étude diagnostique d'une structure en béton, précontrainte par post

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

ACI-Committee-222 (2001). "Protection of Metals in Concrete Against Corrosion."

Baroghel-Bouny, V. (1994). La caractérisation des pâtes de ciment et des bétons - la théorie BET :

adsoption en couches multimoléculaires en l'absens de condensation capillaire. . Paris, École

Nationale des Ponts et Chaussées.

Bertolini, L., B. Elsener, et al. (2004). Corrosion of Steel in Concrete. Weinheim, Die Deutsche

Bibliothek.

Broomfield, J. P. (1994). "Assessing Corrosion Damage on Reinforced Concrete Structures." Corrosion

and Corrosion Protection on Steel in Concrete 1.

Conciatori, D. (2005). Effet du Microclimat sur l'initiation de la corrosion des aciers d'armature dans

les ouvrages en béton armé. Lausanne, EPFL. Ph.D.

Crausse, P., G. Bacon, et al. (1981). "Étude fondamentale des transferts couplés chaleur-masse en

milieu poreux." International journal of heat and mass transfert: 24.

Fagerlund, G. (1975). "The significance of critical degrees of saturation at freezing of porous and

brittle materials." Durability of concrete ACI Special publication(47).

Fuzier, J.-P., H.-R. Ganz, et al. (2005). "Durability of post-tensioning tendons." Bulletins de la

Fédération Internationale du Béton.

Kosmatka, S. H., B. Kerkhoff, et al. (2002). Design and Control of Concrete Mixture. Ottawa, Cement

Association of Canada.

Lay, S., S. Liebl, et al. (2004). "New method to measure the rapid chloride migration coefficient of

chloride-contaminated concrete." Cement and Concrete Research 34: 7.

Matala, S. (1995). Effects of carbonation on the pore structure of granulated blast furnace slag

concrete. Espoo, Helsinki University of Technology. PhD.

Pereira, R. M. S. (2004). Accelerated Corrosion Testing, Evaluation and Durability Design of Bonded

Post-Tensioned Concrete Tendons. Civil Engineering. Austin, Austin, Texas. Doctor of

Philosophy: 717.

Poursaee, A. and C. M. Hansson (2009). "Potential pitfalls in assessing chloride-induced corrosion of

steel in concrete." Cement and Concrete Research.

Samson, E., K. Maleki, et al. (2010). "A coupled hygro-thermal approach to model unsaturated

moisture transport in cementitious materials." 17.

Samson, E., K. Maleki, et al. (2008). "Determination of the Water Diffusivity of Concrete Using

Drying/Absorption Test Result." ASTM International 5(7): 12.

Samson, É., J. Marchand, et al. "Describing ion diffusion mechanisms in cement-based materials using

the homogeneization technique."

Samson, É., J. Marchand, et al. (2003). "Calculation of ionic diffusion coefficients on the basis of

migration test results." Materials and Structures 36: 9.

Weiher, H. and K. Zilch (2006). "Condition of post-tensioned concrete bridges - Assessment of the

german stock by a spot survey of damages." First International Conferance on Advances in

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_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





II






Tablier_017 B4D Mauvais Can 23.7 0.156 3.746 -5.10 8.2344 100 70 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




III










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


IV













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_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_10 B2S_A Can 15.5 15.500 0.135 1.14 -6.68 2.627 750 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_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_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_003 B2-P3_Cext Mauvais STAD 18.4 0.0349 0.155 2.824 -4.22 2.84 700 35


Parapet_005 B2-P3_Bext bon STAD 12.4 0.155 0.607

-10.55 3.3521 700 35


-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


IX




Parapet_017 B2P1 moyen Can 15.4 0.0292 0.155 1.120 -6.71 6.8809 300 35






-10.55 3.3521 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


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%


07-07-03

Bassin d'eau

Carottes

Essais


[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%


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


mm

B2-P2-A 310 oui

B2-P2-B 310 oui

XVII

B2-P2-C 300 oui

Zone : B2-F1

Poutre: 2ème Ouest

Historique


C.H. 100%


2007-07-03

Bassin d'eau

Carottes

Essais


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


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


C.H. 100%


Bassin d'eau

Carottes

Essais


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


C.H. 100%

Carottes

Essais


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


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


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


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


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


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.

Documents

étude diagnostique d'une structure en béton, précontrainte par post