Contrôle du béton par des essais non destructifs Très souvent, des doutes sont émis sur la qualité des bétons mis en œuvre. Ces doutes mèneront généralement vers un contrôle sur les ouvrages réalisés. Dans le contrôle, on peut distinguer deux procédés de mesure:  La mesure directe: on mesure directement la grandeur à contrôler. C’est les essais destructifs du béton, qui se pratiquent soit sur des éprouvettes, soit sur des carottes. Cette méthode est généralement évitée car elle présente divers inconvénients, d’une part, par sa nature destructive, et d’autre part, les éprouvettes et les carottes ne sont pas tout à fait représentatives du béton de structure correspondant. Introduction

Contrôle du béton par des essais non destructifs  La mesure indirecte: Afin de contourner les inconvénients de la méthode destructive, une gamme d’essais in-situ ont été adoptés, dont le but est de mesurer une grandeur plus facile à saisir que celle qui sert de base de contrôle, mais qui est reliée par une relation à la première. C’est les essais non destructifs du béton, où la structure peut être contrôlée sans toutefois modifier, ni sa performance ni son apparence. Ces contrôles englobent l’auscultation dynamique et le scléromètre. Introduction

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Vitesse de propagation des ultrasons Il s'agit d'évaluer la résistance du béton à partir de la vitesse de propagation d'ondes. Il est en effet reconnu et prouvé qu'il existe un rapport étroit entre la vitesse de propagation des ondes ultrasoniques à l'intérieur de matériaux homogènes, et la qualité de ceux-ci. Ainsi, on produit un train d’impulsion de vibration au moyen d’un émetteur appliqué sur l’une des faces de l’élément à contrôler. Après avoir franchi une longueur de parcours (L) dans le béton en un temps T, la vitesse de propagation des ultrasons est donnée par la formule :

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Mesures en transparence directe Utilisées dans le cas des éprouvettes ou de poteaux ou dans certaines poutres, les transducteurs ( émetteur et récepteur ) sont appliqués sur les deux faces de l’élément à tester. On recommande une distance minimale de parcours de 150 mm pour les mesures en transmission directe.

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Mesures en surface Utilisées sur tous les éléments de structure et sur éprouvettes, plus particulièrement sur les dalles et éléments en longueur. L’émetteur est maintenu en un point fixe ; le récepteur est déplacé successivement à des distances marquées à l’avance. Après avoir relevé le temps correspondant à un point considéré, on passe au point suivant.

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Mesures en surface Après avoir porté graphiquement les temps et les distances, on trace la droite moyenne de ces différents points dont la pente correspond à la valeur de la vitesse du son dans le milieu considéré. On recommande une distance minimale de parcours de 400 mm pour les mesures en surface.

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Mesures en transparence par rayonnement Cette méthode consiste à placer l’émetteur en un point fixe, et sur la face opposée ou perpendiculaire, on déplace à intervalle constant le récepteur sur une ligne. De la même façon, on a: Vitesse = Pente = ∆L/∆T

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Mode opératoire Préparation de l’élément Pour qu‘il y ait un contact parfait entre le béton et les transducteurs, il est recommandé d’employer un matériau intermédiaire entre les deux et en prenant soin de vérifier que l‘appareil est bien appliqué contre la surface à tester. Les matériaux d’interposition sont la vaseline, un savon liquide ou une pâte constituée de Kaolin et de glycérol. Lorsque la surface de béton est très rugueuse, il est nécessaire de poncer et d’égaliser la partie de la surface où le transducteur sera fixé.

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Mode opératoire Points de mesures Le nombre de points de mesures dépend des dimensions de l’ouvrage testé. Pour un grand panneau ( dalle, voile, radier, …) les points de mesures sont situés aux intersections d’un quadrillage d’une maille de 0.5 m, Pour le cas des petits éléments (poteaux, poutres…) les mesures se font en six points.

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Influence des armatures La vitesse de propagation mesurée sur du béton armé, à proximité des armatures, est souvent plus élevée que celle que l’on mesure dans un béton de masse de même composition. En effet, la vitesse de propagation dans l’acier est de 1,2 à 1,9 fois celle que l’on mesure dans du béton non armé. L’accroissement apparent de la vitesse de propagation dépend de la proximité et positionnement des armatures par rapport à l’emplacement des points de mesure, de la section et de nombre des armatures et de la vitesse de cette impulsion dans le béton d’enrobage.

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Influence des armatures Fers a béton placés perpendiculairement à la direction de propagation de l’onde Si « n » fers à béton de diamètre φ i ( i variant de 1 à n ) se trouvent directement sur le parcours de l’impulsion, leurs axes faisant des angles droits par rapport au parcours de la propagation on peut écrire l’équation :

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Influence des armatures Fers a béton placés perpendiculairement à la direction de propagation de l’onde  V : vitesse de propagation dans le béton armé, c’est –à- dire la vitesse mesurée,  V c : vitesse de propagation dans le béton seul,  V s : vitesse de propagation dans l’acier,  L : longueur du parcours,  L s =Σ Q i : longueur du parcours dans l’acier, avec:

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Influence des armatures Fers a béton placés perpendiculairement à la direction de propagation de l’onde Influence des armatures L’axe de propagation étant perpendiculaire à l’axe des aciers

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Influence des armatures Axe de l’armature parallèle à la direction de la propagation Dans ce cas, l’armature se trouve située à une distance « a » déterminée à partir de la ligne reliant les points d’application les plus rapprochés des deux transducteurs et la longueur de parcours entre ces deux transducteurs est L. Armatures parallèles à la surface d’essai Armatures parallèles à la direction de la propagation

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Influence des armatures Axe de l’armature parallèle à la direction de la propagation  Le temps de transmission T, dans l’un ou l’autre des cas de figures: pour:  Les armatures n’ont pas d’influence lorsque :  La valeur de la vitesse « V s » peut être déterminée, en envoyant une impulsion le long de l’axe de l’armature enrobée par le béton. Cette valeur est comprise entre 6000 m/s et 5200 m/s.

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Influence des armatures Axe de l’armature parallèle à la direction de la propagation Influence des armatures L’axe de propagation étant perpendiculaire à l’axe des aciers

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Nature de relation entre R c et V c Le Béton est un mélange de matériaux qui présente un nombre important de défauts, sous sorte de cavités, pores et interstices, et dont les propriétés mécaniques ne peuvent se reproduire rigoureusement, même dans les meilleures des conditions. Différents paramètres influençant R c et V c

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Nature de relation entre R c et V c Différents paramètres influençant R c et V c Ainsi, le moindre changement, soit dans la nature ou les proportions des constituants du béton, soit dans sa mise en place, se traduit par des modifications plus ou moins importantes des propriétés mécaniques ou physiques. Ainsi, les couples (Vc, Rc) changent avec le changement de plusieurs paramètres et il y a autant de relations liant Vc et Rc que ces paramètres.

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Nature de relation entre R c et V c Comme toutes les méthodes d’investigation par « mesure indirecte », l’auscultation dynamique nécessite un étalonnage préalable entre la résistance à la compression et la vitesse de propagation du son. Les expressions courantes entre R c et V c sont:  R c =A.V c n  R c =A.V c 2 +B.V c +C Cependant, le modèle mathématique le plus couramment utilisé est: R c =A.exp(B.V c )

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Modèles de corrélation (R c, V c ) Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (L.C.P.C) La formule adoptée est sous forme de: R c =A.exp(B.V c ) R c en MPa, et V c en Km/s R c =0,999.exp( V c ) Généralement, on a: Ou alors, connaissant le dosage du Béton, on a:  c = 250 kg/m 3 : R c = exp( V c )  c = 300 kg/m 3 : R c = exp( V c )  c = 350 kg/m 3 : R c = exp( V c )

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Modèles de corrélation (R c, V c ) Laboratoire Public des Essais et des Etudes (L.P.E.E.) La formule adoptée est sous forme de: R c en Bars, et V c en Km/s R c =k.V c 4  Si on prend un béton dosé à 350 kg/m3, avec des granulats de 25 à 30 mm, et confectionné dans une centrale Béton, on a: k= 0,905 ± 0,118  Sinon, dans le cas des agrégats particuliers, ou d’un béton différent du béton standard, on devrait effectuer un étalonnage portant sur au moins 12 éprouvettes, afin d’établir la formule de corrélation Résistance/Vitesse.

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Recherche des défauts Hétérogénéité Ce défaut qui se traduit par une différence de caractéristiques (donc de vitesse ultrasonore) peut être mis en évidence par des mesures en transparence ou en surface. Hors, s’il s’agit de superposition de 2 couches de Béton de qualité différente, il faut passer par des mesures en surfaces qui seront portées sur des graphes pour mieux déceler ce défaut.

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Recherche des défauts Hétérogénéité a i : point de brisure qualité béton zone I < qualité béton zone II qualité béton zone I > qualité béton zone II

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Recherche des défauts Hétérogénéité L’épaisseur h de la couche supérieure, dans le cas où on a la zone II est de meilleure qualité que la zone I, est donnée par la relation: Avec: a: point de brisure Dans le cas inverse, on remplacera dans l’égalité précédente V L2 par V L1 et vice versa.

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Recherche des défauts Fissures La présence d’une fissure se traduit par une discontinuité du diagramme: t=fonction(d).

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Recherche des défauts Fissures Pour mettre en évidence la direction de la fissure, on procède de la manière suivante: Si le temps décroit dans le sens R 1 R 2, c’est que la fissure se glisse vers cette direction (comme sur la figure), sinon, c’est que la fissure se glisse dans l’autre sens (vers E).

Contrôle du béton par des essais non destructifs Méthode ultrasonore Recherche des défauts Fissures Pour la profondeur de la fissure, on place le récepteur et l’émetteur de part et d’autre, à égale distance de la fissure. on a: avec: X=EP=ER t 0 : temps de propagation des ondes de E à R en l’absence de la fissure, t 1 : temps de propagation des ondes suivant le trajet EFR (mesuré).

Contrôle du béton par des essais non destructifs SCLEROMETRE PRINCIPE L’essai au scléromètre consiste à projeter une masse sur la surface du béton avec une énergie initiale constante. Suite au choc, une partie de l’énergie est absorbée par le béton, l’autre partie provoque le rebondissement de la masse mobile qui est proportionnel à l’énergie restée disponible.

Contrôle du béton par des essais non destructifs SCLEROMETRE PRINCIPE Le résultat de l'essai est exprimé par la mesure de la distance de rebondissement de la tige. Cette distance est d'autant plus grande que la dureté de surface est élevée. L'indice sclérométrique Ism est l'indication fournie par un scléromètre correspondant à cette distance de rebondissement. Cette méthode n'a pas été conçue pour des bétons dont la résistance en compression dépasse 70 MPa. Néanmoins, elle peut être utilisée dans le cadre de mesures comparatives au-delà de cette valeur.

Contrôle du béton par des essais non destructifs SCLEROMETRE L ‘indice de rebondissent est la mesure enregistrée sur une échelle graduée fixe par rapport au bâti de l’appareil de scléromètre, après la projection d’une masselotte chargée par ressort sur une tige métallique en contact avec la surface du béton. Cette mesure est fonction de l’angle d’inclinaison de l’appareil par rapport à l’horizontal Mesures sclérométriques avec un enregistreur Indice de rebondissement

Contrôle du béton par des essais non destructifs SCLEROMETRE Indice de rebondissement Situation de référence:

Contrôle du béton par des essais non destructifs SCLEROMETRE Indice de rebondissement Correction de la valeur de l’indice de rebondissement en fonction de l’angle d’inclinaison

Contrôle du béton par des essais non destructifs SCLEROMETRE Mode opératoire PREPARATION DE LA SURFACE : Les mesures doivent être effectuées sur des surfaces nettes ne présentant pas des nids de gravier, des écaillages, une texture grossière, une porosité élevée ou des armatures affleurantes. La préparation de la surface consiste à éliminer tout enduit ou peinture adhérant ou poncer si cette surface est constituée d’une couche superficielle friable (pierre à polir). Toute trace d’eau sur la surface doit être essuyée. Mesures sur ouvrage

Contrôle du béton par des essais non destructifs SCLEROMETRE Mode opératoire RELEVE DES MESURES: La surface de mesure doit être divisée en zones de 400 cm 2 au moins. Chaque zone est structurée en un grillage de points de mesure ayant pour espacement d = 30 à 50 mm. Les points de mesures extrêmes doivent être au moins à 30 mm des bords de la surface testée. Mesures sur ouvrage

Contrôle du béton par des essais non destructifs SCLEROMETRE Il est nécessaire de faire une série de 27 mesures sur chaque zone d'essai. On fait ensuite la moyenne de ces 27 mesures. Les valeurs qui correspondent à des anomalies doivent être éliminées. Cette moyenne, reportée sur l'abaque, donne les valeurs minimum et maximum de la résistance à la compression du béton. RELEVE DES MESURES: Mesures sur éprouvettes

Contrôle du béton par des essais non destructifs SCLEROMETRE Interprétation des résultats

Contrôle du béton par des essais non destructifs SCLEROMETRE Etalonnage de l’appareil Le scléromètre doit être contrôlé par des essais d’étalonnage, car les constantes des ressorts changent après plusieurs utilisations. La méthode la plus utilisée est l’étalonnage sur éprouvettes en Béton, qui consiste à déterminer la moyenne de l’indice sclérométrique l sm par des mesures effectuées sur trois séries de trois éprouvettes de béton, correspondant aux trois résistances à la compression 15, 25 et 35 MPa. La moyenne de l’indice l s est déterminée pour chaque niveau de résistance (moyenne des 3 séries). Les mesures de l’indice l s sont suivies d’un essai d’écrasement des éprouvettes.

Contrôle du béton par des essais non destructifs SCLEROMETRE Etalonnage de l’appareil Les trois couples de valeurs sont reportés sur le graphique ci-contre. Dans le cas où les trois points représentatifs se retrouvent à l’intérieur du fuseau, donc le fonctionnement de l’appareil est satisfaisant. Dans le cas contraire, le fonctionnement de l’appareil est défectueux.

Contrôle du béton par des essais non destructifs SCLEROMETRE Limites et avantages Le scléromètre est une méthode peu coûteuse, simple, rapide et pratique surtout pour les ouvrages existants, pour connaitre la résistance du béton, cependant, les résultats sont influencés par plusieurs facteurs, tels que la régularité de la surface, le degré d’humidité du béton, le type de ciment, le D max des granulats, etc. En première approximation, pour des granulats siliceux de qualité courante (D max =16 mm), et pour un béton de résistance inférieure à 30 Mpa, on peut considérer que: avec: I s : indice sclérométrique R c : résistance à la compression