Réaction sulfatique interne au béton - ifsttar.fr · ... Norme NF EN 12504-1, Essais pour béton dans les structures – Partie 1 : Carot es – Prélèvement, examen et essais

techniques et méthodesdes laboratoires des ponts et chaussées

Méthode d’essai des lpc n°67

Réaction sulfatique interne

au béton

Essai d'expansion résiduelle

sur carotte de béton extraite de l'ouvrage

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Réaction sulfatique interne au béton

Essai d’expansion résiduelle sur carot e de béton extraite de l’ouvrage

Méthode d’essai n° 67

Mars 2009

Laboratoire Central des Ponts et Chaussées58, boulevard Lefebvre - 75732 Paris Cedex 15

Ce document a été rédigé par :

Ü Alexandre PAVOINE, Chef du groupe Pathologie des Bétons, Division Physico-Chimie des Matériaux

(Laboratoire Central des Ponts et Chaussées),

Ü Loïc DIVET, Chef de la Division Physico-Chimie des Matériaux

(Laboratoire Central des Ponts et Chaussées).

La méthode d’essai décrite ci-après s’inspire de la méthode des LPC n° 66. Elle se distingue de cette dernière

par la réalisation d’un essai sur des carottes de béton prélevées sur ouvrage. Cette spécifi cité est à l’origine

de dispositions particulières justifi ant la publication de cette nouvelle méthode d’essai.

Ce document a été relu par :

Ü Bruno GODART

Directeur Technique du pôle Ouvrages d’Art

Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

Ü François TOUTLEMONDE

Chef de la Division Fonctionnement et Durabilité des Ouvrages d’Art


Ü Jean-François SEIGNOL

Responsable de la section Surveillance et Pathologie des Ouvrages d’Art

Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Clermont-Ferrand

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Prix : 30 Euros HT

Ce document est propriété du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées et ne peut être reproduit,

même partiellement, sans l’autorisation de son Directeur général (ou de ses représentants autorisés)© 2009 - LCPC

ISBN 978-2-7208-2530-1

CrossRef 10.3829/me67-fr

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1. OBJECTIF ET DOMAINE D’APPLICATION ........................................................................................ 5

2. RÉFÉRENCES ..................................................................................................................................... 6

3. PRINCIPE DE L’ESSAI ........................................................................................................................ 7

4. APPAREILLAGE .................................................................................................................................. 7

4.1. Appareillage pour le prélèvement et la confection des éprouvettes ............................................. 7

4.2. Appareillage pour le suivi des déformations longitudinales .......................................................... 7

4.3. Appareillage pour la réalisation d’examens microscopiques ........................................................ 8

5. EXÉCUTION DE L’ESSAI .................................................................................................................... 8

5.1. Identifi cation des zones de prélèvement ....................................................................................... 8

5.2. Prélèvement des corps d’épreuve ................................................................................................ 9

5.3. Confection et conditionnement des éprouvettes .......................................................................... 10

5.4. Suivi des éprouvettes immergées dans l’eau .............................................................................. 12

Échéances de mesure ................................................................................................................. 12

Suivi des déformations longitudinales .......................................................................................... 12

5.5. Caractérisation des bétons en fi n d’essai .................................................................................... 12

6. EXPRESSION DES RÉSULTATS ....................................................................................................... 12

7. PRÉSENTATION DES RÉSULTATS ................................................................................................... 13

8. REPRODUCTIBILITÉ DE LA MESURE D’EXPANSION .................................................................... 13

9. CONCLUSION .................................................................................................................................... 15

Æ ANNEXE I - FEUILLE D’ESSAI TYPE N° 1 ........................................................................................ 17

FEUILLE D’ESSAI TYPE N° 2 ........................................................................................ 18

Æ ANNEXE II - EXEMPLES D’APPLICATIONS DE LA MÉTHODE D’ESSAI ......................................... 19

1. OUVRAGE 1. ÉVALUATION DU POTENTIEL DE GONFLEMENT ................................................... 19

1.1. Origine des prélèvements ............................................................................................................. 19

1.2. Suivi des déformations longitudinales ........................................................................................... 19

1.3. Interprétation ................................................................................................................................. 20

2. OUVRAGE 2. ÉVALUATION DU POTENTIEL DE GONFLEMENT ................................................... 20

2.1. Origine des prélèvements ............................................................................................................. 20

2.2. Suivi des déformations longitudinales ........................................................................................... 20

2.3. Interprétation ................................................................................................................................. 21

Æ ANNEXE III - ESSAIS SUSCEPTIBLES D’ÊTRE EFFECTUÉS EN COMPLÉMENT DES MESURES D’EXPANSION LONGITUDINALE ............................................................................ 23

1. SUIVI DE LA MASSE DES ÉPROUVETTES DE BÉTON .................................................................. 23

1.1. Principe de l’essai ......................................................................................................................... 23

1.2. Appareillage .................................................................................................................................. 23

1.3. Exécution de l’essai ...................................................................................................................... 23

1.4. Expression des résultats ............................................................................................................... 23

1.5. Interprétation des résultats ........................................................................................................... 24

2. SUIVI DU MODULE D’ÉLASTICITÉ DYNAMIQUE DU BÉTON ......................................................... 24


2.2. Appareillage .................................................................................................................................. 25


Préparation des éprouvettes ........................................................................................................ 25

Procédure de mesure .................................................................................................................. 25

Cas particulier de la première mesure ......................................................................................... 25


2.5. Rapport d’essai et interprétation des résultats .............................................................................. 26

3. DÉTERMINATION DE LA RÉSISTANCE À LA COMPRESSION DU BÉTON ................................... 26


3.2. Appareillage .................................................................................................................................. 27


Préparation des éprouvettes ........................................................................................................ 27

Procédure de mesure .................................................................................................................. 27


3.5. Rapport d’essai et interprétation des résultats .............................................................................. 28

Méthode d’essai N° 67 Page 5

1. Objectif et domaine d’application

La méthode d’essai décrite ci-après s’intègre dans une démarche de pronostic vis-à-vis du développement d’une réaction sulfatique interne (RSI) au béton dans une pièce d’ouvrage ou un élément en béton préfabriqué telle que celle décrite dans le guide technique sur l’aide à la gestion des ouvrages at eints de réaction de gonfl ement interne édité par le LCPC en 2003. Dans le cadre d’une démarche de pronostic, la présente méthode d’essai complète la méthode d’essai des lpc n° 44, cet e dernière permet ant de caractériser le potentiel libre de gonfl ement résiduel associé au développement d’une alcali-réaction dans le béton.La réaction sulfatique interne est une réaction chimique pathogène dont le développement peut se traduire par un gonfl ement et une fi ssuration du béton associés à une baisse signifi cative des propriétés mécaniques de la pièce concernée. Cet e réaction est dite endogène car elle se produit avec des constituants initialement contenus dans le béton lorsqu’un échauff ement au jeune âge (> 65 °C) a pu modifi er le processus normal d’hydratation du ciment. Le gonfl ement s’explique par la formation tardive d’et ringite dite « et ringite secondaire » (produit normalement issu de l’hydratation d’un clinker Portland au jeune âge et dont la fonction est de contrôler le processus d’hydratation) dans un milieu confi né (béton durci) où sa présence peut provoquer le développement de contraintes importantes. Le mécanisme réactionnel de la réaction sulfatique interne fait l’objet d’études et apparaît relativement complexe. Il fait entre autres intervenir la composition du béton (la teneur en alcalins, en sulfates et en aluminates), sa compacité, et se produit lorsque le matériau est exposé à un échauff ement au jeune âge (volume de béton important ou pièces de béton préfabriquées). Voir la notion de « pièces critiques » dans les recommandations nationales d’août 2007. Même si de nombreux aspects du mécanisme de cet e pathologie ont pu être caractérisés, hormis certaines formulations de béton (voir les niveaux de prévention des recommandations nationales) pour lesquelles le risque de gonfl ement est limité, il est à ce jour très diffi cile de déterminer a priori quel est le risque pour une pièce de béton exposée à un échauff ement de développer cet e pathologie.C’est la raison pour laquelle un essai de performance a été développé et édité par le LCPC sous la référence mlpc n° 66. Cet e méthode d’essai permet d’évaluer un couple « béton et échauff ement » avant la mise en œuvre in situ ou la fabrication en usine. Cet e méthode a servi de fondement à l’élaboration de la méthode n°67 décrite dans ce document et dont l’objectif est de quantifi er le potentiel de gonfl ement libre susceptible d’être développé ultérieurement par une pièce d’où a été extraite une ou plusieurs carot e(s). Il s’agit de pièces de béton dont l’inspection révèle la présence d’un phénomène de gonfl ement mais aussi de pièces dont le risque de développement d’une RSI est supposé (pièces similaires ayant développé une RSI, etc.) et doit être évalué.Précisons qu’en l’état actuel des connaissances, l’absence de relation simple permet ant de relier le comportement mécanique de la pièce carot ée au potentiel de gonfl ement libre mesuré ne permet pas d’établir des critères décisionnels basés uniquement sur les résultats obtenus au cours de cet essai.

Pour évaluer l’impact des phénomènes mesurés au cours de cet essai, les mesures de gonfl ement obtenues peuvent être utilisées dans un code de calcul numérique permet ant de relier la courbe de gonfl ement libre au comportement de l’élément en béton placé dans

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l’ouvrage. L’interprétation nécessite cependant autant que possible de connaître l’histoire thermique (en général au jeune âge) susceptible d’avoir déclenché la RSI.

Cet essai se base en priorité sur le suivi des déformations d’éprouvet es de béton. Toutefois, une caractérisation plus complète du béton au cours de l’essai peut être envisagée. À titre indicatif, des essais susceptibles d’être ajoutés au programme expérimental sont présentés en annexe.

2. Références

AFGC, Grandeurs Associées à la Durabilité des Bétons, Réseau Génie Civil et Urbain, Presses de l’École Nationale des Ponts et Chaussées, 437 p., 2007.

AFNOR, Norme NF EN 12390-3, Indice de classement P 18-455, Essai pour béton durci. Partie 3, résistance à la compression des éprouvet es.

AFNOR, Norme NF EN 12504-1, Essais pour béton dans les structures – Partie 1 : Carot es – Prélèvement, examen et essais de compression.

AFNOR, Norme NF EN 14146, Méthodes d’essai pour pierres naturelles, Détermination du module d’élasticité dynamique (par la mesure de la fréquence de résonance fondamentale).

AFNOR, Norme NF EN 12390-4, Essais pour béton durci – Partie 4 : Résistance en compression – Caractéristiques des machines d’essai.

Baghdadi N., Seignol J.-F., Martin R.-P., Renaud J.-C., Toutlemonde F., Eff ect of early age thermal history on the expansion due to delayed et ringite formation : experimental study and model calibration, AGS’08, 2nd Euro-Mediterranean Symposium on Advances in Geomaterial and Structures, Hammamet (Tunisie), May 5-7, Darve F. et al. ed., vol. 4, pp. 661-666, 2008.

Brunetaud X., Étude de l’infl uence de diff érents paramètres et de leurs interactions sur la cinétique et l’amplitude de la réaction sulfatique interne au béton, Thèse de l’École Centrale des Arts et Manufactures de Paris, 253 p., 8 déc. 2005.

Larive C., Apports combinés de l’expérimentation et de la modélisation à la compréhension de l’alcali-réaction et de ses eff ets mécaniques, Études et Recherches des Laboratoires des Ponts et Chaussées OA 28, déc., 395 p., déc. 1998.

LCPC, Aide à la gestion des ouvrages at eints de réaction de gonfl ement interne, Guide technique, Techniques et méthodes des laboratoires des Ponts et Chaussées, 66 p., nov. 2003.

LCPC, Projet de Méthode d’essai des lpc n° 44, Alcali-réaction du béton, Essai d’expansion résiduelle sur béton durci, Techniques et méthodes des Laboratoires des Ponts et Chaussées, 12 p., févr. 1997.

LCPC, Méthode d’essai des lpc n° 66, Réactivité des bétons vis-à-vis d’une réaction sulfatique interne, Essai de performance, Techniques et méthodes des Laboratoires des Ponts et Chaussées, 19 p., sept. 2007.

LCPC, Recommandations pour la prévention des désordres dus à la réaction sulfatique interne, Guide technique, Techniques et méthodes des Laboratoires des Ponts et Chaussées, 59 p., août 2007.

Multon S., Évaluation expérimentale et théorique des eff ets mécaniques de l’alcali-réaction sur des structures modèles, Études et recherches des LPC, OA 46, 423 p., oct. 2004.

Pavoine A., Évaluation du potentiel de réactivité des bétons vis-à-vis de la formation diff érée de l’et ringite, Thèse de l’université Pierre et Marie Curie – Paris VI, 229 p., 28 mai 2003.


3. Principe de l’essai

Il s’agit d’évaluer en laboratoire si le béton d’une pièce d’ouvrage ou d’un élément en béton préfabriqué est susceptible de développer une réaction sulfatique interne et de caractériser l’impact de cet e réaction de gonfl ement sur le béton.

Après avoir défi ni les zones de prélèvement, un carot age est eff ectué de manière à at eindre le béton susceptible d’avoir été exposé à un échauff ement important au jeune âge.

Chaque carot e obtenue est ensuite sciée afi n d’obtenir une éprouvet e de 150 mm à 200 mm de longueur en privilégiant les zones les plus à cœur. Après une immersion dans de l’eau du réseau pendant 24 heures, les éprouvet es sont équipées de plots de mesure extensométrique de manière à suivre leur gonfl ement longitudinal au cours du temps. Le gonfl ement libre des éprouvet es immergées dans de l’eau à 20 ± 2 °C est ainsi caractérisé jusqu’à ce que les variations dimensionnelles soient jugées stables.

Le suivi des éprouvet es se base sur des mesures de déformation longitudinale au cours du temps. À la fi n de l’essai, une confi rmation de l’origine du gonfl ement par des examens microscopiques au MEB est eff ectuée. Le suivi de la masse et du module d’élasticité dynamique au cours de l’essai ainsi que la détermination de la résistance à la compression du béton en fi n d’essai peuvent avantageusement compléter le suivi des déformations longitudinales. Ces derniers essais sont optionnels, ils sont décrits en annexe n° III.

4. Appareillage

Les essais (préparation, conservation et suivi des éprouvet es) sont réalisés dans une salle dont la température est maintenue à 20 ± 2 °C.

4.1. Appareillage pour le prélèvement et la confection des éprouvet es

Carot euse équipée de carot iers (Ø intérieur 80 mm, 110 mm ou 150 mm) spécifi ques à la confection de carot es dont la longueur peut être supérieure à 1 mètre. Cet e carot euse doit être adaptée aux conditions de prélèvements (béton immergé, diffi cultés d’accès, carot age horizontal et vertical, etc.).

Scie de laboratoire permet ant d’eff ectuer un sciage sous eau de carot es de béton dont le diamètre peut at eindre 150 mm et dont la longueur initiale peut être supérieure à 1 mètre.

4.2. Appareillage pour le suivi des déformations longitudinales

un extensomètre amovible de résolution minimale de 1 μm avec une étendue minimale de mesure de ± 200 μm ;

un étalon de calibrage en INVAR de 100 mm de long ;des plots de mesure en acier inoxydable, adaptés à l’extensomètre ;une colle résistant à l’humidité et de fl uage nul à 20 ± 2 °C (par exemple, la colle X60

de marque HBM ou équivalent) ;un conteneur ou bac permet ant d’immerger les éprouvet es dans un volume d’eau

limité : de préférence avec un rapport entre le volume d’eau d’immersion et le volume des éprouvet es de béton inférieur à 1,5.

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4.3. Appareillage pour la réalisation d’examens microscopiques

Les examens microscopiques seront réalisés au Microscope Électronique à Balayage (MEB) sur des échantillons obtenus par fracture afi n de préserver l’apparence et l’agencement des minéraux constitutifs du matériau. Ces échantillons sont conservés dans un dessiccateur pour limiter l’interaction du matériau avec l’air et l’humidité ambiante.

Pour cela, il convient de disposer :

d’outils permet ant d’obtenir des échantillons de béton par fracture ;

d’un Microscope Électronique à Balayage associé à une microsonde pour l’analyse en sélection d’énergie du spectre X émis.

5. Exécution de l’essai

L’essai proposé repose sur deux étapes, la confection des éprouvet es et le suivi des éprouvet es immergées dans l’eau du réseau à 20 ± 2 °C. Son exécution nécessite deux phases préalables importantes pour sa réussite qui sont l’identifi cation des zones de prélèvement et le prélèvement des corps d’épreuve.

5.1. Identifi cation des zones de prélèvement

Les conclusions de l’essai se limitant aux zones prélevées, la défi nition du programme d’échantillonnage est importante et doit faire l’objet d’une discussion entre l’expert chargé de réaliser les essais d’expansion résiduelle et le maître d’ouvrage. Le développement de la RSI étant relativement complexe, le programme d’échantillonnage dépendra de nombreuses considérations propres à l’ouvrage ce qui ne permet pas d’en défi nir un canevas strict. Des précisions sont toutefois apportées en fonction de la démarche adoptée par le demandeur.

Dans le cas de pièces de béton coulées en place, la réalisation de cet essai d’expansion résiduelle peut s’intégrer dans deux types de démarches :

Le développement d’une réaction de gonfl ement du béton est caractérisé et l’ouvrage peut avoir fait l’objet d’un suivi tel que proposé dans le guide technique d’aide à la gestion des ouvrages at eints de réactions de gonfl ement interne. Dans ce cas, une partie du potentiel de gonfl ement est consommée sur site dans des proportions qui dépendent des conditions d’exposition de la pièce concernée vis-à-vis de l’humidité : l’apparition de désordres peut présenter une certaine hétérogénéité et plus particulièrement une intensité locale très prononcée. L’hétérogénéité des désordres est associée aux températures at eintes par le béton (géométrie, formulation et conditions de mise en œuvre de la pièce de béton) et à l’exposition du béton aux intempéries ou à la présence d’eau (pièce immergée, présence anormale d’eau par défaut d’étanchéité, stagnation d’eau). Ces diff érentes considérations doivent être prises en compte pour défi nir le programme de carot age. Il conviendra de ne pas se limiter aux zones les plus dégradées et de prélever de préférence 2 à 3 carot es par zone de prélèvement.

Le risque de gonfl ement est fortement suspecté mais le béton ne présente pas de désordre apparent. Il peut s’agir de pièces de béton dont le calcul simplifi é de l’échauff ement (Annexe IV des recommandations pour la prévention des désordres dus à la réaction sulfatique interne) indique que le béton a été exposé à des températures élevées au jeune âge ou de pièces mises en œuvre dans des conditions voisines (formule de béton, dimension et géométrie de la pièce) de celles ou la pathologie a été décelée.

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Dans ce cas, le potentiel de gonfl ement du béton est vraisemblablement homogène et doit plus dépendre de la température at einte par le béton que du type d’environnement auquel la pièce est exposée. Le programme de carot age pourra dans ce cas être allégé en se limitant aux zones présentant a priori le risque de gonfl ement le plus important, c’est-à-dire là ou l’épaisseur de béton est importante et où la pièce d’ouvrage est exposée à un environnement humide.

Concernant les pièces de béton préfabriquées, ayant généralement été exposées à un traitement thermique, l’essai ne pourra être appliqué qu’aux zones où l’épaisseur du béton est supérieure ou égale à 15 cm.

5.2. Prélèvement des corps d’épreuve

Pour réaliser cet essai, il convient de prélever des carot es dont le diamètre est compris entre 80 et 110 mm voire davantage (150 mm) pour des bétons particuliers (bétons de barrage, voire bétons cyclopéens). Le carot age doit permet re d’at eindre le béton ayant subi l’échauff ement le plus important, ce qui pour des pièces massives peut correspondre à des longueurs de carot es supérieures à un mètre. Cet e longueur est à adapter en fonction des conditions de prélèvement. Cet e étape est particulièrement importante puisqu’un prélèvement d’échantillons trop courts pourrait conduire à une erreur de pronostic.Des essais en laboratoire (GranDuBé 2008, X. Brunetaud 2005, A. Pavoine 2003) montrent que le gonfl ement libre d’éprouvet es de béton identiques peut présenter une dispersion relativement importante, le phénomène étant caractérisé par des fuseaux de gonfl ement au cours du temps. Ainsi, pour fi abiliser l’interprétation des résultats d’essai, il est recommandé d’eff ectuer 2 à 3 carot ages par zone de prélèvement.Le choix des zones de prélèvement, le nombre de carot es et leur orientation fi xeront le domaine d’étude et la fi abilité du pronostic. L’expansion d’un béton at eint par une réaction sulfatique interne est un phénomène volumique qui peut présenter une anisotropie. Dans la mesure du possible, le programme d’échantillonnage devra comporter des carot es prélevées horizontalement et verticalement afi n d’apporter en fi n d’essai un maximum de données pertinentes en vue d’évaluer l’impact du gonfl ement sur la structure.

Pour illustrer l’importance à accorder à la longueur de prélèvement, nous présentons ci-après le résultat d’un calcul de l’échauff ement d’un chevêtre coulé en place. La pièce de béton étudiée est un chevêtre formulé à l’époque avec 350 kg de ciment Portland CPA 55 R. Le béton de ce chevêtre a été exposé à un échauff ement important. Sur la fi gure 1,

0 0,5 1 1,5 20

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Distance à partir de la surface (m)

Température maximale de l'échauffement (˚C) Figure 1

Température maximale at einte par le béton en fonction du niveau de profondeur.


le gradient de température at einte illustre l’importance de la distance à at eindre pour évaluer le risque de gonfl ement par un développement d’une réaction sulfatique interne. Une longueur minimale de 50 cm est donc nécessaire pour at eindre les zones ayant le plus chauff é. À cela s’ajoute la longueur nécessaire pour préparer une éprouvet e de béton.

À l’issue du carot age, il est important de protéger les carot es de béton d’une éventuelle dessiccation. Pour cela, il convient de les recouvrir d’un fi lm étanche et non putrescible ou de les emballer dans des sacs hermétiques scellés.

En fi n d’essai, il est recommandé d’eff ectuer des observations microscopiques pour valider l’origine des gonfl ements mesurés. Il convient alors, dans la mesure du possible, de réserver des fragments de béton pour caractériser la microstructure initiale du matériau.

5.3. Confection et conditionnement des éprouvet es

Une éprouvet e est préparée par sciage de chaque carot e prélevée dans l’ouvrage. Les points de sciage sont défi nis afi n d’obtenir des éprouvet es dont la longueur est comprise entre 150 et 200 mm en privilégiant les zones les plus à cœur du béton et en s’assurant de l’absence d’armature. L’identifi cation des points de coupe dans la carot e pourra prendre en compte la confection d’échantillons en vue de réaliser des observations microscopiques initiales du béton à diff érents niveaux de profondeur par rapport au parement.

Toutes les éprouvet es ainsi confectionnées sont identifi ées par des informations sur la zone prélevée (pièce carot ée, hauteur, exposition, etc.), et par la distance les séparant de la surface de parement. Elles sont ensuite immergées dans de l’eau à 20 ± 2 °C pendant une journée*.

Il convient d’immerger les éprouvet es d’une même zone de carot age dans le même bac en réduisant autant que possible le rapport entre le volume de béton et le volume d’eau pour limiter la lixiviation du matériau par la solution d’immersion au cours de l’essai. Le niveau d’eau est ajusté pour immerger totalement les éprouvet es pendant toute la durée de l’essai. Les bacs doivent être équipés d’un couvercle limitant l’évaporation de l’eau au cours du temps. À l’issue de cet e courte immersion, trois séries de deux plots de mesure sont collés sur chacune des éprouvet es.

Le collage doit être réalisé à 20 ± 2 °C dans un délai raisonnable de l’ordre de 20 minutes pour ne pas sécher le béton, et le matériel nécessaire doit être mis à température (20 ± 2 °C) depuis au moins 24 heures.

Cet e étape consiste à fi xer trois séries de plots sur une éprouvet e dont la surface a été légèrement séchée à l’aide d’un linge. Les plots sont distants de 10 cm suivant la hauteur de l’éprouvet e et fi xés à égale distance de la mi-hauteur. La distance qui sépare les plots doit être rapidement ajustée par comparaison avec la base en Invar avant que la colle n’ait durci. Les trois génératrices ainsi collées sont équidistantes de 120° suivant la circonférence des éprouvet es (Fig. 2 et 3).

* Cet e étape permet de limiter les diff érences de comportement dimensionnel des éprouvet es au jeune âge lors de leur immersion défi nitive. Elles peuvent notamment être dues à une dessiccation du béton au cours de la période séparant la phase de carot age et la préparation des éprouvet es en laboratoire. Cet e courte immersion a pour objectif de porter les éprouvet es à une température de 20 ± 2 °C et d’homogénéiser leur état hydrique avant de les équiper de plots de mesure.


120˚ 120˚120˚

Axe aAxe b

Axe c

Plots de mesureextensométrique

100

mm

Figure 2

Représentation d’une éprouvet e cylindrique équipée de trois séries de plots collés longitudinalement suivant trois génératrices espacées de 120°.

Figure 3

Exemple d’une éprouvet e (200 mm de long et 94 mm de diamètre) obtenue par sciage d’une carot e prélevée sur ouvrage et équipée de plots de mesure. Cet e éprouvet e caractérise le béton initialement située entre 65 et 85 cm de profondeur par rapport au parement.


5.4. Suivi des éprouvet es immergées dans l’eau

La conservation et le suivi des éprouvet es sont réalisés dans une salle dont la température est régulée à 20 ± 2 °C. Le niveau de la solution d’immersion est contrôlé régulièrement et ajusté si nécessaire par un faible ajout d’eau.

Echéances de mesure

Les déformations des éprouvet es de béton sont suivies à échéances fi xes. À titre indicatif, les mesures peuvent être réalisées après 7 jours d’immersion, tous les 15 jours pendant 2 mois puis une fois par mois jusqu’à at eindre un palier de gonfl ement avec une durée minimale de l’essai de 1 an.

Les mesures initiales constituant le point zéro du suivi étant particulièrement importantes, il convient d’eff ectuer la mesure à trois reprises sur chaque génératrice après une courte immersion (1 heure). La mesure initiale retenue pour chaque génératrice est la moyenne des trois mesures.

Suivi des déformations longitudinales

Chaque mesure ne doit pas excéder 2 minutes afi n d’éviter un assèchement du béton. La mesure de l’étalon doit précéder la mesure des génératrices.

À l’échéance ‘t‘, eff ectuer pour chaque éprouvet e les mesures E(a,b,c)(t) en micromètres de chaque base (a, b et c) ainsi que celle du barreau étalon Ee(t). Consigner les mesures en microns à 1 micromètre près.

5.5. Caractérisation des bétons en fi n d’essai

Pour conforter les conclusions de l’essai d’expansion résiduelle, il convient d’eff ectuer des examens microscopiques au Microscope Électronique à Balayage (MEB). Pour cela, nous recommandons d’eff ectuer des essais sur des échantillons réservés à cet eff et lors de la confection des éprouvet es ainsi que sur des échantillons prélevés dans l’éprouvet e en fi n d’essai. Une étude comparative de la microstructure avant et après l’essai permet de s’assurer de l’origine des gonfl ements. Le chargé d’essai pourra se référer à la charte photographique relative aux diff érents faciès de l’et ringite proposée par l’AFGC (AFGC- 2007).

6. Expression des résultats

Les résultats sont exprimés en (%) m/m par rapport à la première mesure réalisée le premier jour. Deux exemples de feuille d’essais sont donnés en annexe I.

Pour chaque éprouvet e, les résultats consignés dans le compte rendu d’essai doivent comprendre pour chaque échéance (t) :

les mesures E(a,b,c)(t) et Ee(t) en micromètres (au micromètre près) de respectivement chaque base (a, b et c) et de l’étalon à l’échéance ‘t’ ;

l’expansion Δε(a,b,c)(t) de chaque base (a, b et c) à l’échéance ‘t’ ;

l’expansion moyenne Δε(t) de chaque éprouvet e de béton à l’échéance (t) ;

ÜÜÜ


Ces données sont calculées comme suit :

Avec

D(a,b,c)(t0) et D(a,b,c)(t), respectivement la diff érence de longueur en micromètres entre la barreau étalon et la base a, b ou c de l’éprouvet e à l’échéance de mesure ‘t0’, et à l’échéance ‘t’ ;

E(a,b,c)(t0) et E(a,b,c)(t), respectivement, les mesures en micromètres de chaque base (a, b et c) à l’échéance initiale ‘t0’ et à l’échéance ‘t’ ;

Ee(t0) et Ee(t), respectivement les mesures en micromètres du barreau étalon à l’échéance initiale ‘t0’, et à l’échéance ‘t’ ;

Δε(a,b,c,)(t) l’expansion de la génératrice a, b ou c à l’échéance ‘t’ en pourcent ;

Δε(t) l’expansion de la carot e déterminée à partir de la moyenne des trois génératrices à l’échéance ‘t’ en pourcent.

7. Présentation des résultats

Le compte rendu d’essai contient au minimum :

l’identifi cation précise des éprouvet es soumises à l’essai et notamment la localisation dans l’ouvrage (pièce carot ée, âge du béton carot é, exposition, informations sur l’humidité, hauteur, profondeur, etc.) ;

les données indiquées en annexe I dans les feuilles d’essais ;

un graphique dans lequel l’expansion de chaque éprouvet e est tracée en fonction du temps d’immersion,

une synthèse des observations microscopiques.

8. Reproductibilité de la mesure d’expansion

Chaque carot e ayant sa propre histoire thermique (ce qui la distingue d’une série d’éprouvet es confectionnées en laboratoire), il n’est pas possible pour ce type d’essai d’estimer l’incertitude de mesure associée à la détermination du gonfl ement d’un béton carot é sur ouvrage.

Dans le cadre d’essais réalisés en laboratoire sur des éprouvet es fabriquées avec la même formule de béton et traitées thermiquement dans une même enceinte, le suivi de 10 éprouvet es de béton cylindriques a permis de quantifi er un écart type de 0,007 % (K = 1) pour une expansion moyenne de 0,062 % [Pavoine, 2003].

Le suivi d’une centaine d’éprouvet es susceptibles de développer une RSI et mises en œuvre pour la réalisation de deux plans d’expériences factoriels a permis d’établir un

Ü

ÜÜÜÜ

Ü

ÜÜÜ


écart type expérimental de 0,07 % et de 0,09 % pour une expansion moyenne de 0,23 % et de 0,28 % [Brunetaud, 2003].

Les travaux eff ectués dans le cadre d’un groupe de travail de l’Association Française de Génie Civil [AFGC, 2007] permet ent d’évaluer les écarts de reproductibilité pour deux formules de béton. Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau I.

TABLEAU I - Données de reproductibilité issues des travaux de GranDubé [AFGC - 2007] et obtenues sur des éprouvettes fabriquées et traitées thermiquement en laboratoire

Campagne n° 1 Béton 1

[80 °C/10 h] à un an

SR

Expansion moyenne

Nombre de laboratoires

0,031

0,141

4

Campagne n° 1 Béton C

[80 °C/10 h] à un an

SR

Expansion moyenne


0,006

0,006

4

Campagne n° 2 Béton 1

[80 °C/10 h] à un an

SR

Expansion moyenne


0,063

0,203

4

Campagne n° 1 Béton C

[80 °C/10 h] à un an

SR

Expansion moyenne


0,0004

0,008

4

Ces résultats issus d’études diff érentes sont illustrés par la fi gure 4 qui montre une bonne relation entre l’amplitude du gonfl ement et l’écart type de la mesure ce qui, pour des éprouvet es fabriquées en laboratoire, permet d’estimer un coeffi cient de variation (conditions de reproductibilité) voisin de 30 % de la valeur moyenne.

Figure 4

Ecart-type de la mesure en fonction du gonfl ement moyen. Synthèse d’études eff ectuées sur des éprouvet es cylindriques fabriquées et traitées thermiquement en laboratoire.

Pavoine 2003

Brunetaud 2005

Brunetaud 2005

GranDuBé 2007

GranDuBé 2007

GranDuBé 2007

GranDuBé 2007

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,10

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4Expansion (%)

Écart type (%)


9. Conclusion

L’essai d’expansion résiduelle sur béton durci est un des outils d’aide au diagnostic et à l’étude des ouvrages aff ectés de désordres par une expansion du béton due à la RSI. Son objectif principal est d’apporter des éléments de pronostic sur l’évolution de l’ouvrage.L’absence d’expansion résiduelle peut indiquer soit que le béton est, de par sa composition et l’échauff ement qu’il a subi, non réactif, soit qu’il est réactif mais que son potentiel de réactivité est épuisé. Dans les deux cas, on peut penser que le comportement de l’ouvrage sera stable quelle que soit l’évolution des conditions d’environnement.La présence d’un certain taux d’expansion résiduelle indique que le béton peut développer dans le futur un gonfl ement par RSI si les conditions d’environnement s’y prêtent (humidité).

Les données acquises au cours de cet essai en laboratoire ne permet ent pas à elles seules de caractériser le comportement de l’ouvrage en raison du grand nombre de paramètres qui séparent les deux situations :

Béton en place soumis à un état de contrainte, alors que le béton des éprouvet es est libre (pièces adjacentes, ferraillage, etc.) ;

Mesure dans une direction seulement alors que le phénomène est multidirectionnel ;

Conditions d’environnement diff érentes pour l’ouvrage et les éprouvet es (température, eau).

Néanmoins, les résultats issus de l’essai d’expansion résiduelle constituent une donnée de base permet ant de caler les paramètres « chimico-mécaniques » nécessaires au calcul de l’ouvrage en vue de pronostiquer son état futur et d’évaluer les éventuelles mesures de traitement et/ou de réparation.

D’un coût modéré, s’il est réalisé suffi samment tôt compte tenu de sa durée, cet essai contribue à la prise de décision vis-à-vis d’un ouvrage dont la RSI est en cours d’évolution.

ÜÜÜ

Méthode d’essai N

° 67 Page 17

Référence de la carot e de béton : ..............................................................

AN

NE

XE

I - Feu

ille d

’essai ty

pe n

° 1Semaines

Date

jj/mm/aaaa

ACQUISITION DES DONNÉES TRAITEMENT DES DONNÉES

Etalon - Ee

(μm)

Base a

E(a)

(μm)

Base b

E(b)

(μm)

Base c

E(c)

(μm)

Base a

(%)

Base b

(%)

Base c

(%)

Δε(t)

(%)

0 (t0)0 0 0 0

1

2

4

6

8

12

16

20

24

28

32

36

40

44

48

52

...

Page 18Essai d’expansion résiduelle sur carotte de béton extraite de l’ouvrage

Référence de la carot e de béton : ..............................................................

SemainesDate

jj/mm/aaaa

ACQUISITION DES DONNÉES TRAITEMENT DES DONNÉES

Etalon - Ee

(μm)

Base a

E(a)

(μm)

Base b

E(b)

(μm)

Base c

E(c)

(μm)

Fréquence de

résonance (Hz)

Masse

(g)

Base a

(%)Base b

(%)

Base c

(%)

Δε(t)

(%)

Δm(t)

(%)

E(t)

(Mpa)

0 (t0)

Données initiales

L0 (mm)................D0 (mm)................Flongi (Hz)................

M0 (g)................

M0’ (g)................

0 0

1

2

4

6

8

12

16

20

24

28

32

36

40

44

48

52

...

AN

NE

XE

I (suite

) - Feu

ille d

’essai ty

pe n

° 2


ANNEXE II - Exemples d’applications de la méthode d’essai

1. Ouvrage 1. Évaluation du potentiel de gonfl ement

1.1. Origine des prélèvements

Carotte 1

Carottage dans la pile P1

face nord

Carotte 3


face sud

Carotte 5


face nord

1A de 19 à 39 cm

1B de 59 à 79 cm

1C de 100 à 120 cm

ÜÜÜ

3A de 11 à 21 cm,

3B de 65 à 85 cm,

3C de 95 à 115 cm,

3D de 115 à 135 cm

ÜÜÜÜ

5A de 22 à 42 cm

5B de 65 à 85 cm

5C de 105 à 125 cm

ÜÜÜ

1.2. Suivi des déformations longitudinales (Fig. 5)

Carotte 1A de 19 à 39 cm

Carotte 1B de 59 à 79 cm

Carotte 1C de 100 à 120 cm

Carotte 3A de 11 à 21 cm

Carotte 3B de 65 à 85 cmCarotte 3C de 95 à 115 cm

Carotte 3D de 115 à 135 cm

Pile 3 face nord

-0,02

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

100 200 300 400

Temps (jours)

Expansion (%)

Carotte 5A de 22 à 42 cmCarotte 5B de 65 à 85 cm

Carotte 5C de 105 à 125 cm

Pile 1 face nord

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0 100 200 300 400

Temps (jours)

Expansion (%)Pile 1 face sud

0

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0 100 200 300 400

Temps (jours)

Expansion (%)

0

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

10 30 70 105 130Profondeur (cm)

Expansion après 372 jours d'immersion (%)

Carotte 1, Pile 1 face nordCarotte 3, Pile 1 face sudCarotte 5, Pile 3 face nord

Figure 5

Suivi des éprouvet es au cours du temps.


1.3. Interprétation

Les essais d’expansion résiduelle révèlent que le béton de la pile P1 prélevé dans la face sud (carot e 3) présente un risque de gonfl ement non négligeable dans les zones les plus à cœur (au-delà de 95 cm de profondeur) là où l’échauff ement au jeune âge a vraisemblablement dû être le plus important. Après 372 jours de suivi, un palier de gonfl ement libre de 0,33 % a été at eint dans le béton prélevé entre 115 et 135 centimètres de profondeur. La carot e prélevée dans la face nord de la pile P1 révèle un potentiel de gonfl ement plus faible (≤ 0,08 %) que celle prélevée dans la face sud quel que soit le niveau de profondeur.En ce qui concerne la pile P3, la carot e n° 5 se caractérise par un gonfl ement lent mais linéaire. Contrairement aux autres bétons, le potentiel total de gonfl ement libre n’a pas pu être caractérisé après un an de suivi. À ce jour, un gonfl ement moyen de 0,10 % est at eint pour le béton situé au-delà de 65 centimètres de profondeur et l’allure des courbes montre que ce phénomène n’est pas stabilisé. L’évaluation du potentiel de gonfl ement nécessite dans ce cas de poursuivre l’essai jusqu’à ce que les phénomènes de gonfl ement soient stabilisés.

2. Ouvrage. 2. Évaluation du potentiel de gonfl ement

2.1. Origine des prélèvements

Cet ouvrage a été carot é dans deux zones distinctes :Dans un fût de pile dont l’aspect de surface (absence de fi ssure) laisse à penser que le

béton est sain ;Dans un chevêtre dont le diagnostic a permis d’identifi er le développement d’une

réaction sulfatique interne. Ce chevêtre a été carot é dans une première zone peu fi ssurée et une deuxième zone très fi ssurée. Ces deux zones se distinguant par l’humidité de l’environnement auquel elles sont exposées.Les essais ont été réalisés sur des échantillons prélevés à cœur (plus d’un mètre de profondeur).

2.2. Suivi des déformations longitudinales (Fig. 6)

ÜÜ

Figure 6

Suivi des éprouvet es au cours du temps. 0,278 %

0,368 %

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 100 200 300 400Temps (jours)

Expansion (%)

0,025 ± 0,002 %

Zone non fissurée - pile

Zone non fissurée - pile

Zone peu fissurée - chevêtre

Zone peu fissurée - chevêtre

Zone très fissurée - chevêtre


2.3. Interprétation

D’après ces résultats, nous observons que la zone très fi ssurée du chevêtre a at eint le palier de gonfl ement sur site puisque aucun gonfl ement n’est mesuré en laboratoire sur l’éprouvet e prélevée dans cet e zone. En revanche, les zones peu fi ssurées ont un potentiel de réactivité important qui peut se développer à long terme. Ceci souligne l’impact de l’eau dans le développement de cet e réaction de gonfl ement puisque ces zones sont plus ou moins exposées à l’humidité et à l’eau. En l’absence d’un système de drainage effi cace, la zone la plus fi ssurée est souvent recouverte d’eau tandis que la zone peu fi ssurée est uniquement exposée à la pluie.

Le fût de pile et le chevêtre carot és ont la même formule de béton. Pourtant, sur site et au cours de l’essai, le fût de pile ne développe pas de réaction de gonfl ement interne. Cet e expertise a permis d’identifi er l’importance de la géométrie des pièces de béton mises en œuvre. En eff et, le fût de cet e pile se caractérise par une section relativement faible (structure en créneaux et pièce évidée) ce qui a fortement limité l’échauff ement du matériau au jeune âge.


Le suivi de la masse et du module d’élasticité dynamique au cours de l’essai, ainsi que la détermination de la résistance à la compression du béton apportent des informations sur le comportement du béton au cours de l’essai. La réalisation de ces essais est fortement recommandée. Notamment, pour des bétons dont le potentiel de gonfl ement mesuré par l’essai n’est pas négligeable, l’apport de ces données peut avantageusement compléter les données d’entrées nécessaires à l’établissement du pronostic émis sur l’évolution de la pièce carot ée.

1. Suivi de la masse des éprouvet es de béton

1.1. Principe de l’essai

L’essai consiste à suivre la masse des éprouvet es au cours de la phase d’immersion.

1.2. Appareillage

Une balance permet ant de peser les éprouvet es de béton à 0,1 gramme près et placée dans une salle d’essai où la température est maintenue à 20 ± 2 °C.

1.3. Exécution de l’essai

Le protocole à adopter pour peser les éprouvet es est le suivant :

sortir les éprouvet es du bac et éliminer l’eau ruisselante sur l’éprouvet e à l’aide d’un tissu humide ;

peser les éprouvet es et noter la masse Mt (g) pour chacune d’entre-elles.

Les pesées sont eff ectuées aux mêmes échéances que celles retenues pour les mesures d’expansion.

Cas particulier de la première pesée

Pour déterminer la masse initiale des éprouvet es et prendre en compte la variation de la masse due au collage des plots de mesure, il convient d’eff ectuer une première pesée de l’éprouvet e avant le collage des plots (notée M0 (g) à 0,1 gramme près) suivie par une deuxième pesée après le collage des plots et à la suite de la courte immersion d’une heure. Cet e dernière pesée est notée M0’(g) à 0,1 gramme près.

1.4. Expression des résultats

Les résultats sont exprimés en (%) g/g par rapport à la pesée initiale (M0).

ÜÜ

ANNEXE III - Essais susceptibles d’être effectués en complément des mesures d’expansion longitudinale


La variation de masse Δm (t) (%) est exprimée pour l’échéance ‘t’ à partir de l’équation suivante :

1.5. Interprétation des résultats

La variation de la masse des éprouvet es au cours de l’essai est associée à une prise de poids at ribuée à l’absorption d’eau par le béton. Cet e augmentation de la masse de l’éprouvet e est observée dans la mesure où le gonfl ement du béton ne provoque par une décohésion et une perte de matière.

La prise de poids des éprouvet es peut être at ribuée à une reprise d’eau du béton (elle est fonction du diamètre de la carot e, des conditions hydriques de la pièce carot ée, de la microstructure du béton, des conditions de conservation du béton après le carot age, etc.). Cet e reprise d’eau s’observe au cours des premières semaines d’immersion. Lorsque le potentiel de gonfl ement n’est pas négligeable, la variation de la masse des éprouvet es est également at ribuée à des modifi cations de la microstructure (fi ssuration du béton, création d’une nouvelle porosité) et à la formation de produits hydratés (l’et ringite notamment). La contribution de ces trois phénomènes (reprise d’eau, fi ssuration, formation d’et ringite) dans la variation de masse mesurée ne pourra pas être distinguée.

Enfi n, ce suivi permet de vérifi er simplement que l’éprouvet e a été immergée de façon permanente au cours de l’essai.

2. Suivi du module d’élasticité dynamique du béton


La détermination du module d’élasticité dynamique d’une éprouvet e de béton est basée sur la caractérisation de la fréquence de résonance fondamentale d’une onde se propageant longitudinalement dans l’éprouvet e.

La méthode d’essai se rapproche de celle décrite dans la norme NF EN 14146 « Détermination du module d’élasticité dynamique (par la mesure de la fréquence de résonance fondamentale) » et dont le domaine d’emploi concerne les pierres naturelles.

Il s’agit ici, d’appliquer un mode d’excitation instantanée sur une seule éprouvet e et de déterminer la fréquence de résonance fondamentale longitudinale en Hertz. Pour accéder au module d’élasticité dynamique du béton il convient également de déterminer la masse et les dimensions de l’éprouvet e. Ces mesures viennent donc compléter un programme de suivi comportant des mesures d’expansion (telles que décrites dans le corps principal du texte de cet e méthode) et des pesées d’éprouvet es (telles que décrites dans cet e annexe).


2.2. Appareillage

L’appareillage est celui décrit dans la norme d’essai NF EN 14146. Précisons qu’à l’heure actuelle les caractéristiques du générateur de fréquence et du système de mesure de la fréquence de résonnance peuvent être net ement supérieures à celles indiquées dans la norme. Une gamme de fréquence de 100 kHz et une précision de 0,005 % sur la fréquence peuvent être obtenues avec les dispositifs actuels.

La mesure des dimensions initiales de l’éprouvet e sera réalisée à l’aide d’un pied à coulisse ou d’un instrument équivalent d’une précision minimale de 0,1 mm.

L’appareillage pour le suivi des déformations longitudinales des éprouvet es est celui décrit au chapitre 4.2 Appareillage pour le suivi des déformations longitudinales (page 7). La masse de l’éprouvet e est déterminée à l’aide d’une balance précise à 0,1 gramme près et placée dans une salle d’essai où la température est maintenue à 20 ± 2 °C.


Préparation des éprouvet es

La réalisation de cet essai ne modifi e pas les conditions de confection des éprouvet es. Il conviendra toutefois de s’assurer de la planéité des surfaces sciées, ces dernières devant être perpendiculaires aux surfaces sciées par le carot ier.

Procédure de mesure

La pesée de l’éprouvet e est eff ectuée conformément au protocole décrit au chapitre 1.3 Exécution de l’essai, Annexe III (page 23).

La mesure des dimensions longitudinales de l’éprouvet e est eff ectuée conformément au protocole décrit au chapitre 5.4 Suivi des éprouvet es immergées dans l’eau (page 12).

Pour eff ectuer la mesure de la fréquence de résonance dans de bonnes conditions, il convient d’appliquer un gel favorisant la propagation des ondes à l’interface entre l’accéléromètre et l’éprouvet e. Le support doit être parfaitement absorbant, telle une mousse par exemple ce qui limite les interférences susceptibles de modifi er les oscillations de l’éprouvet e. L’éprouvet e peut également être positionnée sur un support rigide, placé aux points de l’éprouvet e où l’amplitude des oscillations est supposée nulle. Pour les carot es de béton cylindriques, ces positions sont situées au 1/5 et au 4/5 de l’éprouvet e dans l’hypothèse d’une propagation plane des ondes.

Eff ectuer trois mesures de la fréquence de résonance longitudinale fondamentale et consigner la valeur moyenne F(t) en Hertz à 1 Hertz près.

Cas particulier de la première mesure

Après la courte immersion (1 heure) qui suit l’étape de collage des plots sur l’éprouvet e il convient :

de déterminer la fréquence de résonance initiale de l’éprouvet e de béton F0 (Hz) ;

de mesurer chaque éprouvet e et consigner la longueur (L0 mm) et le diamètre D0 (mm).

ÜÜ


2.4. Expression des résultats

La fréquence de résonance longitudinale est reliée à la géométrie et aux caractéristiques mécaniques de l’éprouvet e par la relation suivante :

Edyn(t) = 4* f2longi(t)*L2(t) ρ(t)∗1.10−9

Avec à chaque échéance ‘t’ de mesure : flongi (t) : fréquence propre de résonance longitudinale [s-1] ;L(t) : hauteur de l’éprouvet e [m] ;Edyn (t) : module dynamique de déformation longitudinale [GPa] ;

ρ(t) : masse volumique du matériau de l’éprouvet e [kg/m3].

La masse volumique « ρ(t) » est déterminée à chaque instant à partir des mesures initiales (D0 et L0), de la masse M(t) et des mesures de gonfl ement sous l’hypothèse d’un gonfl ement isotrope en appliquant l’équation suivante :

ÜÜÜÜ

La longueur L(t) est obtenue à partir de la mesure initiale L0 et des mesures de gonfl ement par l’équation suivante :

L(t) = L0 *(1 + ∆ε(t))

Cet e relation suppose une propagation plane de l’onde, sans réfl exion sur la surface latérale. En pratique, les réfl exions existent mais ne modifi ent pas signifi cativement la valeur de la première fréquence d’oscillation longitudinale.

2.5. Rapport d’essai et interprétation des résultats

La diminution du module d’élasticité dynamique d’un béton traduit un endommagement de celui-ci. Des études antérieures (X. Brunetaud, 2005) réalisées sur des éprouvet es coulées en laboratoire montrent qu’il n’existe pas de seuil de gonfl ement auquel une chute du module peut être associée.

La variation du module apparaît à la fois fortement liée à la cinétique et à l’amplitude du gonfl ement. Il apparait que des gonfl ements négligeables peuvent être associés à une augmentation relativement lente du module. Lorsque l’expansion est faible voir nulle, il est fréquent de ne pas observer d’impact sur le module d’élasticité dynamique qui reste constant au cours de l’essai. En revanche, un gonfl ement rapide et important se traduit par une chute signifi cative du module ce qui correspond à une perte des propriétés mécaniques du béton.

3. Détermination de la résistance à la compression du béton


L’objectif de ces essais est de caractériser la résistance à la compression du béton durci au moment du prélèvement pour ensuite évaluer l’évolution de cet e propriété en déterminant la résistance à la compression des éprouvet es ayant subi l’essai d’expansion résiduelle.


L’essai consiste à eff ectuer un essai de compression sur une carot e de béton préalablement surfacée. Cet essai est décrit par la norme NF EN 12504-1.

3.2. Appareillage

La machine d’essai utilisée pour eff ectuer l’essai de compression doit répondre aux exigences de la norme EN 12390-4.


Préparation des éprouvet es

Deux lots d’éprouvet es doivent être confectionnés.

Un premier lot d’éprouvet es représentatives de l’état du béton de structure au moment du carot age. Les éprouvet es confectionnées pour l’essai d’expansion étant obtenue par sciage de la partie la plus à cœur des carot es prélevées sur site, il conviendra pour l’essai de compression de préparer des éprouvet es d’élancement égale à 2 à partir de la fraction de la carot e jouxtant la partie réservée pour l’essai d’expansion (Fig. 7).

Le deuxième lot est constitué des éprouvet es ayant subi l’essai d’expansion résiduelle. Ces éprouvet es pouvant avoir un élancement supérieur à 2, il conviendra d’ajuster la longueur des éprouvet es par sciage.

Ü

Ü

Les faces d’application de l’eff ort de compression devront être lisses et perpendiculaires à l’axe longitudinal (écart d’orthogonalité inférieur à 2°). Si nécessaire, il convient de meuler les faces de chargement pour at eindre cet e spécifi cation. Les diamètres minimal et maximal de l’éprouvet e ne devront pas présenter un écart supérieur à 2 % par rapport au diamètre moyen.

Avant de procéder à l’essai de compression, les faces d’essais non meulées seront surfacées conformément à la norme NF EN 12504-1 relative à l’essai de compression.

Procédure de mesure

L’essai est réalisé conformément à la norme NF EN 12504-1.

3.4 Expression des résultats

La résistance à la compression du béton est exprimée en Méga pascal à 0,5 MPa près en appliquant l’équation donnée dans la norme de référence.

Essai d'expansionrésiduelle

Essai decompression

ParementCœur du bétonFigure 7

Répartition des essais d’expansion et de compression sur le béton prélevé dans la structure par carot age.


3.5. Rapport d’essai et interprétation des résultats

Le rapport d’essai doit comprendre l’ensemble des données listées dans la norme de référence.

Dans le cadre d’une expertise réalisée par le Laboratoire Central des Ponts et chaussées, l’impact du développement d’une réaction sulfatique interne au cours d’un essai d’expansion résiduelle a été caractérisé par des essais de résistance à la compression réalisés avant et après l’essai. Ces résultats montrent qu’un gonfl ement compris entre 0,27 et 0,33 % se traduit par une diminution de la résistance mécanique à la compression de 59 MPa à 41 et 42 MPa. Précisons qu’il s’agit ici de gonfl ements lents puisque le seuil de gonfl ement est at eint après seulement 540 jours de suivi.

Pour des bétons at eints par une réaction sulfatique interne, le potentiel de gonfl ement peut être relativement important et se traduire par une forte chute de la résistance à la compression. Des essais réalisés par A. Pavoine (2003) ont révélé une chute de 75 % de la résistance en compression d’un béton ayant at eint 1,6% de gonfl ement. De même, les essais réalisés par X. Brunetaud (2005) montrent que la résistance ultime à la compression peut approximativement chuter de 20 % pour un gonfl ement de 0,4 %, et de 60 % pour un gonfl ement supérieur à 0,8 %.

Document publié par le LCPC sous le numéro C1502530

Conception et réalisation LCPC-DISTC, Marie-Christine Pautré

Infographie LCPC-DISTC, Philippe Caquelard

Impression Jouve N°

Dépôt légal 1er trimestre 2009

ISSN 1167-489X

Réf : ME 67

Prix : 30 Euros HT

L'essai d'expansion résiduelle est un outil d'aide à la gestion d'ouvrages atteints ou susceptibles

d'être atteints par une réaction sulfatique interne au béton. Cet essai est réalisé en laboratoire sur

des carottes extraites de l'ouvrage. Les données obtenues (expansion longitudinale en gonflement

libre, variation de la masse, du module d'élasticité dynamique et de la résistance à la compression)

contribuent au pronostic de la pièce d'ouvrage. Cet essai permet d'identifier des pièces d'ouvrages

à risque. De plus, les résultats sont des données susceptibles d'être utilisées dans un calcul

numérique en vue de modéliser le comportement mécanique de l'ouvrage sous l'effet de la réaction

pathogène.

The expansion test can be proposed for the assessment of concrete structures submitted to delayed

ettringite formation (DEF) or susceptible to develop this pathology. This test is realized in laboratory

on cores taken from structures. The results (expansion, mass, dynamic modulus, compressive

strength) are used to evaluate the residual impact of DEF on structures. The obtained data can also

be used in a numerical model for the evaluation of mechanical properties variations under swelling

reaction.

Documents

Réaction sulfatique interne au béton - ifsttar.fr · ... Norme NF EN 12504-1, Essais pour béton dans les structures – Partie 1 : Carot es – Prélèvement, examen et essais