Le retour d’expérience du projet DéCoF · 2019. 10. 14. · Diminution de l’adhérence acier/béton de l’ouvrage Risque pour la structure et risque pour les usagers Gestionnaires

Le retour d’expérience du projet DéCoF-Ré Vers la fiabilisation du diagnostic de corrosion : intérêts et limites BOURREAU Lucas – SIXENSE Engineering

Colloque Le Pont 2019 Le retour d’expérience sur des défaillances d’ouvrages (ingénierie forensique) Centre de congrès Diagora - Labège (31670) | 15 et 16/10/2019

1 – INTRODUCTION | CONTEXTE

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Patrimoine mondial des ouvrages en BA Vieillissant USA : 25% des ponts routiers > 50 ans de service1)

Canada : 40% des ponts autoroutiers > 50 ans de service2)

France : âge moyen des ponts routiers = 35 ans

Structures en BA vieillissantes Dégradation Projet Européen BRIME3) : recensement des ponts dégradés en Europe

• France : 39% ; Allemagne : 37% ; Royaume-Unis : 30% ; Norvège : 26% …

Principales causes de dégradation du BA Corrosion des armatures Projet Européen REHABCON4)

Colloque Le Pont 2019 - Labège (31670) - Mardi 15 octobre 2019 - BOURREAU Lucas

1. ASCE, 2017 Infrastructure report card. 2017, American Society of Civil Engineers. p. 4.

2. Cusson, D. and B. Isgor, Durability of concrete structures: prevention, evaluation, inspection, repair and prediction. Canadian Civil Engineer, 2004. 21(2): p. 4-5.

3. Godart, B., Gestion des ponts en Europe - Projet européen BRIME. 2005, Etudes et recherches des Laboratoires des ponts et chaussées - Série Ouvrages d'art. p. 273.

4. Fagerlund, G., REHABCON - Strategy for maintenance and rehabilitation in concrete structures - Final Report. 2004, Division of Building Materials, Lund University. p. 300.

1 – INTRODUCTION | CONTEXTE

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Ouvrages Dégradations suite à la corrosion des armatures Diminution de la section des armatures Eclatement et/ou fissuration du béton d’enrobage Diminution de l’adhérence acier/béton

Risque pour la structure et risque pour les usagers

Gestionnaires d’ouvrage Evaluation de l’état de santé de l’ouvrage Au temps « t » Etat de corrosion des armatures Diagnostic de corrosion Evolution Etude de durabilité du béton Evaluation de la durée de vie

Définir les actions de maintenance à mener


Diminution de la

capacité portante

de l’ouvrage

CARACTÉRISTIQUES DE L’OUVRAGE RÉPARTITION DES PILES ÉTUDIÉES

2 - CAMPAGNE EXPÉRIMENTALE

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2 – CARACTÉRISTIQUES DE L’OUVRAGE

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Ouvrage mis à disposition par le D17 Pont de l’île de Ré Liaison : continent – île de Ré ~6 millions de véhicules/an (5% PL) Longueur 2928,5 m (2ème pont de France) ; Largeur 15,5 m 28 piles (dont 23 en mer) Voussoirs préfabriqués précontraints

Inauguration mai 1988 Agé de 31 ans

Formulation du béton Appuis (fondations et piles) B30F

• Ciment : CPJ 45 RPM CEM II/B 370 kg/m3

• Rapport eau/ciment : 0,5


2 – RÉPARTITION DES PILES ÉTUDIÉES

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Examen du dossier d’ouvrage Sélection de 15 piles (sur 28) 4 paramètres de construction pouvant impacter l’état de corrosion des armatures

• Epaisseur des levées

• Formulation du béton • Centrale à béton • Saison de coulage du béton


Répartition sur les 6 viaducs de l’ouvrage Représentatif de l’ouvrage

+ ajout d’une pile à terre

3 – INTERPRÉTATION DES DONNÉES « BRUTES » À PARTIR DES RÉFÉRENTIELS EXISTANTS


POTENTIEL D’ÉLECTRODE DES ARMATURES RÉFÉRENTIELS EXISTANTS

CAS APPLIQUÉ AU PILES DU PONT DE L’ÎLE DE RÉ

3 – POTENTIEL D’ÉLECTRODE DES ARMATURES

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Localiser les zones susceptibles d’être dans un état actif de corrosion

Appareil utilisé Canin+ (PROCEQ®) Electrode de référence Cu/CuSO4

Voltmètre haute impédance > 10 MΩ

Protocole de mesure Où : Au droit des armatures sur le parement en béton

Pas de mesure : 5 cm 36 mesures par armature horizontale ~500 mesures par face de pile

Résultats obtenus Cartographies des courbes iso-potentielles d’électrode des armatures


3 – RÉFÉRENTIELS EXISTANTS

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3 textes disponibles Norme ASTM C876-91 (1991 réapprouvée en 1999 et 2015)

Action de recherche Européenne COST 509 (1997)

Recommandation de la RILEM TC 154-EMC (2003)


PG-FC-Eté 2016

Différence de potentiel : 480 mV Risque FORT

3 – CAS APPLIQUÉ AUX PILES DU PONT DE L’ÎLE DE RÉ

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Etat de dégradation alarmiste de l’ouvrage

3 – CAS APPLIQUÉ AUX PILES DU PONT DE L’ÎLE DE RÉ

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Analyse des cartographies iso-potentiel de corrosion Evolution des mesures suivant un gradient vertical

Littérature Béton plutôt sec : Ecorr = -200 à +100 mV Béton plutôt saturé en eau sans oxygène : Ecorr = -1000 à -900 mV

Hypothèses Pas uniquement liée à un phénomène de corrosion Directement liée au phénomène de marnage

• Existence d’un gradient de teneur en eau dans le béton • Existence d’un gradient de teneur en oxygène dans le béton


Utilisation des référentiels existants non-adaptée aux données

« brutes » issues d’ouvrages en milieu maritime

PG-FC-Eté 2016

~-250 mV

~-700 mV

4 – FIABILISATION DU DIAGNOSTIC DE CORROSION


DÉMARCHE SCIENTIFIQUE ADOPTÉE ETUDES SPÉCIFIQUES

MÉTHODOLOGIE DE FIABILISATION DES DONNÉES « BRUTES » VALIDATION PAR DES AUTOPSIES VISUELLES

4 – DÉMARCHE SCIENTIFIQUE ADOPTÉE

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Données « brutes » Utilisation des référentiels existants non-pertinente

Hypothèses Influence du milieu maritime (conditions environnementales) sur les mesures Gradients de teneur en eau et en oxygène dans le matériau

Mesures « biaisées » Ininterprétable directement Post-traitement des données nécessaire


Nécessite de fiabiliser le diagnostic de corrosion en milieu maritime

Identifier, étudier et quantifier l’influence du milieu maritime sur les mesures

Quatre études spécifiques : Influence de la phase de la marée Caractérisation des zones d’exposition spécifiques du milieu maritime Influence du phénomène de marnage Influence de la saisonnalité

Validation par des autopsies visuelles

Evaluer l’applicabilité des référentiels existants

4 – DÉMARCHE SCIENTIFIQUE ADOPTÉE

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Caractérisation des zones d’exposition spécifiques du milieu maritime

Influence du phénomène de marnage

Influence de la saisonnalité

Fiabilisation du diagnostic de corrosion sur ouvrage « maritime »

Quatre études spécifiques

Influence de la phase de la marée

Trois sur les effets environnementaux Une sur la réalisation du diagnostic de corrosion

4 – ÉTUDES SPÉCIFIQUES : CARACTÉRISATION DES ZONES D’EXPOSITION

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Problématique Positionnement des zones d’exposition spécifiques du milieu maritime pour les ouvrages en BA par analogie avec les structures métalliques

Campagne de mesure 4 faces de pile identifiées comme « Saines » (à dire d’expert) 1 fois par saison Changement du comportement d’évolution des valeurs en fonction de la hauteur Classification non-supervisée des données Algorithme des

K-means • 3 classes de regroupement des valeurs • Altimétrie des frontières entre les 3 classes Altimétrie des frontières entre les 3 zones d’exposition

Analogie avec les structures métalliques Littérature Classe 1 Zone atmosphérique Classe 2 Zone d’éclaboussures Classe 3 Zone de marnage


Extrapolable aux ouvrages de la côte Atlantique par les coefficients de marée ?

4 – ÉTUDES SPÉCIFIQUES : INFLUENCE DU PHÉNOMÈNE DE MARNAGE

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Problématique Existence de gradients de teneur en eau et en oxygène dans le béton d’enrobage

Campagne de mesure 4 faces de pile identifiées comme « Saines » (à dire d’expert) 1 fois par saison Profil des mesures en fonction de l’altimétrie

Modélisation • Faces de pile FC et FG étudiées séparément

Différence de comportement entre les faces de pile


Valeurs FC > Valeurs FG - FC exposée aux cycles humidification/séchage

- FG « protégée »

4 – ÉTUDES SPÉCIFIQUES : INFLUENCE DE LA SAISONNALITÉ

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Problématique Conclusions d’un diagnostic peuvent être différentes suivant la saison d’acquisition des mesures

Campagne de mesure 4 faces de pile identifiées comme « Saines » (à dire d’expert) 1 fois par saison Profil des mesures en fonction de l’altimétrie

Etude numérique

Différence de comportement entre les saisons


Les valeurs de potentiel d’électrode dépendent des saisons : Printemps ~ Eté < Automne < Hiver

4 – MÉTHODOLOGIE DE FIABILISATION DES DONNÉES « BRUTES »

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Données « brutes » obtenues directement sur ouvrage In-Situ

Retrait du phénomène de marnage par saison Modélisation, Etude numérique

Obtention des données fiabilisées


4 – MÉTHODOLOGIE DE FIABILISATION DES DONNÉES « BRUTES »

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Interprétation des données de potentiel d’électrode des armatures « fiabilisées » à partir des référentiels existants Norme ASTM C876-91 (1991 réapprouvée en 1999 et 2015) Utilisable Action de recherche Européenne COST 509 (1997) Utilisable Recommandation de la RILEM TC 154-EMC (2003) Inutilisable


4 – VALIDATION PAR DES AUTOPSIES VISUELLES

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Face de pile « Saine » Autopsies réalisées au niveau des enrobages les plus faibles


4 – VALIDATION PAR DES AUTOPSIES VISUELLES

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Face de pile « Singulière » Autopsie réalisée dans la zone anodique


CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES


AVANTAGES RECHERCHES COMPLEMENTAIRES

4 – CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES : AVANTAGES

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Constitution d’une base de données unique Acquisition in-situ de différents types de mesure en quantité importante sur un ouvrage BA en milieu maritime

Apports scientifiques sur le diagnostic d’ouvrages en milieu maritime Identification des effets environnementaux Compréhension et appréhension de l’influence des effets environnementaux

• Influence non-significative de la phase de la marée • Positionnement altimétrique des zones d’exposition sur une structure en BA • Quantification du phénomène de marnage • Recalage du diagnostic par rapport à la saison de réalisation

Proposition d’une méthodologie de réalisation d’un diagnostic pertinent aux ouvrages maritimes

Fiabilisation des mesures de potentiel d’électrode des armatures sur ouvrages maritimes Méthodologie de fiabilisation des données « brutes »

Interprétation des données « fiabilisées » Utilisation des référentiels existants (2/3) possible


4 – CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES : RECHERCHES COMPLÉMENTAIRES

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Applicabilité à l’ensemble de la façade Atlantique ? Evaluer la méthodologie proposée aux parcs d’ouvrages littoraux Proposer de nouvelles méthodologies pour les autres mesures

Coupler les résultats à l’étude de durabilité Apporter des réponses aux questions en suspens

Durabilité + Etat de corrosion à « t » Evolution dans le temps ?

Préconiser des classements des piles selon l’état de dégradation


MERCI POUR VOTRE ATTENTION


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