Détermination des indicateurs de durabilité du béton en utilisant des observables d’évaluation non destructives : application aux ouvrages maritimes

Determination of concrete durability indicators using non-destructive evaluation observables : application to maritime structures

• Auteur / Autrice : Mohamad El Achrafi
• Direction : Stéphanie Bonnet, Géraldine Villain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 09/03/2022
• Etablissement(s) : Nantes Université
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en génie civil et mécanique (GeM). Equipe Etat Mécanique et Microstructure (Saint-Nazaire)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Paul Balayssac
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aveline Darquennes, Anthony Soive, Zoubir Mehdi Sbartaï
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Amor Ben Fraj

Mots clés

Mots clés contrôlés

Permittivité

Résistance électrique

Durée de vie (ingénierie)

Teneur en chlorures

Béton -- Essais

Mots clés libres

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Résumé

La corrosion des armatures métalliques due à la pénétration des ions chlorure est l’une des causes de dégradation des structures en béton armé situées en environnement maritime. Les méthodes d’évaluation Non-Destructive (ND) basées sur la propagation des ondes électriques (tomographie de résistivité électrique) et électromagnétiques (sondes capacitives) sont de plus en plus utilisées afin d’ausculter ces structures pour déterminer leurs teneurs hydrique et ionique globales moyennées sur l’épaisseur auscultée. L’objectif de ce travail est d’utiliser ces méthodes afin de déterminer les indicateurs de durabilité du béton qui seront ensuite utilisés comme paramètres d’entrée de modèles de durabilité. Pour cela on doit tout d’abord déterminer les profils hydriques et ioniques dans l’épaisseur d’enrobage. Le principe de ces méthodes est d’inverser les mesures apparentes brutes obtenues à partir de mesures surfaciques afin de trouver des profils de résistivité ou de permittivité suivant la technique ND utilisée. Ces profils sont ensuite convertis en profils en chlorures en utilisant des courbes de calibration. Pour un béton saturé en eau, le problème est simplifié car la réponse du matériau ne dépend que de la teneur en ions chlorure. Pour des bétons non-saturés, les chlorures pénètrent par convection avec la phase liquide et par diffusion. Par conséquent, les courbes de calibration qui ne dépendent que d’un seul gradient ne peuvent être utilisées. Il faut donc déterminer des surfaces de calibration qui relient la résistivité ou la permittivité avec la teneur en chlorures et le degré de saturation du béton. Une campagne expérimentale a été menée sur deux types de béton : C1 sans laitier et C3 avec laitier. Tout d’abord, les courbes et les surface de calibration ont été déterminées à partir des mesures ND réalisées sur des carottes à différents états hydrique et ionique pour les deux bétons étudiés. Puis, des mesures ND ont été effectuées à différentes échéances sur des dalles de bétons soumises à des essais de diffusion d’ions chlorure. Les résultats obtenus ont été analysés afin de tracer les profils en ions chlorures. Ces profils ont été comparés avec les profils obtenus par méthodes destructives afin de valider la méthodologie. Finalement, les indicateurs de durabilité ont été déterminés à partir des profils obtenus par les méthodes D et ND. Ainsi, les indicateurs de durabilité obtenus ont été utilisés comme paramètres d’entrée dans un modèle de diffusion prenant en compte ou pas la modification des indicateurs en fonction du temps. Les profils en chlorures après 4 ans de diffusion ont été calculés puis comparés avec ceux obtenus par ED et END à la même échéance. Title

Corrosion of reinforcement due to the chloride ingress is one of the degradations causes of reinforced concrete structures located in the marine environment. Non-Destructive (ND) evaluation methods based on the propagation of electric (electrical resistivity tomography) and electromagnetic (capacitive probes) waves are increasingly used to auscultate these structures and to monitor their ionic content. The objective of this work is to use these methods to determine the durability indicators of concrete which will then be used as input parameters for durability models. So, we have to determine the water and chlorides content profiles in the concrete cover. The principle of these methods is to inverse the apparent results obtained from surface measurements in order to find the resistivity or permittivity profiles according to the ND technique. These profiles are then converted into chloride profiles using calibration curves. For saturated concretes, the problem is simplified because the response of the material depends only on the chloride ions content. For unsaturated concretes, the chlorides penetrate by convection with the liquid phase and by diffusion. Therefore, calibration curves which depend on only one gradient cannot be used. It is therefore necessary to determine calibration surfaces which relate the resistivity or permittivity with the chloride content and the degree of saturation of the concrete. An experimental campaign was carried out on two types of concrete: C1 (without slag) and C3 (with slag). Firstly, the curves and the calibration surfaces were determined from ND measurements carried out on cores at different water and ionic states. Then, ND measurements were carried out at different times on the slabs submitted to diffusion campaign. The results obtained were analyzed in order to plot the chloride profiles which were compared with the profiles obtained by D methods in order to validate the methodology. Finally, the durability indicators were determined from the profiles obtained by the D and ND methods and used as input parameters in durability models whether or not considering their time-dependency. The chloride profiles after 4 years of diffusion were calculated and then compared with those obtained by DE and NDE at the same time.