MODULE 9 – DIAGNOSTIC D’OUVRAGES

TCH 025 ETS DIAGNOSTIC (RB) 1

Plan la rencontre:Partie théorique

9.1 Survol des différentes techniques d’auscultation- Les techniques de contrôle conventionnelles; - Les techniques acoustiques; - Les techniques électrochimiques; - Les techniques magnétiques et électromagnétiques; - La technique rad ar; - La thermographie infrarouge; - Les techniques radiométri ques (Χ et γ); -Les techniques d’instrumentation des barrages

9.2 Analyser les possibilités et les limites des out ils et des techniques disponibles

9.3 Savoir choisir la technique ou l’instrument de m esure en fonction de la problématique

9.4 Connaître les principes de base de ces technique s, les procédures, les équipements ainsi que le traitement des données et l’analyse des résultats

MODULE 9 – DIAGNOSTIC D’OUVRAGES



Plan la rencontre (suite ):

Partie pratique

9.5 Manipulation de divers instruments au laboratoir e, complétion de feuilles de données et remise de rapports de labora toire

- Dalle du laboratoire et essai au scléromètre

- Essai sonique sur des cylindres de béton- Essai de localisation de barres d’armatures sur de s prismes de

béton

- Essai de résistivité électrique sur des prismes de béton

- Essai de potentiel de corrosion sur des prismes de béton


MODULE 9 – DIAGNOSTIC D’OUVRAGESSurvol des différentes techniques d’auscultation

3 Les techniques électrochimiques (Résistivité électr ique et Potentiel de corrosion)

A- Résistivité électrique: 1 – DÉFINITION

Grandeur électrique qui exprime la tendance d'un matériau à résister au passage du courant électrique. La résistivité électrique est une propriétés intrinsèque au matériau. Elle n’est pas fonction de sa géométrie.

Pour un cylindre de section A et de longueur L,r = R.A/L

R: résistivité du matériau (en .W.m); R : résistance du matériau (enW.)

L’inverse de la résistivité électrique est la conductivité électrique

(unité : Siemens (S))



3 Les techniques électrochimiques

A- Résistivité électrique:1 – MÉCANISMES DE LA CONDUCTION ÉLECTRIQUE DANS LE BÉTON

La conduction de l’électricité dans le béton est essentiellement ionique.

L’eau contenue dans les pores contient des ions positifs et des ions négatifs (Na+, K+, Mg++, Ca++, OH-, Cl-, SO4-) qui proviennent du ciment. Lorsqu’une tension électrique est appliquée au béton, les ions positifs sedéplacent vers la borne négative de la source de tension, et les ions négatifs se déplacent vers la borne positive. Ce déplacement des charges électriques portées par les ions crée un courant électrique dans le béton.




A- Résistivité électrique:1 – MÉCANISMES DE LA CONDUCTION ÉLECTRIQUE DANS LE BÉT ON

La résistivité du béton dépend essentiellement de :- La composition chimique de la solution contenue dans les pores- La structure des pores (composition du béton : E/C, type et quantité deciment, type et quantité des granulats, compaction, maturation)- La teneur en eau du béton- l’âge du béton- La température du bétonL’effet de ces différents facteurs est donné en détail dans le rapport suivant :Electrical Resistivity of Concrete – A Literature ReviewBy : David A. Whitting & Mohamed A. NagiRapport publié par PCA (Portland Cement Association), en 2000. Ce rapportest disponible sur le Web du PCA (format pdf).




A- Résistivité électrique:2 – LA TECHNIQUE WENNER

Dans cette technique, la mesure de la résistivité est effectuée à l’aide de quatre électrodes en contact avec la surface du matériau via un agent de couplage. Les deux électrodes externes permettent l’injection d’un courant électrique d’intensité I dans le milieu, et les deux électrodes internes permettent la mesure de la différence de potentiel V. La résistivité électrique est donnée par la relation :

ñ= 2ða V/I = 2ðaR

R : résistance électriquea : espacement entre les électrodes

(en général égal à 5 cm)

La méthode Wenner est la méthode la plus utilisée pour les mesures in-situ.




A- Résistivité électrique: 3- ÉQUIPEMENTS DE MESURE




A- Résistivité électrique:4 – LES APPLICATIONS DE LA RÉSISTIVITÉ

ÉLECTRIQUE

- évaluation de la vitesse de corrosion

- contrôle de la qualité d’étanchéité des pontsASTM D-3633

- contrôle des dalles de béton: épaisseur de la dalle et effet des armatures (l’armature joue le rôle d’une barrière électrique)

- détection de vides




A- Résistivité électrique:5 – AVANTAGES ET LIMITATIONS

Avantages :

- Simplicité et coût des équipements peu élevé

- Informations pertinentes sur l’état de la corrosion

- Détection des vides et des fissures

- Caractérisation de la variation d’humidité

Limitations :

- La résistivité est affectée par plusieurs facteurs (béton, mesures)




B- Le potentiel de corrosion:1 – LES MÉCANISMES DE LA CORROSION

La corrosion des aciers d’armature est un processus électrochimique qui consisteen une réaction d’oxydo-réduction entre des zones anodiques et des zonescathodiques. Ceci est équivalent au principe d’une pile:




B- Le potentiel de corrosion: 1 – LES MÉCANISMES DE LA CORROSIONPile de corrosion entre deux rangs d’armature

Influence des réparationsLes méthodes traditionnelles de réhabilitation consistent àréparer les zones de délaminage en mettant en place un nouveau béton après avoir nettoyé les vieilles barres d’armature. Cela a pour effet de mettre en contact:de nouvelles barres d’armature enrobées d’un béton sain; Avecde vieilles barres d’armature enrobées d’un vieux béton plus ou moins contaminées par les ions chlorures. corrosion




B- Le potentiel de corrosion: 2– MESURES ET INTERPRÉTATION




B- Le potentiel de corrosion: 2 – MESURES ET INTERPRÉTATION

Les résultats sontexprimés en V au lieu de mV; les 2 zones blanches devraient être en noir.

Configuration des mesures Résultats des mesures




B- Le potentiel de corrosion: 3– VALIDATION RÉSULTATS




B- Le potentiel de corrosion:

VALIDATION DES RÉSULTATS



3 Les techniques électrochimiques B- Le potentiel de corrosion:

4 – AVANTAGES ET LIMITATIONS

D’après la Recommandation RILEM («Half Cell Potential Measurements – Potential Mappingto Locate Corroding Reinforcement in Concrete Structures» RILEM Recommendation. RILEM TC 154), les mesures de potentiel de corrosion ont l’un des objectifs suivants:

1. localiser les armatures corrodées2. déterminer les positions des analyses destructives ultérieures (carottage pour doser les chlorures, etc.), servant à obtenir des renseignements sur l'état de la structure et les causes de la dégradation,3. contrôler l'état de corrosion des armatures après réparation pour évaluer l'efficacité de ces travaux,4. concevoir et disposer les anodes des installations de protection cathodique ou de techniquesde restauration électrochimique.Mais :- L’essai peut être destructif (dalles de ponts)- L’essai requiert la mobilisation des structures (dalles de ponts)- Le coût des essais est de plus en plus élevé- Les mesures sont instantanées et dépendent des conditions du béton (T, HR)- L’essai ne permet pas de connaître le courant corrosion même si une certaine corrélation est constatée entre les deux mesures.



4 Les techniques magnétiques

- La détection, la localisation et la détermination du diamètre des barresd’armatures dans le béton (et les canalisations)

1- Introduction Un conducteur parcouru par un courant électrique génère un champ magnétique. Un champ magnétique crée uncourant électrique dans un conducteur (courants de Foucault).

Ces phénomènes sont utilisés pour localiser les armatures dans le béton, pour la détection de ruptures dans les câbles, détection de fissures & corrosion dans les métaux...




- La détection, la localisation et la détermination du diamètre des barresd’armatures dans le béton

2- Principe Mesure le champ magnétique Induit par l’armature. L’intensité de ce champ est fonction du diamètre de l’armature et de l’épaisseur de recouvrement

norme: BS 1881: Part 204

3- Équipements

Désignation : Pachometer, covermeter, profometer, microcovermeter

Consulter les sites web de : Proceq

Protovale




4- Localisation des canalisations

A– Par émission-réception sans contact

Sonde avec une bobine émettrice et une bobineréceptrice disposées aux extrémités de celle-ciLa variation du champ reçu permet la détection de la canalisation métallique.

Fréquence : 9.8kHzProfondeur maximale : 3 m

Le champ reçu peut provenir de tout autre matériaux métallique autre que la canalisation

Longueur de la sonde importante, ce qui limite son utilisation en milieu urbain.




B– Par émission avec contact - réception sans contact

C– Cas des canalisations de PVC

2 cm – portée : 15 m




C - Par mesure du champ magnétique terrestre

La présence d’une canalisation métallique dans le sol perturbe le champ magnétiqueterrestre. La mesure des variations du champ peut donc permettre de détecter lacanalisation. Il existe deux types d’équipements :

- Équipements avec un capteur qui détecte l’intensité du champ

- Équipements avec deux capteurs qui détectent la variation du champ (Gradiometer)




D – Fuites du flux magnétique(MagneticFlux Leakage)

1 - Principe : Un champ magnétique est appliquéau matériau afin de le magnétiser jusqu’à la saturation. Lorsqu’un défaut est présent dans le matériau, une partie du flux magnétique s’échappe du matériau et entre dans le milieu environnant. Un capteur détecte ce flux, ce qui permet de localiser le défaut et de la caractériser.




E- Détection de la corrosion et des ruptures dans les câbles

La technique est capable de détecter la rupture d’un fil d’un câble composé de 200 fils.



5 Les techniques électromagnétiques: radar, thermog raphieinfrarouge et rayons X et gggg.




1- Facteurs qui affectent la propagation d’une onde électromagnétique




Facteurs qui affectent la propagation d’une onde électromagnétique- Réflexion de ondes électromagnétiques

er Contrôle également l’intensité de la réflexion d ’une onde électromagnétique àl’interface entre deux milieux



5 Les techniques électromagnétiques: radar

A - Procédure

Les essais radar consistent à transmettre une onde électromagnétique dans le milieu et à détecter les réflexions de ces ondes provenant des interfaces. La collecte des données est effectuée en plusieurs points à la surface du milieu.




Toujours se poser les questions suivantes pour une application donnée :• Est-ce que le radar est applicable ?• Quelles sont les caractéristiques de la cible ? (profondeur, dimensions, propriétés électromagnétiques)• Quelle sont les antennes les plus appropriées ? (type, fréquence)

Ensuite• Essais préliminaires

- estimation de la vitesse de propagation- ajustement des paramètres d’acquisition du système

• Réalisation des relevés radar• Analyse et interprétation




B- Applicabilité du radar

La profondeur de pénétration p des ondes radar dans un matériau est contrôlée par la résistivité électrique du matériau : p ≅≅≅≅ 0.016 (εr )0.5 / σ

• Conditions excellentes pour le radar si la résistivité électrique du milieu contrôléest élevée (résistivité > 107 Ωm)ex. : air, granite sec, calcaire sec, béton et asphalte secs

• Conditions moyennes pour le radar si la résistivité électrique du milieu contrôléest moyenne (102 Ωm < résistivité < 107 Ωm)ex. : eau pure, glace, sable sec, béton et asphalte humides

• Conditions très mauvaises pour le radar si la résistivité électrique du milieu contrôlé est élevée (résistivité < 10 2 Ωm)ex. : eau de mer, matériaux saturés d’eau, argiles




C- Les équipements




D- Les applications




D- Les applications: Détection des changements dans la structure de la chaussée




D- Les applications: Détection des vides sous une chaussée

La radar peut être utilisé pour l’évaluation des réseaux routiers urbains (détection des cavités, des canalisations..)

La radar peut être utilisé pour le contrôle de la qualité du compactage.




D- Les applications: Évaluation des ponts

•Épaisseur du revêtement d’asphalte• Épaisseur du recouvrement des armatures• Détection du délaminage et de le désagrégation• Détection des zones d’humidité excessive• Détection des zones de forte concentration en Cl-

Détection des vides à l’arrière des voutes de tunnels




D- Les applications:

Localisation des conduits souterrains

Localisation des fuitesd’eau canalisations, barrages, etc.




E – AVANTAGES ET LIMITATIONS

Avantages :- Rapport couverture/durée des essais très intéressant- Évaluation des ouvrages (ponts, chaussées..) au niveau réseau- Évaluation en 2D ou en 3D

Limitations :- Profondeur d’investigation parfois insuffisante- Affecté par la présence des armatures- Coût encore élevé des équipements



5 Les techniques électromagnétiques: LA THERMOGRAPHIELA THERMOGRAPHIELA THERMOGRAPHIELA THERMOGRAPHIE

La présence de discontinuités (ex. vides) dans la masse d'un matériau affecte la propagation de la chaleur au sein de ce matériau. Lorsque ces discontinuités sont situées près de la surface, cela se traduit par une distribution non uniforme de la température de surface. Le rayonnement infrarouge émis par la surface du matériau sera donc plus ou moins intense selon la température de la surface.

A- PRINCIPE DE LA THERMOGRAPHIE

Le rayonnement est détecté par des caméras spéciales dites caméras thermiques. Ces caméras sont dotées de senseurs qui délivrent une valeur de température proportionnelle à la quantité d'énergie rayonnée par le matériau contrôlé.




A- PRINCIPE DE LA THERMOGRAPHIE(suite)

Il faut faire attention aux rayonnements parasites

B- LES APPLICATIONS

- Contrôle des circuits électriques- Contrôle de l’arrêt des incendies de forêts- Isolation thermique des bâtiments- détection de fuites dans les canalisations- contrôle de la qualité de compactage des chaussées- Détection de la délamination dans le béton- contrôle de la décohésion ( tuile, matériaux composites)- contrôle de l’injection des câbles de renforcement- Détection de l’humidité dans les constructions




B- LES APPLICATIONS



5 Les techniques électromagnétiques: LA THERMOGRAPH IE

C – AVANTAGES ET LIMITATIONS

AVANTAGES :-Technique simple, rapport couverture / durée très Intéressant- Résultats obtenus en temps réel-Une grande variété d’applications

LIMITATIONS :- Nécessité de conditions environnementales appropriées- Coût de l’équipement encore très élevé



5 Les techniques électromagnétiques: LES RAYONS Χ et γ

A – Principe

Un faisceau de radiation est émis vers le matériau au moyen d’une source.Suivant la nature et la géométrie de la pièce, une portion de l’énergie du faisceau est absorbée par la matériau contrôlé au cours de sa propagationUn film radiographique (sensible aux rayonnements électromagnétiques) fixésur l’autre face du matériau permet la détection des variations de l’intensité durayonnement qui traverse le matériau. Ces variations correspondent auxdiscontinuités contenues dans le matériau.




B – Exploitation des résultats




C – Problèmes rencontrés

Matériaux:- Le béton peut contenir des aciers passifs, des câbles ou des inserts métalliquestels que des ancrages, etc… :- Les variations de densité du béton, selon la composition et la nature desgranulats interviennent dans l’aspect du radiogramme.- Certains matériaux donnent sur le radiogramme une densité optique voisinede celle de l’air ou de l’eau pouvant compliquer l’interprétation, voir mêmeentraîner des confusions : polymères à haute densité(PEHD), matériauxcomposites à base de fibre de verre, graisses, cires, résines, etc.

Identification des radiogrammes- Des symboles doivent être positionnés de telle sorte que leurs imagesapparaissent sur les radiogrammes afin de permettre l’identification sanséquivoque de ces derniers.- Dans le cas de positionnement d’objet, le radiogramme doit porter les élémentspermettant le repérage de l’alignement source-film




C – Problèmes rencontrés- Les axes de positionnement, les positions des repères doivent être matérialisésde façon fiable et durable sur les deux faces de l’élément examiné de façon àpermettre une corrélation ultérieure entre radiogramme et ouvrage.-Les postions doivent être reportées sur des schémas faisant apparaître au minimum les axes de repérage et les lignes remarquables des éléments examinés.

- Qualité des images: Il n’existe pas d’indicateur de qualité d’image pour le béton. La qualité de l’image dépend directement de la bonne combinaison des différents paramètres retenus en fonction de l’épaisseur du béton à traverser. Ces facteurs sont principalement :- Le choix de la source : énergie, dimensions ;- Le choix de la distance source-film ;- Le choix du temps d’exposition : densité optique du radiogramme ;- Le choix de l’angle de tir par rapport aux objets à examiner ;- Le choix du système film ;- Le choix des écrans et des filtres.




D – AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS

La radiographie X et γ sont de moins en moins utilisées en génie civil comptetenu des restrictions imposées par l’utilisation de ces rayonnements.- L’exposition d’une partie quelconque du corps humain aux rayons X ou gammapeut être préjudiciable à la santé. Toute utilisation de matériels à rayons X ou deradio-éléments doit être soumise aux dispositions légales ou réglementairesappropriées.- La radiographie doit s’accompagner d’une étude et d’une surveillance des zonescontrôlées et surveillées pendant toute la durée de l’intervention :* Il convient d’appliquer scrupuleusement les règles locales, nationales ouinternationales de protection contre les rayonnements ionisants.* Il convient de fournir une estimation des niveaux de débits de dose attendus auxpoints sensibles (lieux de passages, habitations, etc…) ainsi que les valeurs atteintesdurant l’intervention à ces mêmes points.Aujourd’hui, le contrôle par rayon X et γ est de plus en plus remplacé par le radar




D – AVANTAGES ET LIMITATIONS

Technique Avantages Limitations

Rayons X état interne outil de rechercherapide coût initial très importantépaisseur jusqu'à 1 m danger lié à la haute tensionisolation minimeénergie ajustable

Rayons gggg état interne épaisseur 0.5 méquipement plus léger durée d'expositionmoins coûteuse que Xpas d'alimentation électrique

coût, personnel, autorisation, sécurité,défauts parfois indétectables



6 LES TECHNIQUES D’INSTRUMENTATION DES BARRAGES

Pour cette partie, je vous renvoie au site web de la compagnie ROCTEST: www.roctest.com

Et je vous présenterez quelques photos pour les applications



MÉDIAGRAPHIEBrière, Roger, Notes de cours 221-511-AL DIAGNOSTIC D’OUVRAGES, tomes 1 et 2, Automne 2007

Centre d’expertise et de recherche en infrastructures urbaines, Les Classeurs du CERIU : Chaussées,Montréal, 2002

Centre d’expertise et de recherche en infrastructures urbaines, Les Classeurs du CERIU : Infrastructures souterraines,Montréal, 2002

Méthodologie d'évaluation non-destructive de l'état d'altération des ouvrages en béton / Association française de génie civil, Confédération française pour les essais non destructifs ; sous la direction de Denys Breysse et Odile AbrahamParis : Presses de l'École nationale des ponts et chaussées, c2005

Rhazi, Jamal, Ph.D., Techniques de contrôle non destructif et d’instrumentation des infrastructures de génie civil, notes de cours, Université de Sherbrooke, hiver 2004.



MÉDIAGRAPHIE

Abraham, Odile and Dérobert, Xavier, Non-destructive testing of fired tunnel walls: the Mont-Blanc Tunnel case study, Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, Centre de Nantes, France, 17 février 2003, NDT&E International 36 (2003) pp. 411-418

Rhazi, Jamal, Ph.D., Techniques de contrôle non destructif et d’instrumentation des infrastructures de génie civil, notes de cours, Université de Sherbrooke, hiver 2004

Rucker, Michael L., Applying the Seismic Refraction Technique to Exploration for Transportation Facilities, AMEC Earth & Environmental, Inc., U.S. Department of Transportation Federal Highway Administration, Geophysics 2000, Feb. 13

Otto, R., Button, E.A., Bretterebner, H., Schwab, P. 2002 Institute for Rock Mechanics and Tunnelling. The application of TRT True ReflectionTomography at the Unterwald TunnelFelsbau 20(2): 51-56



MÉDIAGRAPHIEAmerican Concrete Institute, In-Place Methods to Estimate Concrete Strength, ACI 228.1R-03, American Concrete Institute, First printing, november 2003, Michigan, USA, 44 pages ISBN 0-87031-132-8

Normes ASTM et CSA A23.2-Appendice A Essais non destructifs du béton

CAN/CSA-A23.2: Vitesse de propagation des ondes impulsionnelles dans le béton

ASTM C 597: Standard Test Method for Pulse Velocity Through Concrete

Controls, Sclerometre concrete hammer mod. 58-C0181/N, Instruction manual, Controls, Italy, 19 pages

Sites internet:http://ceriu.qc.ca http://www.aibq.qc.ca http://www.controls.it http://www.cmhc-schl.gc.cahttp://www.cpicorrosion.com http://www.germann.orghttp://www.mtq.gouv.qc.cahttp://www.proceq-usa.comhttp://www.roctest.com



MÉDIAGRAPHIE

http://www.aperio.co.uk/techniques/tech_ultras.html

http://www.cebtp-solen.com/vente/CS97_CS_fr.html

http://www.cnsfarnell.co.uk

http://www.compsas.com/

http://www.geologging.com/french/products/surface_units/videologger2.htmhttp://www.germann.org/Pages/Download/download/impactecho_testing_cases.pdf

http://www.humboldtmfg.com/

http://www.olsonengineering.com/projects.html

http://www.ndtjames.com/

http://www.ndt.net/article/v08n05/sutan/sutan.htm

http://www.mint.gov.my/PRODUCTS/BTI/nde/Ndt_Concrete_details.html

Documents

MODULE 9 – DIAGNOSTIC D’OUVRAGES