précontrainte homogène sur la section de béton de même qu’une
redondance appropriée.
Dans le cas des vides de ressuage, leur impact structural est moins important. En
fait, il est presque nul si les torons demeurent malgré tout complètement enrobés de
coulis. Comme ces vides sont situés dans les points hauts des câbles et que, dans ces
46
zones, les torons sont excentrés vers le bas de la gaine (Figure 5-4 et Figure 5-5), plus
souvent qu’autrement, les torons ne sont pas exposés aux vides de ressuage. Ces sites
sont, par contre, favorables à l’initiation de la corrosion À cet égard, la Figure 38 montre
une corrosion présente sur la surface intérieure de la gaine métallique de même qu’à la
surface du coulis pour une zone caractérisée par un vide partiel de coulis.
On a également remarqué de fines traces de produits de corrosion à l’interface
torons-coulis (Figure 5-6). Toutefois, rien ne permet de conclure si ces produits de
corrosion étaient déjà présents lors de l’injection des gaines.
5.3 Points bas
Sur une poutre en béton précontraint, le point bas est l’endroit où le câble moyen
est situé près de la surface inférieure afin de reprendre l’effort de traction engendré par le
moment de flexion positif maximal. Ces zones sont situées environ à mi-portée pour les
travées intérieures continues alors qu’elles sont excentrées pour les travées d’extrémité.
Il faut ici mentionner que la plupart des photos présentées dans cette sous-section
ont été prises sur le point bas de la bretelle B2 et que, préalablement à l’ouverture de cette
fenêtre, deux fenêtres en point haut ont été ouvertes et inondées par une pluie abondante.
L’eau s’est ainsi infiltrée par la gaine et a percolée du point haut vers le point bas. On a
ainsi pu observer que quelques-unes des gaines conduisaient très bien l’eau. On remarque
sur la Figure 5-7 une auréole d’humidité, principalement autour des torons. Lorsqu’on
observe de plus près, on remarque que les espaces inter-fils ne sont pas comblés de
coulis. Ces petits trous agissent comme des canaux qui permettent à l’eau de migrer
rapidement vers les points bas.
Sur la Figure 5-8, on observe la gaine non-remplie, également montrée à la Figure
5-5 en point haut. On y observe une corrosion superficielle généralisée des torons dont la
couleur est accentuée par l’écoulement d’eau provenant du point haut.
Au droit de certaines gaines, comme sur la Figure 5-9, on a pu observer un
lessivage du béton sous la poutre. Ceci confirme que les gaines métalliques ne sont pas
étanches (hermétiques) et que l’eau s’y étant infiltrée a ainsi pu percoler des gaines
47
métalliques et lessiver le béton en s’évacuant par les fissures longitudinales présentent
sous la poutre. De tels signes n’ont pas été observés avant l’ouverture du point haut qui a
permis à l’eau de s’infiltrer directement dans les gaines.
Des produits de corrosion à l’interface gaine-coulis Figure 5-10 ont été observés
alors que ce n’était pas le cas en point haut. Cette corrosion peut avoir été causée par
l’humidité accrue en point bas des gaines ou alors, elle pourrait avoir été formée sur la
gaine avant l’injection de celle-ci.
Des produits de corrosion ont également été observés à l’interface torons-coulis.
Ce sont de légères traces qui peuvent avoir été formées avant l’injection.
5.4 Ancrages
Les ancrages des câbles de précontraintes sont souvent situés à l’extrémité des
poutres, noyés dans un béton d’enrobage. Il arrive qu’il y ai des ancrages intermédiaires,
souvent situés dans une transition entre un point haut et un point bas.
L’ouverture de l’ancrage s’est effectuée à proximité du parapet B2P3 sur la bretelle
B2, comme on peut le voir sur la Figure 4-1. Le remblai sous l’approche du viaduc a
d’abord due être excavé Figure 5-11. À l’aide d’un marteau piqueur, le béton de
recouvrement a été retiré pour exhiber les ancrages. La première constatation faite est
qu’il n’y avait aucun capot pour protéger l’extrémité des torons. Ce constat s’est réitéré
lors de toutes les observations d’ancrages soit sur les segments de poutres prélevés sur la
B2 et sur la B4. De plus, l’ouverture du point haut a permis à l’eau de pluie de
s’introduire dans la gaine et de percoler jusqu’à l’ancrage, tel qu’observé à la Figure
5-12. Seul la gaine non-injectée était suffisamment perméable pour laisser l’eau s’écouler
jusqu’à l’ancrage.
5.5 Observations sur les échantillons de coulis
Les échantillons de coulis ont été prélevés directement à partir des gaines lors de
l’ouverture des fenêtres d’exploration. Certains fragments ont été prélevés à partir des
segments de poutre rapatriés au centre des services. Sur la Figure 5-13, présente un
48
fragment de coulis situé en un point haut à l’interface d’un vide de ressuage. On y
observe des dépôts blanchâtres lâches provenant sans doute de l’évaporation (absorption)
de l’eau de ressuage. Toujours en point haut, la Figure 5-14 et la Figure 5-15, montrent
clairement un changement de couleur et de texture du coulis qui est sans doute le résultat
de coulées successives. Ce changement de couleur ainsi que la ligne de démarcation
propose une inconstance dans le rapport eau-ciment des différentes injections de coulis.
Toujours sur les mêmes photos, on remarque des traces de corrosion à l’interface torons-
coulis. Certaines traces étaient plus profondes que d’autres, comme on peut le constater
sur une vue agrandie d’une de ces taches à la Figure 5-16. Surtout sur les coulis de points
bas, on a observé plusieurs taches de corrosion à l’interface gaine-coulis (Figure 5-17 et
Figure 5-18). Ce type de corrosion était beaucoup moins fréquent sur les coulis de points
hauts. Sur la Figure 5-19, on observe que la trace de corrosion sur la gaine est restreinte à
l’espace occupé par le vide alors que sur la Figure 5-13, on voit le la paroi de
l’échantillon de coulis qui était en contact avec la gaine ne présente pas de trace de
produit de corrosion. Cette différence est probablement causée par l’accumulation d’eau
au point bas, avant l’injection de coulis, qui aurait initié la corrosion.
49
Figure 5-2 – B2F1 - Gaine de point haut non-remplie
Figure 5-3 – B2F1 - Vide de point haut
Figure 5-4 – B4F - Gaine de point haut bien remplie
Figure 5-5 – B4S3 - Gaine bien remplie de point haut,
dans une courbe
50
Figure 5-6 – B2-F3 - Gaine bien remplie, coulis retiré
Figure 5-7 – B2F3 - Vue en tranche d'une gaine de point
bas
Figure 5-8 – B2F3 - Ouverture d'une gaine sans coulis
Figure 5-9 – B2F3 - Lessivage sous une gaine suite à une
ouverture en point haut
51
Figure 5-10 – B2F3 - Gaine bien remplie avec taches de
corrosion à l'interface gaine-coulis
Figure 5-11 – B2A - Localisation de l'ancrage sur la B2#1
Figure 5-12 – B2-A - Extrémité suintante d'un ancrage
Figure 5-13 – B2F1 – Échantillon de coulis adjacent à un
vide d'un point haut
52
Figure 5-14 – B2F1 - Changement de couleur dans le
coulis
Figure 5-15 – B2F1 - Changement de couleur et tâches de
corrosion dans le coulis
Figure 5-16 - Dépôt localisé de produits de corrosion à
l'interface torons/coulis
Figure 5-17 - Dépôt de corrosion à l'interface gaine/coulis
53
Figure 5-18 - Dépôt de produits de corrosion à l'interface
gaine/coulis
Figure 5-19 – B2F1 - Corrosion dans les vides de points
hauts
54
6. Résultats de la caractérisation
Dans ce chapitre sont présentés les différents résultats des essais réalisés pour la
caractérisation du béton et du coulis. À la section 6.1, on présente les relevés d’humidité
prélevés sur les tabliers et les poutres de la structure. À la section suivante sont présentées
les cartographies des potentiels de corrosion réalisés sur les tabliers. Dans les sections 6.3
à 6.6, on présente les essais réalisés en laboratoire soit la teneur en chlorures, la résistance
à la compression, la perméabilité aux ions chlorures et la porosité respectivement.
6.1 Relevé d’humidité
Lors de la réalisation des relevés d’humidité, on doit préalablement installer dans
le béton un tube munis d’un bouchon et accorder une période de 24h pour que l’humidité
à l’intérieure du tube s’équilibre avec le béton, comme on l’explique à l’annexe III de ce
rapport. Selon les archives du site web de Météomédia, il est tombé 41.8 mm de pluie sur
l’aéroport de Québec dans la nuit du 26 au 27 juin 2007. La présence d’eau était bien
visible sur la travée de la bretelle B2 et a même rempli quelques-unes des cavités
entourant les tubes mis en place la veille. Ceci a probablement eu un impact sur les
valeurs élevées de teneur en humidité, obtenues le 27 juin 2007 soit les mesures prisent
sur le dessus du tablier de la B2.
La section 4.4 du présent mémoire décrit la localisation des différents relevés
d’humidité effectués. La Figure 6-1 et la Figure 6-2 montrent les humidités relatives
prélevées sur le dessus du tablier de la B2 aux points hauts au niveau des axes 20 et 21
respectivement. La Figure 6-3 montre quant à elle les humidités relatives mesurées au
point bas entre les axes 20 et 21 soit directement au dessus du boulevard Charest alors
que la Figure 6-4 présente les humidités enregistrés sur la B6. Les valeurs présentées en
caractères gras présentent l’humidité relative à l’intérieure d’une gaine par contraste avec
l’humidité relative du béton environnant. Les résultats marqués d’un X indiquent que les
trous servant à la mesure étaient remplis d’eau avant la prise de cette mesure. Cependant,
d’autres mesures prises sur la bretelle B6, alors que la météo était plus clémente
présentent également des valeurs élevées (au-delà de 90% dans le béton et entre 80 et
55
90% dans les gaines) qui sont supérieures dans les points hauts par rapport aux points
bas.(Conciatori 2005)
Le profil illustré à la Figure 6-5 a été obtenu le 25 août 2007 et a été réalisé sous
la bretelle B2 dans une zone surplombant un stationnement. L’examen de ce profil
montre une discontinuité entre les valeurs 3 et 4. Cette discontinuité est due à un
changement de disposition des tubes dans la poutre. Effectivement, les premiers points,
près de la surface, ont été obtenus en plaçant les tubes à la verticale sous la poutre (points
1 à 3) alors que les points subséquents (4 à 7) ont été obtenus en plaçant les tubes à
l’horizontal sur le côté de la poutre (voir figure 6-6).
Figure 6-1 - Pourcentage d'humidité sur l'axe 20 de la B2
Figure 6-2 - Mesures d'humidité relative sur l'axe 21 de la B2
56
Figure 6-3 - Mesures d'humidité relative aux points bas entre les axes 20 et 21 de la B2
Figure 6-4 - Mesures d'humidité relative sur la bretelle B6
57
Figure 6-5 - Profil d'humidité relative dans une poutre
Figure 6-6 - Positionnement des points de mesure pour le profil en humidité sous la B2
58
6.2 Potentiel de corrosion
Le relevé de potentiel de corrosion permet de dresser un portrait géométrique de
l’activité de corrosion sur un réseau d’armatures connectées électriquement.
L’explication de la méthode employée est décrite à l’annexe III de ce rapport. Afin de
simplifier la lecture des résultats, on propose une codification de couleur selon la
probabilité d’activité de corrosion à la surface de la barre d’armature. Cette codification
est présentée au Tableau 5. Entre chaque point de mesure (nœud des quadrillages), on
effectue une interpolation linéaire. Les résultats obtenus sur la bretelle salée B2 sont
portés en graphiques à la Figure 6-7 alors que ceux obtenus pour la bretelle non-salée
sont illustrés à la Figure 6-8. Dans les deux cas, on observe une activité de corrosion
localisée dans le bas du dévers, soit près du parapet intérieur de la courbe. La zone
d’activité de corrosion intermédiaire, ou incertaine, est plus étendue sur la B2 (Figure
6-7) que sur la B4 (Figure 6-8).
Tableau 5 - Légende des couleurs, potentiels de corrosion (Broomfield 1994)
Si le potentiel est plus haut que -200 mV par rapport à l’électrode de Cu/CuSO4, il y a une
probabilité de plus de 90% qu’il n’y ait aucune activité de corrosion dans la zone de la
barre d’armature.
Si le potentiel se situe entre -200 et -350 mV toujours par rapport à la même électrode, la
présence de corrosion active dans la zone de la barre d’armature est incertaine.
Si le potentiel est inférieur à -350 mV par la rapport à l’électrode de référence, il y a une
probabilité de plus de 90% qu’il y ait corrosion dans la zone de la barre d’armature.
59
Figure 6-7 - Zones de relevés sur la bretelle salée (B2)
Figure 6-8 - Zones de relevés sur la bretelle non-salée (B4)
60
6.3 Teneur en chlorures
La figure de la page suivante présente les profils en chlorures dans les parapets de
la bretelle B2 au niveau de la pile de l’axe 21. Tel que montré, les mesures ont été
réalisées près des surfaces intérieures ou extérieures des parapets. Il n’y a pas eu de
mesures au cœur des parapets. Cette situation explique le trait rectiligne liant les profils
près des surfaces des parapets. Il peut être noté que l’épaisseur des parapets au niveau des
profils est de 310mm.
À la Figure 6-9, on montre les profils obtenus dans les parapets de la B2 entre les
Axes 20 et 21. Il est bien de noter un léger dévers de gauche à droite. À la Figure 6-10,
on montre les concentrations en chlorure dans le tablier en bas du dévers au même
endroit que les profils présentés à la Figure 6-9.
Au Tableau 6 et au Tableau 7, on distingue la concentration en ions chlorures au
droit des armatures de la concentration maximale évaluée ainsi que la localisation de
cette concentration maximale (profondeur) dans la pièce. Dans la documentation
technique, on considère généralement que la réaction de corrosion des armatures est
initiée lorsque la contamination en chlorures du béton atteint une concentration critique
correspondant à un rapport (exprimé en pourcentage) entre la masse de chlorures à un
point donné et la masse de béton sec. Dans cette analyse, une concentration critique était
égale à 0,05 % a été considérée. Cette valeur correspond à celle recommandée par le
Federal Highway Administration (FHWA) des États-Unis. Dans le Manuel d’entretien
des structures, le MTQ recommande d’utiliser un seuil légèrement plus bas (c’est-à-dire
0,03 %).
Le Tableau 8 présente les concentrations en chlorures observées dans les
prélèvements de coulis remplissant les gaines de post-tension. Les échantillons B2-F1-
G5-A et B présentaient des profils de couleurs passant du blanc au gris. Un profil de
mesures a donc été réalisé du blanc au gris (1 à 3).
61
Figure 6-9 - Teneur en chlorure des parapets de la bretelle salée (B2)
Figure 6-10 - Teneur en chlorures en surface du tablier de la bretelle B2
62
Tableau 6 –Concentration en chlorures dans les parapets, exprimées en % par masse de béton
Zone [Cl-] aux
armatures [Cl-]max
Profondeur de [Cl-]max (en mm)
B2-P1-Dint 0,03 0,13 22 B2-P1-Dext 0,04 0,13 10 B2-P2-Dint 0,19 0,25 14 B2-P2-Dext 0,10 0,27 15
B4-P1 Bint 0,01 0,03 7 B4-P2 Kint 0,06 0,11 20 B4-P2 Kext 0,09 0,23 40
Tableau 7 - Concentrations en chlorures dans les tabliers, exprimées en % par masse de béton
Zone [Cl-] aux armatures
[Cl-]max Profondeur de [Cl-]max (en mm)
B2-F1-J 0,01 0,02 2 B2-F2 D 0,02 0,02 2
B2-F3 A6 0,06 0,06 55 B2D A1 0,04 0,14 2 B2D B2 0,03 0,03 70 B4-F1 A 0,01 0,01 5 B4-F2 A 0,01 0,02 2
Tableau 8 - Teneur en chlorures des échantillons de coulis
COULIS Concentration de chlorure
B2-F1-G5-A-1 0.014 2 0.013 3 0.011
B2-F1-G5-B-1 0.009 2 0.010 3 0.008
B2-F1-G3-A 0.010 B2-F3-A 0.013 B2-F2-1 0.013 B2-F2-2 0.007 B4-F2-G1-A 0.009 (A)
exprimée en % par masse de béton
63
6.4 Résistance à la compression
La résistance à la compression du béton à longtemps été la seule propriété qui
définissait la qualité d’un béton Aujourd’hui, même si la technologie des matériaux a
bien évoluée, il n’en reste pas moins que la résistance à la compression reste une donnée
importante pour avoir une idée de la qualité du béton.
Pour le complexe Dufferin-Montmorency, la seule spécification pour le béton à
mettre en place était de 34.5 MPa (5000 psi). Les données présentées au Tableau 9 ont été
obtenues à partir de carottes prélevées sur le chantier. Ces carottes n’avaient pas toujours
le rapport hauteur/diamètre recommandé et les corrections spécifiées dans la norme
C39/C39M – 05 ont du être apportées.
Tableau 9 - Résumé des essais de résistance à la compression
Zone Nb d'essais
Moyenne écart-type
MPa MPa
B4-P1 3 34 7,3 B4-P2 2 33 2,2 B4-D 13 45 9,3
B2-P1 3 38 2,5
B2-P2 3 38 3,0 B6-D 15 52 8,8
6.5 RCPT (Rapid Chlorides Permeability Test) Cet essai a été réalisé selon la norme ASTM-C1202. Comme on peut le constater,
tous les résultats sont compris entre 2100 et 3500 Coulombs. Le résultat de cet essai est
un indicateur de la capacité du béton saturé à résister au transport d’espèces ioniques
(comme les chlorures). Selon la norme ASTM C 1202, la résistance à la pénétration d’un
béton fabriqué avec un ciment portland sans inhibiteur de corrosion est considérée
comme modérée si la charge cumulée est comprise entre 2000 et 4000 Coulombs. La
version actuelle de la norme canadienne A23.1 stipule qu’un béton exposé à des cycles de
gel-dégel doit avoir une « perméabilité aux ions chlore » inférieure à 1500 Coulombs
après 56 jours de cure humide. Les résultats sont présentés au Tableau 10.
64
Tableau 10 Résumé des essais de RCPT
Zone Charge passée
Coulombs
B4-P1 3000 B4-P2 3245 B4-D 3437 B4-F1 2689 B4-F2 2119 B2-P1 3496 B2-P2 2857 B2-F1 3454 B2-F3 2669
6.6 Porosité
Les résultats de l’essai ASTM C 642 sont résumés au Tableau 11. Cet essai
permet de mesurer le volume total des pores dits perméables (ou porosité) d’une
éprouvette de béton. L’essai génère ainsi de l’information sur la qualité générale du
mélange de béton testé. L’absorption est un autre indicateur du volume poreux total. Elle
correspond à la masse totale d’eau pouvant être absorbée par le béton exprimée en
pourcentage de la masse totale du matériau sec. Selon le Manuel d’entretien des
structures, un béton dont l’absorption est inférieure à 6,5 % est considéré comme étant de
qualité acceptable. Comme on peut le voir au tableau 10, les valeurs mesurées sont pour
la plupart supérieures à cette limite. Des résultats plus détaillés sont présentés aux
tableaux 12, 13 et 14.
65
Tableau 11 Résumé des essais d’absorption
Zone Absorption (%)
mH20/mbéton
B2-F1 6.7 B2-F2 5.4 B2-P1 7.2 B2-P2 6.8 B4-F1 7.4 B4-F2 6.6
B4-D2 7.7
B4-P1 6.7 B4-P2 6.9 B2-F3 5.6
Tableau 12 – Porosité des bétons de parapets
Bretelle Zone Porosité (%)
B2 Haut
F1 14.8 13.8
13.5
14.5
F2 12.3
Bas F3 12.7
B4 Haut
D2 16.6 16.4
15.6 F1 16.1
Bas F2 14.5
Tableau 13 – Porosité des bétons de tabliers/poutres
Bretelle Zone Porosité (%)
B2 P1 15.9
15.5
15.3 P2 15.0
B4 P1 14.9
15.1 P2 15.3
Tableau 14 - Porosité du béton à l'ancrage des câbles de précontrainte
Bretelle Zone Porosité
(%)
B2 A 13.0
7. Méthodologie – Détermination des conditions
d’exposition d’une structure à partir de l’avancement
de sa contamination aux chlorures
Afin de prédire la durée de vie utile résiduelle d’une structure existante, la
détermination des conditions d’exposition auxquelles elle a été et sera exposée est
essentielle. Pour atteindre cet objectif, le présent chapitre propose une méthodologie
basée sur l’utilisation du logiciel STADIUM®. Tout d’abord, la section 7.1 rappelle les
différentes particularités de la structure. Ensuite, une explication plus détaillée de la
méthodologie employée est présentée à la section 7.2. Par la suite, la section 7.3 présente
la caractérisation des propriétés de transport. La section 7.4 présente quant à elle la
discrétisation des conditions d’exposition des parapets et des tabliers. Finalement, les
résultats de la modélisation sont présentés à la section 7.5.
7.1 Particularités de la structure
Cette structure est un échangeur qui comporte plusieurs structures continues à
poutres en T en béton, précontraintes à l’aide de la post-tension. La dalle est
précontrainte par post-tension tandis que les parapets sont en béton armé. On constate
qu’il y a deux bétons distincts pour ces éléments structuraux; un béton utilisé pour les
poutres et la dalle (~45MPa) et un autre pour les parapets (~30MPa). On attend donc à ce
que les propriétés de transports diffèrent entre les deux bétons. À la section 7.3 qui porte
sur la caractérisation du béton, on considère donc deux bétons distincts.
Cette structure est particulière puisque certaines des bretelles n’ont jamais été
mises en service. Conséquemment, il n’y a pas eu d’épandage direct de sel déglaçant sur
ces bretelles. On rappelle ici que lors du démantèlement des bretelles, deux d’entre elles
ont été plus sérieusement étudiées; la bretelle B2 qui a été en service et ainsi soumise
aux sels déglaçant et à la circulation routière et, la bretelle B4 qui n’a jamais été en
service (Figure 7-1).
67
Figure 7-1 - Plan de réaménagement sommaire des échangeurs
7.2 Méthodologie - Modélisation avec STADIUM®
L’utilisation du logiciel STADIUM® permet la modélisation de la pénétration des
ions chlorures et l’évolution des désordres chimiques d’un béton exposé à un
environnement hostile. Ceci permet d’avoir une estimation précise du temps nécessaire
avant que les chlorures atteignent en concentration suffisante les barres d’armatures pour
les dépassiver et initier la corrosion. On considère, pour une barre d’armature standard, que
le temps nécessaire pour propager la corrosion et rendre la structure inopérante est
d’environ 10ans. On peut ainsi prédire la durée de vie résiduelle d’une structure basée sur la
corrosion des barres d’armatures comme mode de rupture.
Pour effectuer une telle modélisation, il est nécessaire de paramétriser les facteurs
influents comme il est schématisé à la Figure 7-2. Principalement, il y a trois groupes de
paramètres à déterminer. Tout d’abord, il est nécessaire de caractériser les propriétés de
transport du béton. Ensuite, il est nécessaire de discrétiser les conditions d’expositions de
l’élément structural. Finalement, la composition chimique du ciment utilisé doit être
fournie. En plus de ces paramètres, une description de la géométrie de l’élément structural
qui comprend les principales dimensions ainsi que la profondeur des armatures doit être
faite.
7.3 Caractérisation des propriétés de transport du béton
L’hétérogénéité du béton confère à ses différentes propriétés une variabilité
intrinsèque supérieure à celles des autres matériaux de construction dits homogènes,
comme l’acier. De plus, la variabilité du béton est accentuée par les différentes conditions
de mise en place du matériau frais. Cette variabilité affecte aléatoirement la durabilité des
différents éléments structuraux. Afin de considérer cette particularité, on défini la
performance minimale, moyenne et maximale du béton à résister aux intempéries. Agissant
ainsi, on obtiendra lors de la simulation une enveloppe qui englobe les scénarios pessimiste
et optimiste dégradation de la structure.
69
Figure 7-2 - Données d'entrée à fournir à STADIUM®
Étant donné que la structure a été réalisée avec deux bétons distincts, la
caractérisation des propriétés de transport est effectuée séparément pour le béton armé et le
béton précontraint.
La caractérisation des propriétés de transport s’effectue donc par la réalisation
d’essais et d’analyses numériques. La porosité, la tortuosité et la perméabilité du béton sont
ainsi définis.
7.3.1 Porosité – ASTM C642
La porosité du béton est déterminée avec l’essai standardisé ASTM C642 qui
nécessite trois échantillons qu’on immerge dans l’eau pour les saturer. La porosité est
donnée par l’équation 1.
70
(1)
Où φ est la porosité de l’échantillon en pourcentage volumique de vides accessibles à l’eau,
C est la masse de l’échantillon saturée surface sèche après saturation et ébullition, A est la
masse de l’échantillon étuvé et D est la masse apparente de l’échantillon dans l’eau après
immersion et ébullition.
Les résultats de porosité présentés ci après sont des moyennes obtenues et
présentées aue six. Un sommaire est présenté au Tableau 15 pour les bétons de
tabliers/poutres et au Tableau 16 pour les bétons de parapets. À titre de comparaison, on
présente au Tableau 17 les coefficients de diffusion ionique obtenus pour les bétons de
référence dans la base de données du logiciel STADIUM®. Ces bétons ont été faits avec un
ciment type 10.
Tableau 15 - Porosité des bétons de tabliers/poutres
Performance Porosité (%) Minimale 15.6 Maximale 13.5
Tableau 16 - Porosité des bétons de parapets
Performance Porosité (%) Minimale 15.5 Moyenne 15.5 Maximale 15.5
Tableau 17 – Porosité des bétons de la base de données STADIUM®
Rapport E/C Porosité (%) 0.35 9.4 0.45 11.6
7.3.2 STADIUM® IDC
- Coefficient de diffusion ionique (Tortuosité)
Le logiciel STADIUM® IDC
permet d’obtenir le coefficient de diffusion ionique à partir
de l’évolution du courant mesuré au cours d’un essai de migration. L’essai de migration
71
consiste à isoler un échantillon de béton, préalablement saturé de NaOH, entre deux
enceintes (voir Figure 7-3). L’enceinte en amont de l’échantillon contient une solution de
300 mmol/L de NaOH et de 500 mmol/L de NaCl alors que celle en aval contient
uniquement les 300 mmol/L de NaOH. On obtient ainsi un gradient de concentration qui,
jumelé à un courant électrique de 20 volts appliqué entre les deux bassins, provoquera une
migration des chlorures à partir du bassin amont vers le bassin aval.
La partie descendante de la courbe de courant (Figure 7-4) est surtout fonction de la
solution interstitielle initiale. La partie montante est plutôt fonction de la tortuosité du
réseau poreux de la matrice cimentaire. C’est de cette deuxième portion du graphique que
le modèle numérique extrait le coefficient de diffusion ionique de manière itérative.
Le coefficient de diffusion ionique ( ) dans le matériau est donné par l’équation
suivante :
(2)
Où est le coefficient de diffusion dans l’eau déionisée, est la tortuosité, paramètre
adimensionnel qui défini la complexité du réseau poreux que doivent traverser les espèces
ioniques pour migrer au travers du béton et i correspond à une espèce chimique donnée. Le
coefficient de diffusion ionique dans l’eau libre peut être obtenu dans les tables des
propriétés chimiques. (Samson, Marchand et al.; Samson, Marchand et al. 2003; Lay, Liebl
et al. 2004)
Figure 7-3 - Montage d'un essai de migration
72
Figure 7-4 - Courbe caractéristique d'un essai de migration
Les coefficients de diffusion ionique ont donc été obtenus à partir d’analyses des
courbes de courant et ont été présentés au chapitre 6. Un sommaire est présenté au Tableau
18 pour les bétons de tabliers/poutres et au Tableau 19 pour les bétons de parapets. À titre
de comparaison, on présente également au Tableau 20 les coefficients de diffusion ionique
obtenus pour les bétons de référence dans la base de données du logiciel STADIUM®. Ces
bétons ont été faits avec un ciment type 10.
Tableau 18 – Coefficients de diffusion ionique des bétons de tabliers/poutres
Performance DOH
x10-11 m²/s Minimale 19.3 Maximale 15.8
Tableau 19 – Coefficient de diffusion ionique des bétons de parapets
Performance DOH
x10-11 m²/s Minimale 18.4 Moyenne 15.4 Maximale 10.9
73
Tableau 20 – Coefficient de diffusion ionique des bétons de la base de données de STADIUM®
Rapport E/C DOH
x10-11 m²/s 0.35 6.3 0.45 13.0
7.3.3 STADIUM® MTC
- Perméabilité
STADIUM® MTC est une application qui, à partir d’essais de séchage, détermine la
perméabilité et l’isotherme de désorption de l’échantillon de béton.
Afin de réaliser l’essai de séchage, six rondelles provenant du béton à caractériser
sont nécessaires soient trois rondelles de 10 mm d’épaisseur et trois rondelles de 50 mm. La
face latérale des échantillons est enduite d’un scellant de manière à ce que la perte d’eau
s’effectue uniquement de par les faces planes. Les éprouvettes sont ensuite disposées de
manière à ce que les deux faces soient exposées à l’air ambiant, dans une chambre à
humidité contrôlée de 50 % d’humidité relative et 23 degrés Celsius. Un suivi régulier de la
perte de masse est effectué, jusqu’à ce que la masse des disques de 10mm se soit stabilisée.
Le taux de perte de masse de la série à 50mm est fonction de la finesse du réseau poreux et
traduit la perméabilité du béton.
Les rondelles de 10 mm d’épaisseur atteignent rapidement l’équilibre fournissant
ainsi la teneur en eau à 50 % d’humidité (ωeq).
(3)
Où est la porosité exprimée en volume de vide par volume de béton, est la
perte de masse à l’équilibre divisé par la masse volumique de l’eau et est le volume de
l’échantillon. Une reproduction fidèle d’un isotherme nécessite l’utilisation de plusieurs
échantillons de béton atteignant l’équilibre à diverses humidités relatives. L’atteinte de cet
équilibre peut prendre plusieurs semaines pour un mortier et plusieurs mois pour un béton.
Afin de contourner ce problème, Samson(Samson, Maleki et al. 2008; Samson, Maleki et
al. 2010) suggère une méthode numérique qui se base plutôt sur le suivi de la perte de
masse d’un échantillon (essai de séchage). Cette technique ne reproduit pas fidèlement le
74
comportement du béton à de faibles humidités relatives (moins de 30%). Cependant, il est
peut fréquent qu’un béton réel soit soumis à de si faibles humidités relatives.
Le point d’équilibre trouvé avec l’échantillon de 10mm permet de déterminer le
paramètre β(T) en l’isolant dans l’équation 3.
(4)
Ainsi, on obtient :
(5)
Où est l’équation décrivant l’isotherme de désorption qui est défini par
deux paramètres adimensionnels, et . Le paramètre δ est déterminé à partir du
coefficient de diffusion DOH déterminé avec STADIUM® IDC. La relation existante entre
ces deux paramètres fera l’objet d’une publication prochaine.
Le rôle du logiciel est de reproduire la courbe de perte de masse par séchage en
ajustant l’isotherme et la perméabilité du béton. Il s’agit d’un processus itératif ou le
calculateur tente de réduire l’aire entre la courbe expérimentale et la modélisation
numérique(Samson, Maleki et al. 2008; Samson, Maleki et al. 2010).
La perméabilité du béton de tabliers/poutres et des bétons du béton de parapets est
présentée dans le Tableau 21 et dans le Tableau 22 respectivement. À titre de comparaison,
on présente au Tableau 23 la perméabilité et les isothermes obtenus pour les bétons de
référence dans la base de données du logiciel STADIUM®. Ces bétons ont été faits avec un
ciment type 10.
Tableau 21 – Perméabilité et isothermes du béton de tabliers/poutres
Performance Perméabilité (k)
x10-21 Isotherme
δ Isotherme
β Minimale 8.2 3.75 -5.10 Maximale 2.6 1.19 -6.49
75
Tableau 22 – Perméabilité et isothermes du béton de parapets
Performance Perméabilité (k)
x10-21 Isotherme
δ Isotherme
β Minimale 2.8 2.82 -4.22 Moyenne 6.9 1.12 -6.71 Maximale 4.9 0.35 -17.97
Tableau 23 – Perméabilité et isothermes du béton de la base de données de STADIUM®
Rapport E/C Perméabilité (k)
x10-21 Isotherme
δ Isotherme
β 0.35 0.17 0.347 -31.21 0.45 3.2 0.472 -29.06
7.4 Discrétisation des conditions d’exposition
Sur une structure réelle, les différents éléments qui la composent ne subissent pas une
exposition uniforme aux intempéries, aux chargements mécaniques et aux sels déglaçant.
Par conséquent, cela conduit à une dégradation variable et non uniforme de ces éléments.
La subdivision des zones d’exposition est presque infinie car chaque élément subit une
exposition particulière. Afin d’éviter de définir une multitude de micro-conditions
d’exposition, on procède plutôt à l’aide d’un regroupement selon l’intensité de l’exposition
aux chlorures. Chacune des zones étudiées a donc été classifiée selon l’intensité du profil
de chlorures correspondant. On considère la valeur maximale obtenue sur le profil pour
classifier les zones. Cette classification est exprimée au Tableau 24 et au
Tableau 25. Il y a donc cinq catégories d’exposition distinctes, trois pour les bétons de
parapets (faible, modérée et agressive), qui sont illustrés de la Figure 7-5 à la Figure 7-7, et
deux pour les bétons de poutres-tablier (agressive et modérée), qui sont illustrés à la Figure
7-8. Étant donné que les poutres/tabliers ayant subit une faible exposition n’exhibe que de
très faibles teneurs en chlorures, ils seront écartés pour le reste de l’analyse.
76
Tableau 24 – Classification des teneurs en chlorures maximales pour les bétons de parapets
Exposition ID# [Cl-] aux
armaturesA, B [Cl-]maxA Profondeur de
[Cl-]max (en mm)
Agressive
B2-P2-ext 0,103 0,273 15,2
B2-P2-int 0,194 0,255 14,2
B4-P2 ext 0,164 0,230 40,0
Modérée
B2-P1-ext 0,037 0,131 9,5
B2-P1-int 0,107 0,131 22,2
B4-P2 int 0,055 0,115 20,0
Faible B4-P1 int 0,017 0,034 7,0 (A)
Concentration de chlorure exprimée en % par masse de béton (B)
On considère un enrobage d’armature moyen
Tableau 25 - Classification des teneurs en chlorures maximales pour les béton de poutres/tabliers
Exposition ID# [Cl-] aux
armaturesA [Cl-]maxA Profondeur de
[Cl-]max (en mm)
Agressive B2D A1 0,038 0,144 2,1
Modérée B2-F3 A6 0,006 0,061 2,1
Faible
B2D B2 0,007 0,026 2,1
B2-F1-J 0,010 0,021 2,1
B2-F2 D 0,007 0,019 2,0
B4-F2 A 0,011 0,016 2,0
B4-F1 A 0,010 0,011 5,0 (A)
Concentration de chlorure exprimée en % par masse de béton
77
Figure 7-5 - Parapets faiblement exposés aux chlorures
Figure 7-6 - Parapets ayant subit une exposition modérée au chlorures
78
Figure 7-7 - Parapets ayant subit une exposition agressive aux chlorures
Figure 7-8 - Béton précontraint ayant subit une exposition agressive ou modérée aux chlorures
79
7.4.1 Parapets avec faible exposition aux chlorures
Pour se qualifier dans cette catégorie, la concentration maximale de kilogrammes de
chlorures par kilogrammes de béton ne devait pas dépasser 0.1%. Sachant que les parapets
sont les zones les plus sévèrement exposées d’une structure, il était attendu que seul une
faible proportion de zones liées aux parapets serait associée à cette famille d’exposition.
Comme le montre la Figure 7-5, la zone B4-P1 fait cavalier seul pour représenter la
famille des parapets ayant été soumis à une faible exposition aux chlorures. Étant donné sa
position sur le système d’échangeurs (voir Figure 7-9), on pouvait s’attendre à observer peu
de contamination. En effet, en plus d’être situé dans le haut d’un dévers, il est à une
distance suffisante des bretelles voisines pour ne pas être soumis aux éclaboussures salines.
7.4.2 Parapets avec exposition modérée aux chlorures
Cette famille d’exposition regroupe les parapets dont les concentrations maximales
en chlorures se situent entre 0.1 et 0.15 kilogrammes de chlorures par kilogrammes de
béton. Trois zones se classifient dans cette famille d’exposition et sont montrées à la Figure
7-6.
Localisé au dessus d’un boulevard urbain à haut débit journalier (boulevard Charest)
(Figure 7-9), le parapet B2-P1 est situé en haut de dévers (Figure 7-10). Bien que l’eau ne
s’accumule pas dans les hauts de dévers, ce parapet peut tout de même être soumis aux
éclaboussures salines provenant de la bretelle voisine. De plus, le brouillard salin provenant
du boulevard sous-jacent peut également contribuer à la contamination de ce parapet. Dans
cette zone, deux profils ont été mesurés, un sur l’intérieur du parapet et un sur l’extérieur.
Ces deux profils se classent dans la famille d’exposition modérée.
La troisième et dernière zone qui se qualifie pour cette famille d’exposition est le
parapet qui se situe sur la bretelle inutilisée mais à proximité de la bretelle voisine soit le
parapet B4-P2 (Figure 7-9). Bien qu’il n’y ait pas eu d’épandage de sel déglaçant
directement sur la bretelle B4, le parapet B4-P2 a tout de même pu être en contact avec un
brouillard salin et même des éclaboussures salines provenant de la bretelle voisine comme
on peut le voir à la Figure 7-11.
80
7.4.3 Parapets avec exposition agressive aux chlorures
Dans la famille d’exposition agressive, on retrouve trois profils qui ont une
concentration maximale en chlorures qui se situe entre 0.2 et 0.3 kilogrammes de chlorures
par kilogramme de béton, comme on peut le voir à la Figure 7-7. Ces trois profils
proviennent de la zone B2-P2, située sur la bretelle utilisée dans le bas d’un dévers (Figure
7-9 et Figure 7-10). Deux ont été prélevés depuis l’intérieur du parapet alors que le
troisième provient de l’extérieur. En plus d’avoir été exposé au brouillard salin provenant
du boulevard sous-jacent, ce parapet était directement exposé aux éclaboussures salines
causées par l’accumulation d’eau en point bas de dévers (Figure 7-12).
Figure 7-9 - Expositions des parapets de la bretelle non-salée
Figure 7-10 - Section de la B2 à mi-travée
81
Figure 7-11 - Éclaboussures de la bretelle voisine
Figure 7-12 - Exposition du parapet en bas de dévers
7.4.4 Poutre/Tablier avec exposition modérée aux chlorures
Étant donnée que, dans l’ensemble, cette structure était très peu contaminée, on a
détecté très peu de zones exposées aux chlorures de manière agressive ou même modérée.
Si bien qu’un seul profil s’est qualifié dans la famille d’exposition agressive et un seul pour
la famille d’exposition modérées. Ces deux profils sont illustrés à la Figure 7-8. La zone
qui se qualifie pour cette famille d’exposition modérée est la semelle d’une poutre située au
dessus d’un boulevard à haut débit journalier (Charest) (zone B2-F3 sur la Figure 7-10).
7.4.5 Poutre/tablier avec exposition agressive aux chlorures
La zone qui se qualifie pour la famille d’exposition agressive est située dans le bas
du dévers sous la couche d’usure asphaltée. L’accumulation d’eau dans cette zone permet
82
une infiltration sous la couche d’usure et expose ainsi le béton de tablier à l’eau salée. On
peut voir une illustration de cette zone sur la Figure 7-12.
7.5 Modélisation avec STADIUM®
Le logiciel STADIUM® est développé par la compagnie SIMCO Technologies inc.,
située à Québec. Ce logiciel utilise un modèle de transport ionique couplé à un système
d’équilibres chimiques afin de simuler l’infiltration de plusieurs espèces ioniques, dans le
béton. En plus de déterminer les propriétés de transport du béton tel que réalisé à la section
7.3, la géométrie des éléments structuraux ainsi que les propriétés du ciment doivent être
définis préalablement à la simulation. Par la suite, une section s’attardera à décrire la
modélisation employée pour discrétiser les conditions d’exposition. Finalement, les
résultats de simulations seront exhibés.
7.5.1 Géométrie
Dans le cadre de ce projet, deux types d’éléments structuraux ont été modélisés
(parapets et tabliers). L’épaisseur considérée pour les parapets était de 310mm alors qu’elle
était de 210 pour la dalle du tablier. Dans les deux cas, la profondeur moyenne des
armatures passives sur la face exposée aux chlorures était de 55mm.
7.5.2 Propriétés du ciment
Les informations obtenues sur la construction des infrastructures de Dufferin sont
très fragmentaires. Les plans et devis stipulent uniquement que la résistance du béton devait
atteindre 5000psi (34,5MPa). Étant donné la disponibilité du ciment à l’époque et le peu
d’informations disponible, le ciment utilisé dans la modélisation est un ciment canadien
type 10, couramment utilisé dans les années 70. Les propriétés chimiques de ce ciment
sont décrites au Tableau 26.
83
Tableau 26 - Composition et niveau d’activité chimique du ciment utilisé pour la modélisation
CaO 62.1%
SiO2 20.4%
Al2O3 4.3%
SO3 3.2%
Fe2O3 2.1%
Degré d’hydratation 0.8
Réactivité Al 0.8
7.5.3 Paramétrisation des conditions d’exposition
Dans le modèle STADIUM®, trois paramètres sont utilisés pour définir les conditions
d’expositions d’une structure. Il s’agit de la température, de l’humidité relative et de
l’exposition aux chlorures. Ces paramètres sont exprimés pour une année moyenne qui sera
répétée pour la durée de la simulation. La modélisation de la période d’épandage de sels
déglaçant est faite avec une humidité relative de 100 % en tout temps. Un exemple de
modélisation des conditions d’exposition est illustré à la Figure 7-13. Il s’agit des
conditions utilisées pour une structure routière standard située à Québec. Dans le cas du
travail présenté dans ce texte, les conditions d’exposition représentent l’inconnu à
découvrir.
Figure 7-13 - Conditions d'exposition moyennes pour la ville de Québec pour une période d'un an
84
7.5.4 Résultats de modélisation
Habituellement, les simulations réalisées avec le logiciel STADIUM® servent à
anticiper le profil en chlorures que l’on retrouvera dans un élément en béton exposé à un
environnement donné pendant un délai prescrit. Dans le cas présent, on connait d’entrée de
jeu le profil en chlorures obtenu après les 35 ans d’exposition des structures de l’échangeur
Dufferin. L’objectif est plutôt de déterminer les conditions d’expositions qui ont menées à
ce profil. Étant donné qu’on a défini précédemment les performances minimales et
maximales des bétons, on tentera d’englober les profils en chlorures observés entre les
simulations des scénarios pessimiste et optimiste.
La technique employée pour les simulations a été de lancer plusieurs scénarios en
faisant varier la durée et l’intensité de l’exposition aux chlorures. On a ensuite sélectionné
les scénarios qui avaient une pente similaire aux profils expérimentaux. Les données
d’entrée pour toutes les simulations réalisées ont été placées à l’annexe 1.
Le scénario retenu pour les parapets soumis à un environnement agressif est une
exposition à une eau salée contenant une concentration de 246mmol/L de chlorures pendant
40 jours d’exposition. La température et l’humidité relative sont ceux définis par défaut
pour la ville de Québec. Les scénarios optimistes et pessimistes sont montrés à la Figure
7-14. Au Tableau 27, on a inscrit le temps restant avant l’initiation de la corrosion. Il est
bien de rappeler que le temps 0 est en 2007 lors de l’échantillonnage de la structure. Selon
ces scénarios, la corrosion se serait initiée depuis près de 26 ans aux endroits où le béton est
de moins bonne qualité. Dans le cas du scénario optimiste, cela ne ferait que 7 ans et demi
qu’il y aurait une activité de corrosion dans les parapets soumis aux conditions agressives.
Les simulations pour reproduire les profils en chlorures dans les parapets avec une
exposition modérée sont présentées à la Figure 7-15. Les conditions d’exposition
employées pour réaliser ces simulations sont une exposition de 20 jours par année à une eau
salée d’une concentration de 100mmol/L. L’allure des profils n’a pu être fidèlement
reproduite en raison de l’étalement des points en tête des profils. Cet étalement peut être
causé par une fissuration de surface qui entraine l’eau salée jusqu’au fond des fissures. De
plus, il peut y avoir une certaine différence entre les propriétés de transport près de la
85
surface par rapport au cœur du béton. Cette hétérogénéité peut être causée par une
différence au niveau de la cure ou encore l’influence de la paroi du coffrage. Dans un cas
comme celui-là, il est important de bien reproduire la queue du profil puisque cette zone est
moins influencée par les effets de surface et plus par les propriétés de transport de la
matrice cimentaire. De plus, c’est dans cette zone que se situ le premier rang d’armatures.
Le calcul du temps restant avant l’initiation de la corrosion est donné au Tableau 27. En
portant une attention particulière aux simulations, le scénario optimiste semble être celui
qui décrit le mieux le comportement réel au cœur du béton.
Sur la Figure 7-16 on présente les scénarios optimistes et pessimistes (selon la
qualité du béton) de pénétration des chlorures dans le tablier soumis à une exposition
agressive aux chlorures. L’allure du profil n’a pu être fidèlement reproduite. Une des pistes
qui pourrait être étudiée pour élucider ce phénomène est l’état de confinement de l’eau
saline à l’interface béton et couche d’usure asphalté. Il est intéressant de remarquer que les
simulations retenues considèrent une exposition de seulement 13 ans aux chlorures. Ceci
pourrait être expliqué par une bonne qualité de revêtement bitumineux qui aurait empêché
la progression des contaminants pendant environ 22 ans. On présente tout de même les
prédictions du temps nécessaire avant d’initier la corrosion au Tableau 27. Il resterait donc
entre 13.4 ans et 20.4 ans avant d’initier la corrosion dans le bas du tablier selon les
scénarios pessimistes et optimistes.
86
Figure 7-14 - Simulations et points expérimentaux des profils en chlorures sur les parapets avec
exposition agressive
Figure 7-15- Simulations et points expérimentaux des profils en chlorures sur les parapets avec
exposition modérée
87
Figure 7-16 - Simulation de la pénétration des chlorures dans les tabliers
Tableau 27- Temps restant, en années, avant l'initiation de la corrosion A
Élément Scénario pessimiste Scénario moyen Scénario optimiste Parapet sous
exposition agressive -25.8 -23.8 -7.5
Parapet sous exposition modérée
-6 -2 >35
Tablier sous exposition agressive
13.4 - 20.4
(A)Les valeurs négatives signifient que la corrosion est déjà initiée
8. Discussion et analyse
« S’il n’y a pas de solution c’est qu’il n’y a
pas de problème. »
Jacques Rouxel
En abordant l’étude de la dégradation de ce complexe autoroutier, la première
hypothèse à vérifier était la cohérence entre l’épandage de sel déglaçant et les dégradations
observées. Pour ce faire, les critères de dégradation observés ont été fixés dans un premier
temps à l’aide d’un relevé de potentiel de corrosion sur les tabliers, puis dans un deuxième
temps à l’aide de la teneur en chlorures dans les différents éléments à l’étude. Par la suite,
les zones d’intérêt ont été ciblées en regard de leurs particularités d’exposition aux abrasifs
afin de conduire une étude diagnostique de l’état de dégradation des deux bretelles. Cette
étude a mise en relief les différences notables entre la bretelle soumise et celle non-soumise
aux sels déglaçant. Une analyse de différents éléments structuraux ainsi qu’une
comparaison entre les différentes zones de parapets étudiées ont été faites. Afin de réaliser
ces différentes comparaisons, une étude sur la variabilité des propriétés de transport de la
matrice cimentaire a d’abord été effectuée afin de s’assurer de la pertinence et de la
cohérence de ces comparaisons. De plus cette étude était une occasion unique de
diagnostiquer l’état des différents éléments de précontrainte. Ceci a été réalisé sous forme
d’une série d’observations visuelles dans le chapitre 5. Les discussions alors entamées se
poursuivent à la sous-section 8.3 de ce chapitre.
8.1 État général
La structure à l’étude a été construite au début des années soixante-dix, ce qui lui
confère une quarantaine d’années. Les premières observations visuelles n’ont montrées que
peu de signes de vieillissement de l’enveloppe de la structure. Les principaux éléments
structuraux ne présentaient globalement aucun phénomène de dégradation généralisé.
Quelques fissures ont été détectées localement dans des zones où l’eau a pu circuler. On
note la présence d’un pavage en bon état sur la bretelle soumise aux sels fondants (B2)
ainsi que des membranes d’étanchéité en périphérie des drains et des joints de dilatation. La
dégradation des parapets était visuellement plus avancée, surtout dans les zones à forte
89
exposition aux éclaboussures salines où la présence de fissures traversantes et de taches de
couleur, laissaient croire à une activité de corrosion.
Des observations similaires ont été faites lors de l’investigation des échangeurs de
l’autoroute Dufferin avec le boulevard Henri-Bourassa en 1999. En effet, la bonne qualité
générale du béton, les zones d’accumulation d’eau et la dégradation avancée des parapets
avaient, entre autre, été soulignés.
8.2 État du béton
L’étude de l’état du béton a été divisée selon les éléments structuraux ainsi que les
zones d’exposition. Les essais de caractérisation ont donc permis de faire une comparaison
entre les parapets, les tabliers et les poutres pour chacune des deux bretelles à l’étude. La
réalisation d’une campagne d’essais sur carottes prélevées sur chantier comporte une
variabilité non-négligeable. Cette variabilité est attribuable en partie à la variabilité de l’état
de la structure investiguée mais aussi à l’échantillonnage des différentes sections. Parfois, il
était même impossible d’extraire des carottes de longueur suffisantes pour effectuer la
campagne expérimentale. Ces limitations ont surtout eu un impact dans cette étude sur la
quantité d’essais de résistance à la compression mais aussi sur certains essais de
caractérisation des propriétés de transport de la bretelle B4.
8.2.1 Résistance à la compression
Le tableau 9 illustre la distribution des résultats de résistance à la compression
obtenus dans cette étude. Tout d’abord, la corrélation des mesures selon les zones indique
que les résultats sont cohérents. Le tableau montre une différence de résistance mécanique
significative entre la dalle et les parapets, la dalle ayant une capacité de reprise de
contrainte d’environ 15 méga pascals supérieure à celle des parapets. La dalle étant en
béton précontraint et les parapets étant en béton armé, il est donc attendu de faire de telles
constatations. Les dalles prélevées sur la bretelle B2 présentaient un réseau d’armatures
beaucoup trop serré pour y effectuer un carottage sans armatures. Il a donc été impossible
d’y prélever des échantillons de taille suffisante pour effectuer les essais de résistance à la
compression. Également au tableau 9, on note qu’il réside une différence d’environ 4MPa
90
entre les résultats de la bretelle B4 (33MPa) et ceux de la bretelle B2 (38MPa). Cette
différence illustre la variation qui peut exister entre deux coulées de béton de même
spécification et réalisées par le même entrepreneur.
8.2.2 Propriétés de transport
Les résultats des essais de caractérisation de porosité et de RCPT ont montré peu de
corrélation avec les zones d’exposition. Ceci laisse croire que les propriétés des réseaux
poreux sont indépendantes de leur localisation. La qualité du béton coulé en place n’est
donc pas fonction du type d’élément coulé en place. De plus, il semble que les
spécifications de construction du béton étaient les mêmes pour chacune des bretelles
étudiées. Ces constatations permettent d’analyser les contaminations observées sur
l’ensemble de la structure étudiée tout en considérant la variabilité des propriétés de
transports de la matrice cimentaire comme uniforme sur la structure.
8.3 État du coulis et des éléments de précontrainte
La réalisation des essais de porosité s’est effectuée en ne respectant pas certaines des
contraintes prescrites par la norme ASTM C642. Ainsi, les résultats obtenus peuvent
contenir une variabilité supérieure à la normale et peut-être même un décalage des valeurs.
Ce décalage peut s’expliquer par une porosité apparente accrue par la présence d’eau dans
les fissures qui ne peut être dissociée de l’eau contenue dans les pores du coulis. De plus, la
fragmentation a pour effet d’augmenter la surface spécifique de l’échantillon et ainsi
augmenter la quantité d’eau adsorbée sur les parois.
Un béton de bonne qualité a une porosité d’environ 12% et environ 1% de cette valeur
est attribuable aux granulats (sable + pierre). Considérant un volume de pâte d’environ 28%
du volume total, on peut s’attendre à une porosité inférieure à 40% (12/0.28) pour un coulis
de bonne qualité. Les résultats obtenus témoignent de la bonne qualité du coulis prélevé
dans les gaines, ce qui est cohérent avec le peu de traces de corrosion observées sur les
torons.
91
Bien que l’on observe une densité légèrement supérieure dans les coulis de points bas,
on ne peut affirmer qu’il réside un gradient de densité significatif entre les points haut et les
points bas.
La présence de vides de ressuages dans les points hauts des gaines semble être
généralisée à l’ensemble de la structure. Dans la plupart des cas, ces vides sont
suffisamment de petite taille pour que le coulis enrobe les torons. Aucune étude statistique
quantitative sur la dimension et la répartition de ce type de vide n’a été réalisée. On peut
cependant affirmer que dans le pire des cas de vide partiel observé, ce dernier descendait
jusqu’à la mi-hauteur de la gaine, en son point le plus élevé et exposait ainsi les torons
supérieurs. La dimension moyenne des vides observés représentait environ 15% de la
surface de la gaine dans le point haut.(Pereira 2004)
Dans bien des cas, l’injection du coulis n’a pas permis de remplir convenablement les
interstices entre les fils des torons si bien que l’eau peu y circuler librement. Ceci peut avoir
un impact sur le volume des vides laissés par l’eau de ressuage dans les points hauts.
Dans un seul cas, une gaine n’a pas été injectée. Les torons de cette gaine semblaient
être atteints de corrosion superficielle. Une étude allemande sur les défauts observés sur des
ponts en béton précontraint par post-tension stipule qu’environ une gaine sur vingt serait
mal injectée.(Weiher and Zilch 2006)
Il semble y avoir une différence de qualité entre les échantillons de coulis prélevés sur
la B2 et ceux de la B4. La qualité semble légèrement supérieure sur la B4. Somme toute, la
qualité est bonne dans les deux cas.
Dans le cas des gaines, quelques traces de corrosion ont été observées à l’interface
gaine-coulis dans les points bas. Cette corrosion est probablement apparue lors de la mise
en place de la structure où de l’eau a pu s’accumulée dans les points bas avant l’injection. Il
y avait également des traces de corrosions un peu plus importantes dans les vides de
ressuage en points hauts. Aucune trace de corrosion n’a été observée à l’interface gaine-
béton.
92
8.4 Contamination
La présente étude permet de mettre en évidence deux aspects de la dégradation des
ouvrages en béton. Premièrement, il est possible de constater l’avancement de la
contamination cumulée depuis plus de 35 ans sur un ouvrage typique du réseau routier
Québécois. Puis deuxièmement, de mettre en évidence la relation entre les zones
d’exposition des différents éléments structuraux et le niveau de contamination de leur
enveloppe. Les paragraphes qui suivent portent surtout sur ce deuxième aspect qui consiste
à comparer, tout d’abord, la bretelle salée avec la bretelle non-salée, de comparer les
différents éléments structuraux au sein d’une même bretelle puis enfin, de comparer les
différents parapets entre eux.
8.4.1 Comparaison des bretelles salée et non-salée
L’examen des figures 6-7 et 6-8, montre que l’étendue de la zone ayant une
probabilité d’activité de corrosion supérieure à 90% est plus importante dans la bretelle
salée (B2) que dans la bretelle non-salée (B4). Plus particulièrement, on note la présence de
seulement un point de mesure sur la B4 qui présente une probabilité d’activité de corrosion
de 90% alors qu’on note la présence d’une bande de ces points sur la B2. De plus, la
couche d’usure asphaltée et adéquate sur la B2 alors qu’elle est absente sur la B4. Malgré
ce fait, la dégradation est plus importante sur la B2 en raison d’une exposition aux
chlorures plus élevée. Par ailleurs, les concentrations en chlorures sont tellement faibles au
niveau des tabliers qu’il n’est pas possible de comparer les deux bretelles sur la base de ces
mesures. Par contre, comme il en est fait mention plus loin dans le texte, les concentrations
observées dans les parapets sont beaucoup plus appréciables.
8.4.2 Distribution des chlorures dans les différents éléments structuraux
Parmi les trois principaux éléments structuraux étudiés, on remarque que les
parapets sont de loin plus endommagés, tant au niveau visuel qu’au niveau des
concentrations en chlorures. Les dalles ont une dégradation variable en fonction de leur
positionnement dans le dévers du tablier. La qualité du revêtement a certainement joué un
rôle important dans la faible progression de l’endommagement reliée aux chlorures. Des
teneurs en chlorures ont également été mesurées sous les poutres à mi-portée (Tableau 7).
93
Les valeurs obtenues (B2-F3 A6 et B4-F2 A) sont similaire à celles obtenues sur les tabliers
et sont sous la concentration critique requise pour initiée la corrosion des armatures. Bien
qu’elle soit faible, la concentration obtenue sous la bretelle utilisée (B2-F3 A6) est
supérieure (5 fois plus importante en terme de résultat obtenu au niveau des armatures) à
celle obtenue sous la bretelle non-utilisée (B4-F2 A). Cette différence n’est probablement
pas causée par la circulation sur la bretelle (débit journalier moyen de 24000) mais par la
circulation sous la bretelle. Les mesures effectuées sous la bretelle B2 ont été réalisées à un
peu moins de six (6) mètres au dessus du boulevard Charest (Boulevard à quatre voies avec
un haut débit journalier) alors que la bretelle B4 se trouve à un peu plus de quatorze (14)
mètres au dessus de la rue St-Vallier (rue à faible débit journalier). Le brouillard salin
soulevé par le trafic circulant sur le boulevard Charest aurait donc influencé le taux de
chlorures mesuré sous la bretelle B2.
8.4.3 Effet du dévers sur les concentrations en chlorures mesurées
Une étude plus approfondie a été réalisée sur le tablier de la bretelle salée (B2) où
plusieurs échantillons ont été prélevés sur un même axe, perpendiculaire au sens de la
circulation. Les résultats de concentrations en chlorures ont été résumés au tableau 6 et aux
figures 62 et 63. On y remarque premièrement que l’infiltration d’ions chlore se limite aux
parois des parapets. Une concentration en chlorures plus élevée est observée sur la paroi
intérieure du parapet situé au bas du dévers. L’accumulation d’eau au bas du dévers aurait
donc favorisé l’exposition aux éclaboussures salines et ainsi augmenté la concentration en
chlorure, dans les premiers centimètres du parapet. De plus, on remarque que le tablier est
contaminé par les chlorures uniquement dans le bas du dévers. De telles observations ont
également été faites lors de l’étude menée sur l’échangeur entre l’autoroute Dufferin et le
boulevard Henri Bourassa. Ceci conduit à deux principales conclusions. Premièrement la
qualité du revêtement était adéquate pour favoriser un ruissellement des eaux jusqu’au bas
du dévers. Deuxièmement, lorsqu’on retrouve de l’eau stagnante sur le tablier d’une
structure en béton, on doit s’attendre à une infiltration d’eau salée qui conduit à une
contamination par chlorures du béton directement sous la couche d’usure. Dans le cas
particulier de la bretelle B2, les concentrations observées étaient faibles et les fronts de
pénétration d’ions chlore n’atteignaient par le premier rang d’armature.
94
8.4.4 Influence de l’emplacement d’un parapet sur sa dégradation
L’observation de concentrations de chlorures dans les parapets de la bretelle non-
salée (B4), montre que la zone B4-P2 contient une quantité importante de chlorures
(0,23g/kg béton) comparativement à la zone B4-P1, qui en contient une quantité
significativement plus faible (0,03g/kg béton) quoique légèrement supérieure à la
concentration critique (Tableau 10). De plus, contrairement à ce que l’on observe ailleurs
dans cette étude, la concentration en chlorures à l’extérieur du parapet B4-P2 (B4-P2 Kext)
est supérieure à celle mesurée à l’intérieur (B4-P2 Kint). Ceci est causé par une exposition
aux éclaboussures salines provenant de la bretelle voisine (B3). Ceci permet donc illustrer
l’importance de tenir compte de l’impact de l’environnement avoisinant une structure sur sa
dégradation.
9. Conclusions
Le présent chapitre reprend ici sous forme plus succincte l’ensmeble des conclusions
de l’étude sur l’autoroute dufferin-Monmorency. Ces conclusions sont répertoriées en trois
catégories. Les sections 9.1 et 9.2 présentent respectivement les différentes conclusions sur
le béton et le coulis alors que la section 9.3 s’attarde plutôt aux conclusions de la
modélisation des conditions d’exposition.
9.1 Conclusions sur l’état du béton
L’inspection visuelle de l’enveloppe de cette structure d’une quarantaine d’années
n’a montré aucune dégradation généralisée.
Des essais de caractérisation de ses propriétés mécaniques et de transports ont
montré que le béton du tablier est différent de celui des parapets mais rien ne laisse
croire que les spécifications variaient d’une bretelle à l’autre.
Les potentiels de corrosion réalisés sur la partie supérieure du tablier des deux
bretelles investiguées ont montré que la bretelle salée présentait une activité de
corrosion plus importante que sa consœur non-salée.
La qualité de la couche d’usure présente sur la bretelle salée (B2) a permis de
ralentir considérablement la progression des chlorures en favorisant le ruissellement
de l’eau. La bretelle non-salée (B4) n’était pas recouverte d’une telle couche.
La stagnation des eaux au point bas du dévers d’un tablier a deux effets néfastes sur
la dégradation de l’ouvrage. Premièrement, elle favorise l’infiltration d’eau au
travers du revêtement ce qui contamine le dessus du tablier. Deuxièmement, elle
favorise l’exposition aux éclaboussures salines des parapets, augmentant ainsi la
concentration en chlorures dans les premiers centimètres du béton de recouvrement.
Le brouillard salin soulevé par le trafic circulant sur le boulevard Charest a
légèrement contribué à la pénétration des ions chlores sous les poutres de
l’échangeur chevauchant le boulevard.
96
En plus de l’utilisation d’une bretelle, on a pu constater que le trafic circulant à
l’extérieur de celle-ci peut influencer le processus de dégradation de son enveloppe,
en l’exposant à des éclaboussures salines par exemple.
Finalement, les concentrations en chlorures, mesurées sur le complexe autoroutier
de Dufferin-Montmorency, laissent croire que l’enveloppe de la structure était en
excellent état et ne présentait aucun signe de dégradation majeur.
9.2 Conclusion sur les éléments de précontrainte
Environ deux évents sur trois n’étaient pas comblés de coulis. Ces vides peuvent
être la conséquence d’une injection inadéquate ou également être le résultat de
l’espace laissé vacant par l’évaporation (ou reabsorption) de l’eau de ressuage.
Une gaine, sur les 22 observées, n’était pas du tout injectée avec du coulis.
On a remarqué de fines traces de produits de corrosion à l’interface torons-coulis.
Toutefois, rien ne permet de conclure si ces produits de corrosion étaient déjà
présents lors de l’injection des gaines.
Les espaces inter-fils n’étaient pas toujours comblés de coulis. Ceci a joué un rôle
dans la ségrégation du coulis en agissant dans le transport de l’eau du point bas au
point haut. Plusieurs vides de ressuage ont d’ailleurs été observés, surtout sur la B2.
Heureusement, dans la plupart des cas, ces vides n’atteignaient pas les torons.
Des produits de corrosion à l’interface gaine-coulis ont été observés en point bas
alors que ce n’était pas le cas en point haut. Cette corrosion peut avoir été causée
par l’humidité accrue en point bas des gaines ou alors, elle pourrait avoir été formée
sur la gaine avant l’injection de celle-ci.
Des produits de corrosion ont également été observés à l’interface torons-coulis. Ce
sont de légères traces qui peuvent avoir été formées avant l’injection.
Aux ancrages, il n’y avait aucun capot pour protéger l’extrémité des torons.
97
9.2.1 Conclusions sur le coulis
La qualité des propriétés durcies du coulis ainsi que de leur mise en place semble
être légèrement supérieure sur la B4 par rapport à la B2.
Le remplissage non adéquat des interstices inter-torons a accentué l’ampleur des
effets du ressuage en plus de permettre un transfert d’eau des points hauts aux
points bas.
Les relevés d’humidité témoignent non seulement d’une humidité très élevée dans
les gaines, mais également d’un transfert d’humidité du béton vers les gaines et
vice-versa.
9.3 Conclusions sur la modélisation
L’enveloppe des profils en chlorures, retenus comme étant les plus agressifs sur les
parapets, peut être expliqué par la variabilité des propriétés de transport du béton.
À des fins de modélisation d’infiltration d’ions chlore avec le logiciel STADIUM®,
les conditions d’expositions d’une année moyenne suggérées pour un parapet, se
situant sur un viaduc d’autoroute à Québec et dans l’une des conditions d’exposition
considérée comme agressive à la section 7.4, sont les suivantes :
o Une exposition à une solution saline d’une concentration de 246 mmol/L
pendant une période de 40 jours.
o Une humidité maintenue à 70% tout au long de l’année sauf lors de
l’exposition aux chlorures où cette humidité grimpe à 100%.
o Une température qui varie cycliquement autours d’une moyenne de 3.5°C
(Suggérée par STADIUM®) et où les températures les plus basses
coïncident avec la période d’épandage de sel déglaçant.
Pour un parapet soumis à une exposition modérée, on considère plutôt une
exposition de 20 jours à une solution saline d’une concentration de 100 mmol/L
98
Des études supplémentaires sont nécessaires pour comprendre l’exposition que subit
une dalle précontrainte sous une couche d’usure asphaltée.
Le profil abrupt de chlorures observé sur la dalle, dans le bas du dévers de la B2,
témoigne de l’importance d’étudier les phénomènes physico-chimiques, tel que la
pénétration des ions chlore, dans des situations réelles où l’effet de l’échelle
temporelle ne vient pas biaiser les observations, comme c’est le cas dans les études
accélérées en laboratoire.(Poursaee and Hansson 2009)
9.4 Études futures
Sur le réseau routier québécois, plusieurs structures ont été construites suivant des
techniques similaires à celle employées sur les échangeurs de Dufferin-Montmorency. La
planification de l’entretient de l’ensemble du réseau est déjà entamée et les informations
clés pour élaborer les stratégies de réfection sont souvent manquantes. En effet, dans le cas
des structures précontraintes par post-tension, les principaux éléments qui assurent la
stabilité structurale, tel que les câbles et les torons, ne sont pas accessibles pour
l’inspection. C’est pour cette raison que les résultats obtenus dans le cadre de cette étude
constituent une source d’informations clé pour la gestion des structures précontraintes du
réseau routier québécois des années à venir.
Concernant les propriétés physico-chimiques du béton, il serait intéressant de mettre
en commun toutes les données générées depuis les structures québécoises investiguées pour
ainsi produire une analyse statistique de la variabilité des différentes propriétés en fonction
de leur date de construction.
Concernant la modélisation, plusieurs facteurs influents sur la pénétration des
chlorures dans le béton de surface restent à clarifier. Entre autre, l’effet d’un revêtement
bitumineux bien entretenu sur la durabilité de l’ouvrage mériterait de faire l’objet d’une
étude plus approfondie. L’effet de la fissuration de surface sur l’infiltration des chlorures
est considéré par le logiciel de modélisation. Cependant, une technique plus raffinée pour
considérer ce phénomène améliorerait la répétabilité des résultats obtenus dans le cadre
d’une étude comme celle-ci.
99
L’utilisation de scénarios optimiste et pessimiste, dans l’ajustement des conditions
d’exposition, permet de considérer la variabilité des propriétés du béton. Cette approche
sera reprise dans le cadre d’un article scientifique où les simulations seront reprisent avec la
dernière version du logiciel de calcul. Une étude plus raffinée de l’ajustement des
conditions d’exposition sera réalisée par le fait même.
10. Bibliographie
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Bridge Engineering.
ANNEXE I
Données d’entrée pour les simulations avec STADIUM®
ANNEXE I : Résumé des données d’entrées pour les simulations avec STADIUM®
Tablier Transport Exposure
Matériau ciment DOH moyenne Poro C (δ) B (β) Perm.
(k) NaCl t HR% Âge
e-11 m²/s (e-21) [mmol/L] j year
Tablier_001 B2F1 B2S_A STAD 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 700 70 35
Tablier_002 B2F1 B2S_A STAD 15.5 16.080 0.135 1.24 -6.68 2.627 300 70 35
Tablier_003 B4D Bon STAD 16.66 0.156 3.746 -5.10 8.2344 700 70 35
Tablier_004 B4D Bon STAD 16.66 0.156 3.746 -5.10 8.2344 300 70 35
Tablier_005 B4D Mauvais STAD 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 700 70 35
Tablier_006 B4D Mauvais STAD 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 300 70 35
Tablier_007 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 700 70 35
Tablier_008 B2F1 B2S_A STAD 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 200 70 35
Tablier_009 B2F1 B2S_A STAD 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 150 70 35
Tablier_010 B2F1 B2S_A STAD 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 100 70 35
Tablier_011 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 200 70 35
II
Tablier_012 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 150 70 35
Tablier_013 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 100 70 35
Tablier_014 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 75 70 35
Tablier_015 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 50 70 35
Tablier_016 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 25 70 35
Tablier_017 B4D Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 100 70 35
Tablier_018 B4D Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 75 70 35
Tablier_019 B4D Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 50 70 35
Tablier_020 B4D Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 25 70 35
Tablier_021 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 50 35 35
Tablier_022 B4D Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 50 35 35
Tablier_023 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 50 70 100 35
Tablier_024 B4D Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 50 70 100 35
Tablier_025 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 50 35 100 35
Tablier_026 B4D Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 50 35 100 35
Tablier_027 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 75 35 35
III
Tablier_028 B4D Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 75 35 35
Tablier_029 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 75 70 100 35
Tablier_030 B4D Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 75 70 100 35
Tablier_031 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 75 35 100 35
Tablier_032 B4D Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 75 35 100 35
Tablier_033 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 150 35 100 35
Tablier_034 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 150 30 100 35
Tablier_035 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 150 25 100 35
Tablier_036 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 150 20 100 35
Tablier_037 B2F1
B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627
150 35 Flux nul 35
Tablier_038 B2F1
B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627
150 30 Flux nul 35
Tablier_039 B2F1
B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627
150 25 Flux nul 35
Tablier_040 B2F1
B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627
150 20 Flux nul 35
Tablier_041 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 150 35 35
IV
Tablier_042 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 150 30 35
Tablier_043 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 150 25 35
Tablier_044 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 150 20 35
Tablier_045 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 200 15 100 35
Tablier_046 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 200 10 100 35
Tablier_047 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 200 5 100 35
Tablier_048 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 200 1 100 35
Tablier_049 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 200 15 35
Tablier_050 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 200 10 35
Tablier_051 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 200 5 35
Tablier_052 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 200 1 35
Tablier_053 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 300 5 97 35
Tablier_054 B2F1 Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 300 5 97 35
Tablier_055 B2F1
B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627
300 5 97 35 sans CL initial
Tablier_056 B2F1
Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 300 5 97 35 sans CL initial
V
Tablier_057 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 300 5 97 10
Tablier_058 B2F1 Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 300 5 97 10
Tablier_059 B2F1 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 300 5 97 10 sans CL ini
Tablier_060 B2F1 Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 300 5 97 10 sans CL ini
Deck Transport Exposure
Matériau Id
materiau DOH moyenne Porosité C (δ) B (β) Perm.
(k) NaCl temps HR% Âge
e-11 m²/s (e-21) [mmol/L] j year h
Deck_01 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 300 5 97 35
Deck_02 Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 300 5 97 35
Deck_03 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 400 5 97 35
Deck_04 Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 400 5 97 35
Deck_05 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 500 5 97 35
Deck_06 Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 500 5 97 35
Deck_07 Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 500 5 85 35 5.00E-10
VI
Deck_08 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 500 5 85 35 5.00E-10
Deck_09 Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 750 5 85 35 5.00E-10
Deck_10 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 750 5 85 35 5.00E-10
Deck_11 Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 1000 5 85 35 5.00E-10
Deck_12 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 1000 5 85 35 5.00E-10
Deck_13 Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 500 5 flux nul 35 5.00E-10
Deck_14 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627
500 5 flux nul 35 5.00E-10
Deck_15 Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 750 5 flux nul 35 5.00E-10
Deck_16 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627
750 5 flux nul 35 5.00E-10
Deck_17 Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 1000 5 flux nul 35 5.00E-10
Deck_18 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627
1000 5 flux nul 35 5.00E-10
Deck_19 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627
350 5 flux nul 35 5.00E-10
Deck_20 Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 350 5 flux
35 5.00E-10
VII
nul
Deck_21 Mauvais Can 23.7 0.156 3.500 -
11.00 8.2344 750 5 85 35 5.00E-10
Deck_22 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 3.50
-11.00
2.627 750 5 85 35 5.00E-10
Deck_23 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 3.50
-11.00
2.627 500 5
flux nul 35 5.00E-10
Deck_24 Mauvais Can 23.7 0.156 3.500 -
17.00 8.2344 750 5 85 35 5.00E-10
Deck_25 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 3.50
-17.00
2.627 750 5 85 35 5.00E-10
Deck_26 Mauvais Can 10 0.156 1.14 -6.68 8.2344 750 5 85 35 5.00E-10
Deck_27 B2S_A Can 5 15.500 0.135 3.746 -5.10 2.627 750 5 85 35 5.00E-10
Parapets
Séchage Matériau Id cem DOH Tortuosité Porosité C (δ) B (β) Perm.
(k) NaCl Temps
e-11 m²/s (e-21) [mmol/L] year
Parapet_001 B2P1 moyen STAD 15.4 0.0292 0.155 1.120 -6.71 6.8809 700 35
VIII
Parapet_002 B2P1 moyen STAD 15.4 0.0292 0.155 1.120 -6.71 6.8809 300 35
Parapet_003 B2-P3_Cext Mauvais STAD 18.4 0.0349 0.155 2.824 -4.22 2.84 700 35
Parapet_004 B2-P3_Cext Mauvais STAD 18.4 0.0349 0.155 2.824 -4.22 2.84 300 35
Parapet_005 B2-P3_Bext bon STAD 12.4 0.155 0.607
-10.55 3.3521 700 35
Parapet_006 B2-P3_Bext bon STAD 12.4 0.155 0.607
-10.55 3.3521 300 35
Parapet_007 B2-P2
STAD 10.9 0.0207 0.155 0.350 -
17.97 4.8506 700 35
Parapet_008 B2-P2
STAD 10.9 0.0207 0.155 0.350 -
17.97 4.8506 300 35
Parapet_009 B4P1 STAD 13.15 0.155 0.735 -8.57 4.4155 700 35
Parapet_010 B4P1 STAD 13.15 0.155 0.735 -8.57 4.4155 300 35
Parapet_011 B4P2
STAD 13.15 0.155 0.735 -
10.86 5.479 700 35
Parapet_012 B4P2
STAD 13.15 0.155 0.735 -
10.86 5.479 300 35
Parapet_013 B2P1 moyen STAD 15.4 0.0292 0.155 1.120 -6.71 6.8809 250 35
IX
Parapet_014 B2P1 moyen STAD 15.4 0.0292 0.155 1.120 -6.71 6.8809 200 35
Parapet_015 B2P1 moyen STAD 15.4 0.0292 0.155 1.120 -6.71 6.8809 150 35
Parapet_016 B2P1 moyen STAD 15.4 0.0292 0.155 1.120 -6.71 6.8809 100 35
Parapet_017 B2P1 moyen Can 15.4 0.0292 0.155 1.120 -6.71 6.8809 300 35
Parapet_018 B2P1 moyen Can 15.4 0.0292 0.155 1.120 -6.71 6.8809 250 35
Parapet_019 B2P1 moyen Can 15.4 0.0292 0.155 1.120 -6.71 6.8809 200 35
Parapet_020 B2P1 moyen Can 15.4 0.0292 0.155 1.120 -6.71 6.8809 150 35
Parapet_021 B2P1 moyen Can 15.4 0.0292 0.155 1.120 -6.71 6.8809 100 35
Parapet_022 B2-P3_Bext bon STAD 12.4 0.155 0.607
-10.55 3.3521 150 35
Parapet_024 B2-P3_Cext Mauvais STAD 18.4 0.0349 0.155 2.824 -4.22 2.84 150 35
Parapet_023 B2-P3_Bext bon Can 12.4 0.155 0.607
-10.55 3.3521 150 35
Parapet_025 B2-P3_Cext Mauvais Can 18.4 0.0349 0.155 2.824 -4.22 2.84 150 35
Parapet_026 B2-P3_Bext bon Can 12.4 0.155 0.607
-10.55 3.3521 300 35
Parapet_027 B2P1 moyen Can 15.4 0.0292 0.155 1.120 -6.71 6.8809 300 35
X
Parapet_028 B2-P3_Cext Mauvais Can 18.4 0.0349 0.155 2.824 -4.22 2.84 300 35
ANNEXE II
Description de l’échantillonnage sur chantier
Résumé des zones de prélèvement de données
Essais
Zone de prélèvement Rc Poro Mig Ext S/A RCPT Cl- Réserve
B2-P1 3 2 2 0 6 2 - 2 1 1
B2-P2 3 2 2 1 6 2 - 2 5 5
B2-P2+ 0 0 0 0 0 0 - 2 0 0
B2-P3 0 0 0 0 0 0 - 0 0 3
B2-F1 0 3 2 1 6 2 - 0 3 4
B2-F2 0 2 2 1 5 1 -0 2 2
B2-F3 0 0 0 0 0 0 - 2 0 12
B2-D 0 2 2 3 6 2 - 2 0 Dalles
B2-A 0 0 0 0 0 0 -1 2 5
B4-P1 3 2 2 1 5 2 - 1 4 3
B4-P2 3 2 2 1 6 2 - 2 3 3
B4-F1 0 2 0 0 0 0 - 2 3 3
B4-F2 0 3 0 0 0 0 - 0 1 0
B4-D 3 2 2 3 6 2 - 0 0 Dalles
B6-D 3 0 0 0 0 0 - 0 0 Dalles
XIII
Zone: B2-P1
Parapet: Est
Historique
Carottage 2007-29-06
C.H. 100%
Coupe des échantillons:
2007-03-07
Bassin d'eau
Carottes
Essais
Identification Longueur armatures Rc Poro Mig Ext S/A RCPT Cl- Réserve
[mm]
B2-P1-A 180 oui B2-P1-A
B2-P1-B 300 B2-P1-S1
B2-P1-S2
1
B2-P1-c 135 oui B2-P1-S3
B2-P1-S4
B2-P1-D 310 oui B2P1-P2 B2-P1-S6 B2-P1-RCPT2
B2-P1-E 140 oui B2-P1-M1
B2-P1-F 190 oui B2-P1-M2 B2-P1-RCPT1
B2-P1-G 200 oui
B2-P1-H 180 oui
B2-P1-I 310 B2-P1-I B2P1-Cl-
B2-P1-J 300
XIV
Zone: B2-P2
Parapet: Ouest
Historique
Carottage 07-06-27
C.H. 100%
Coupe des échantillons:
07-07-03
Bassin d'eau
Carottes
Essais
Identification Longueur armatures Rc Poro Mig Ext S/A RCPT Cl- Réserve
[mm]
B2-P2-A 190 B2P2M1 B2P2-S2
B2P2-S1
B2-P2-B 50+160 B2-P2-B-CL- B2-P2-B
B2-P2-C 190 oui 1 B2-P2-C-CL- B2-P2-C
B2-P2-D 310 oui B2-P2-D B2-P2-D-CL-
B2-P2-E 0 oui
B2-P2-F 165 oui B2P2-S3
B2P2-S4
B2-P2-G 285 oui B2P2-P1 B2P2M2 B2P2-S5 B2-P2-RCPT1
B2-P2-H 185 oui B2P2-S6 B2-P2-RCPT2 B2-P2-H-CL-
B2-P2-I 310 B2-P2-I
B2-P2-J 180 oui B2P2-P2 B2-P2-J
B2-P2-K 3 oui B2-P2-K
B2-P2-L 140 oui B2-P2-L
B2-P2-M 330 B2P2-M B2P2-M-CL-
XV
Zone: B2-P2
Parapet: Ouest
Historique
Carottage 2007-06-
27
C.H. 100%
Coupe des échantillons:
2007-07-
03
Bassin d'eau
P2+ : Zone subjacent présentant d'importantes fissures
B2-P2+-A 300 oui
B2-P2+-B 45
B2-P2+-C 300 oui
B2-P2+-D 330
XVI
Zone: B2-P3
Parapet Ouest
Historique
Carottage 2007-06-27 C.H. 100% Coupe des échantillons: 2007-07-03 Bassin d'eau
Carottes
Essais
Identification Longueur armatures Rc Poro Mig Ext S/A RCPT Cl- Réserve
mm
B2-P2-A 310 oui
B2-P2-B 310 oui
XVII
B2-P2-C 300 oui
Zone : B2-F1
Poutre: 2ème Ouest
Historique
Carottage 2007-06-27
C.H. 100%
Coupe des échantillons:
2007-07-03
Bassin d'eau
Carottes
Essais
Identification Longueur armatures Rc Poro Mig Ext S/A RCPT Cl- Réserve
mm
B2-F1-A 145 oui B2F1-P3 B2F1-S1
B2F1-S2
B2-F1-B 170 oui B2F1-P1 1
B2-F1-C 150 oui B2F1M1 B2F1-R1
B2-F1-D 160 oui B2F1-R2 B2-F1-D
B2-F1-E 150 oui B2F1M2 B2F1ext B2-F1-E
B2-F1-F 125 oui B2F1-P2 B2-F1-F-CL-
B2-F1-G 150 oui B2F1-S3 B2-F1-G
B2F1-S5
B2-F1-H 150 oui B2F1-S6
B2-F1-I 40 oui B2-F1-I-CL-
B2-F1-J 55 oui B2-F1-J-CL-
B2-F1-K 30 oui B2-F1-K
XVIII
Zone : B2-F2
Poutre: 2ème Ouest
Historique:
carottage: 28/06/2007
Carottes
Essais
Identification Longueur armatures Rc Poro Mig Ext S/A RCPT Cl- Réserve
mm
B2-F2-A 145 oui B2F2-S1
B2F2-S2
B2-F2-B 140 oui B2F2ext 1 B2-F2-B-CL-
B2-F2-C 140 oui B2F2-P1 B2F2M1
B2-F2-D 140 oui B2F2-S3 B2-F2-D-CL-
B2F2-S5
B2-F2-E 160 oui B2F2M2 B2-F2-E
B2-F2-F 150 oui B2-F2-F
B2-F2-G 160 oui B2F2-P2 B2F2RCPT
XIX
B2-F2-H 145 oui B2F2-S4
Zone : B2-F3
Poutre: 2ème Ouest
située directement au dessus de Charest
Historique
Carottage 2007-08-08
C.H. 100%
Coupe des échantillons:
Bassin d'eau
Carottes
Essais
Identification Longueur armatures Rc Poro Mig Ext S/A RCPT Cl- Réserve
mm
B2-F3-A1 90
B2-F3-A2 90
B2-F3-A3 45 oui
B2-F3-A4 50 oui
B2-F3-A5 85 B2F2-P1 B2-F2-Cl-
B2-F3-A5 85 B2F2-P1 B2F2RCPT 1
B2-F3-A6 80 oui
B2-F3-B1 80 B2F2RCPT 2
B2-F3-B2 80
B2-F3-B3 50
B2-F3-B4 70
B2-F3-B5 50
XX
B2-F3-B6 70
Zone : B2-A
Poutre: 2ème Ouest
Historique
Carottage 2007-08-08
C.H. 100%
Carottes
Essais
Identification Longueur armatures Rc Poro Mig Ext S/A RCPT Cl- Réserve
mm
B2-A-1 40 B2-A-1
B2-A-2
B2-A-3 130 oui
B2-A-4 140
B2-A-5 140 oui
B2-A-6 130 oui
B2-A-7 75
B2-A-8 100 B2-A-8
En plus des carottes, on peut retrouver au laboratoire un échantillon de cône d'ancrage
XXI
La poutre de rive Ouest B2-1 a été transportée au centre de service du MTQ
Zone : B4-F1
En raison du faible potentiel de ces carottes à être soumis à des essais, se référer aux résultats obtenus pour B4-D2
Carottes
Essais
Identification Longueur armatures Rc Poro Mig Ext S/A RCPT Cl- Réserve
mm
B4-F1-A B4-F1-A-CL-
B4-F1-B B4P1-P1
B4-F1-C oui B4P1-P2
B4-F1-D B4-F1-D-CL-
B4-F1-E
B4-F1-F oui
B4-F1-G B4F1-G-CL-
B4-F1-H oui
Zone : B4-F2
En raison du faible potentiel de ces carottes à être soumis à des essais, se référer aux résultats obtenus pour B4-D2
Carottes
Essais
Identification Longueur armatures Rc Poro Mig Ext S/A RCPT Cl- Réserve
mm
B4-F2-1 B4-F2-1-CL-
B4-F2-2 70 B4F2-P1
XXII
B4F2-P2
B4-F2-3 B4F2-P3
Zone : B4-D2
Historique
Prélèvement de la dalle 2007-05-03
Carottage à l'Université 2007-07-16
Coupe des carottes
Carottes
Essais
Identification Longueur armatures Rc Poro Mig Ext S/A RCPT Cl- Réserve
mm
B4-D2-A 90 B4-D2-M1 B4-D2-A-ext
B4-D2-B 90 B4-D2-B-ext B4D2-S1 B4-D2-RCPT1
B4-D2-C 60 B4D2P1
B4-D2-D 90 B4D2P2 B4-D2-ext B4D2-S3
B4D2-S5
B4-D2-E 130 B4D2-S2 B4-D2-RCPT2
XXIII
B4-D2-C4 190 B4-D2-M2 B4D2-S4
B4D2-S6
Zone : B4-P1
Carottes
Essais
Identification Longueur armatures Rc Poro Mig Ext S/A RCPT Cl- Réserve
mm
B4-P1-A ~230 B4-P1-A B4-P1-A-CL-
B4-P1-B ~195 B4P1-P1 B4P1M1 B4P1-S2 B4-P1-B-CL-
B4-P1-C ~185 B4P1M2 B4-P1-ext B4P1-S4 B4-P1-C-CL-
B4P1-S1
B4P1-S3
B4-P1-D ~190 B4-P1-D B4P1-D-CL-
B4-P1-E ~155 B4-P1-RCPT1
B4-P1-F B4-P1-F
B4-P1-G ~140 oui B4P1-P2 B4P1-S5 B4-P1-RCPT2
B4-P1-H 160 B4-P1-H
B4-P1-I 160 B4-P1-I
XXIV
Zone : B4-P2
Carottes
Essais
Identification Longueur armatures Rc Poro Mig Ext S/A RCPT Cl- Réserve
mm
B4-P2-A 260 oui B4P2-P1 B4P2M1 B4P2-S6 B4-P2-RCPT2
B4P2-S1
B4-P2-B 160 B4-P2-ext B4P2-S3 B4-P2-RCPT1
B4-P2-C 120 B4P2-S4
B4P2-S5
B4-P2-D
B4-P2-E 276 oui B4P2-P2 B4P2M2 B4P2-S2 B4-P2-E-CL-
B4-P2-E-CL-
B4-P2-F
B4-P2-G 136 B4-P2-G
B4-P2-H 138 OUI B4-P2-H
B4-P2-I 130
B4-P2-J B4-P2-J
B4-P2-K B4-P2-K B4-P2-K-CL-
B4-P2-L
B4-P2-M
B4-P2-N
B4-P2-O
B4-P2-P 160 B4-P2-P B4-P2-P
ANNEXE III
Protocoles des essais particuliers
11. Protocoles des essais particuliers
Cette section présente le protocole des essais particuliers réalisés dans cette étude. Il
s’agit d’essais dont les protocoles standard on été modifiés ou adaptés pour des besoins
particuliers ou encore de protocoles tout a fait nouveaux. On y présente d’abord le
protocole employé pour effectuer la lecture du taux d’humidité dans les gaines. Ensuite, on
présente les méthodes employées pour mesurer la porosité des échantillons de coulis.
11.1 Lecture du taux d’humidité relative ponctuelle in-situ dans
une structure en béton précontraint
Le relevé in-situ de l’humidité relative du béton peut s’effectuer selon plusieurs
méthodes. La méthode utilisée sur le chantier de Dufferin-Montmorency, à l’été 2007, est
décrite dans la présente section.
11.1.1 Objet de la mesure
Au Québec, les infrastructures en béton souffrent de problèmes de corrosion et de
dégradation de la matrice cimentaire qui découlent souvent de l’infiltration de chlorures
dans le béton. L’humidité relative est un paramètre important pour les mécanismes de
dégradation d’une structure.
11.1.2 Matériel utilisé
La liste suivante énumère le matériel utilisé dans la préparation et la mesure des
humidités relatives.
1. Sonde à humidité ‘’Novasima ms1’’ de Defensor;
2. Tubes de cuivre de 8 pouces (20 cm) de longueur et de 0,5 pouces (1,27 cm) de
diamètre intérieur. Lorsque le tube est préparé, on doit s’assurer que les
diamètres intérieurs des extrémités soient toujours égaux ou supérieurs à 0,5
pouces (1.27 cm). On aura autant de tubes qu’il y aura de mesures à prendre;
3. Bouchons étanches pour l’embout libre des tubes;
XXVII
4. Lampe de poche;
5. Silicone;
6. Gelée de pétrole (Vaseline);
7. Perceuse à béton avec une mèche de cinq huitièmes (5/8) de pouce. Prévoir
l’alimentation électrique nécessaire;
8. Jet d’air comprimé;
9. Cales en bois très fine pour tenir le tube dans le trou percé.
11.1.3 Objectifs et limites des mesures
La sonde est limitée dans sa longueur par conséquent les points de mesure doivent être à
une distance maximale de 17,6 cm (8’’) de la surface. On peut voir une illustration de la
sonde utilisé à la Figure 11-1. Dans le cas d’une structure de béton précontraint, les zones à
cibler sont celles où les gaines de post-tension sont près de la surface du béton. Dans un
premier temps, on cherche à obtenir le taux d’humidité dans le coulis des gaines puis le
gradient d’humidité entre le coulis des gaines et le béton d’enrobage. Lorsque l’on
considère une poutre continue en post-tension, on doit considérer deux zones importantes,
soit les points hauts du profil des câbles, situés en zone de moment négatif maximal, et les
points bas du même profil, situés en zone de moment positif maximal. Pour les points bas,
la zone est facilement identifiable puisqu’on a accès directement à la face inférieure de la
(ou des) poutre. Par contre, le recours à un appareil d’élévation est souvent nécessaire.
Pour les points hauts, il faut d’abord rechercher la position de la poutre sous le tablier. Un
mesurage du tablier donne un bon indice sur l’emplacement des gaines, mais leur position
exacte est déterminée par la position des évents qui sont parfois difficiles à repérer.
Un second objectif poursuivi avec cet appareil était d’obtenir un profil d’humidité
sur la section d’une poutre. Il est alors possible d’observer la variation d’humidité au sein
du massif de béton et non seulement le gradient d’humidité qui réside entre le coulis des
gaines et le béton qui les enrobe.
XXVIII
11.1.4 Préparation
Pour effectuer les lectures d’humidité relative dans les gaines, on doit d’abord
percer la gaine métallique. Cela peut sembler trivial mais cet exercice peut prendre
plusieurs essais en chantier. En effet, il arrive fréquemment que la perceuse utilisée pour
perforer un trou se butte à de l’acier. Dans ce cas, le trou doit être vidé avec de l’air
comprimé afin de pouvoir observer la surface du fond avec une lampe de poche. L’acier
ainsi observé peut correspondre à la gaine, à un toron ou à une barre d’armature. S’il s’agit
de la gaine, celle-ci doit être perforée, s’il s’agit des torons, l’endroit est approprié pour
effectuer une lecture. S’il s’agit d’une barre d’armature, la localisation n’est pas propice à
une lecture et mieux vaut percer un nouveau trou. Par ailleurs, lorsque qu’un trou est percé
mais qu’il ne servira pas à effectuer une mesure, des précautions doivent être prises afin de
le colmater avec un gel de silicone afin
d’éviter que l’humidité interne du béton
ne se diffuse dans l’air ambiant.
Lorsqu’un trou est propice à une
lecture, les résidus de perforation
doivent être expulsés du trou à l’aide
d’un jet d’air comprimé. Le tube de
l’appareil de mesure doit ensuite être
enduit de silicone sur la paroi extérieure
de l’extrémité qui pénétrera dans le trou.
Le tube doit ainsi être enfoncé en faisant
un mouvement de rotation sur lui-même
afin de bien recouvrir de silicone les parois de béton internes du trou. Ceci est nécessaire
afin que l’humidité détectée provienne uniquement de la face située au fond du trou.
Lorsque la lecture est effectuée sous la structure, une précaution supplémentaire devient
nécessaire pour faire tenir en place le tube.
Une fois en place, le tube doit ensuite être fermé hermétiquement avec l’aide d’un bouchon
approprié. Aucune lecture ne peut être effectuée avant que le gel de silicone ne soit sec, ce
Figure 11-1 - Schéma d'une sonde à humidité dans le
béton
XXIX
qui peut prendre entre 2 et 3 heures, selon la marque de silicone utilisée et des conditions
ambiantes.
11.1.5 Lectures
Les mesures d’humidité relative dans les trous doivent être réalisées au moins 30
minutes après l’insertion de la sonde de manière à permettre à l’humidité relative interne de
se stabiliser. Lors de chaque mesure, la température et le pourcentage d’humidité dans l’air
sont notés. La convergence est atteinte lorsque trois mesures consécutives sont identiques.
Il s’agit alors de répéter l’ensemble des étapes pour toutes les zones sous étude.
11.2 Potentiel de demi-pile
11.2.1 Discrétisation de la zone de relevés
La zone de relevés a été couverte par des mesures ponctuelles réparties selon une
grille de mailles carrées. L’espacement était compris entre 1 et 1,5 mètre. La grille a été
adaptée à la position des armatures.
Les barres ont été localisées au moyen d’un appareil permettant également d’évaluer
l’épaisseur du recouvrement. Les barres d’armature à deux extrémités opposées de la zone
de relevés ont été dégagées pour réaliser une connexion électrique. La continuité électrique
des armatures dans la zone est assurée si la résistance ohmique entre les deux points
dégagés ne dépasse pas quelques ohms. On doit donc limiter la zone de relevés à une
dizaine de mètres. L’ensemble de la dalle a été étudié en multipliant les zones de relevés.
La dalle en béton a été mise à nu en enlevant la couche d’enrobé bitumineux. La
membrane et/ou l’étanchéité bitumineuse a été décollée pour assurer un excellent contact
entre les électrodes et le béton d’enrobage. Il faut s’assurer que le béton en surface demeure
saturé, ce qui augmente l’intensité du signal électrique généré pendant la mesure. Le
décalage dans l’alignement des électrodes de la sonde vis-à-vis de la barre a été localement
ajusté pour minimiser la résistance ohmique lors de la mesure.
XXX
11.2.2 Localisation des zones de relevés
Toutes les grilles de relevés sur les dalles ont été disposées de la même manière.
L’axe X était orienté parallèlement au parapet et l’axe transversal Y prend son origine au
pied du parapet au point bas du dévers. Pour les zones de relevés sur la bretelle B2, les
axes X étaient orientés de la pile 20N vers la pile 21N, l’axe transversal Y prenant son
origine au pied du parapet au point bas du dévers.
11.3 Méthodologie pour l’essai modifié de porosité ASTM C642
pour le coulis
11.3.1 Prélèvement des échantillons
Comme mentionné dans la première partie de ce rapport, les gaines ont été disloquées
des segments de poutres prélevés lors du démantèlement de l’été 2007. Elles ont ensuite été
acheminées vers les laboratoires de l’Université Laval afin que toutes les mesures soient
prises à partir échantillons de la meilleure qualité possible.
Afin de permettre le prélèvement d’échantillons de coulis les plus gros possible, les
zones où les torons étaient suffisamment excentrés dans la gaine ont été ciblées. Ces zones
sont situées aux points hauts et aux points bas des gaines métalliques.
Par ailleurs, on peut noter que les zones d’ancrage n’étaient pas des zones propices à
l’étude du coulis puisque les torons dans les gaines des zones d’ancrage avaient une
répartition trop uniforme pour permettre d’en extraire des échantillons de coulis de
dimensions acceptables.
Une scie à béton a servi à la découpe des gaines métalliques de manière à séparer son
contenu composé du coulis et de torons. Délicatement, la portion du coulis libre de torons
a été décollée, fournissant ainsi plusieurs fragments de taille et de formes très différentes.
11.3.2 Géométrie des échantillons et cohérence avec la norme
La géométrie des échantillons prélevés ne respecte aucun des critères prescrits par la
norme. Une norme, qui d’ailleurs, n’est pas adaptée pour les mortiers. Pour s’y conformer,
les échantillons doivent être d’au moins 350 cm³, soit environ 800 grammes pour un béton
XXXI
de densité normal. Or le plus gros fragment de coulis prélevé a une masse d’à peine
200 grammes. De plus, les fragments recueillis comportent plusieurs fissures et comportent
des parcelles lâches prêtes à se séparer. La norme proscrit l’utilisation de ce type de
spécimens.
11.3.3 Mesures particulières
Étant donné que les fragments de coulis récupérés sont très friables et macro-fissurés,
des précautions doivent être prises dans leur manipulation. En effet, lors du séchage, l’eau
crée des tensions capillaires importantes qui augmentent la fissuration et favorisent la
fragmentation des particules lâches. Toutes les mesures nécessaires doivent être prises afin
de conserver l’intégrité des échantillons et dans le cas contraire, de s’assurer de bien
conserver l’intégralité des particules. Après le séchage, on doit retirer de l’échantillon toute
particule qui risque de se détacher ultérieurement au cours de l’essai, sans toutefois
appliquer une force excessive.
Lors de l’adsorption de l’eau, les tensions capillaires sont moins critiques, mais les
risques de fragmentation ne sont pas pour autant réduits. Chaque échantillon est donc placé
dans un sac individuel fermé hermétiquement et rempli d’eau. Ainsi, on pourra à la fin de
l’essai faire couler le contenu du sac dans un petit tamis d’écaillage et évaluer la masse
perdue par fragmentation.
Lors de l’ébullition, on suspend chacun des sacs afin qu’ils ne touchent pas le fond du
chaudron. Cette technique permet d’éviter le brassage excessif, provoqué par la formation
de vapeur d’eau, qui risquerait de propager la fissuration déjà présente.
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