Diagnostique

La protection naturelle des barres d’armature à l’intérieur de la matrice de béton est garantie par l’environnement fortement alcalin (pH 12,5-13,5) déterminé par la présence d’hydroxyde de calcium Ca(OH)₂ dans la matrice liante.

Toutefois, au fil du temps, le dioxyde de carbone CO₂ atmosphérique, pénétrant à travers la porosité du béton, réagit avec l’hydroxyde de calcium pour provoquer une réaction chimique dont les produits sont le carbonate de calcium CaCO₃ et l’eau H₂O. La diminution de l’hydroxyde de calcium rend la matrice cimentaire moins basique (pH 8,5-9) et, lorsque ce phénomène, dit de carbonatation, atteint le niveau des armatures, la protection naturelle de celles-ci disparaît. En présence d’humidité et d’oxygène, elles peuvent s’oxyder jusqu’à rouiller, déclenchant un processus d’expansion destructeur sur la couche de protection des armatures.

La mesure de la profondeur de carbonatation est déterminée en vaporisant sur la surface du conglomérat cimentaire une solution de phénolphtaléine à 1% dans de l’alcool éthylique. Les normes de référence sont la UNI 9944:1992 – « Corrosion et protection des armatures du béton. Détermination de la profondeur de carbonatation et du profil de pénétration des ions chlorure dans le béton » et la UNI EN 14630:2007 – « Produits et systèmes pour la protection et la réparation des structures en béton – Méthodes d’essai – Détermination de la profondeur de carbonatation d’un béton durci par la méthode de la phénolphtaléine ».

L’essai est généralement effectué sur un carottage de béton immédiatement après son extraction (pour éviter une attaque supplémentaire par le dioxyde de carbone) ou directement sur l’élément structurel (en enlevant, par exemple, la couche de protection d’un angle).

La phénolphtaléine, qui est normalement transparente, devient rouge/violette en présence de pH > 9. Les zones qui restent transparentes indiquent donc la présence de zones où l’armature n’est pas protégée par l’environnement basique.

L’investigation pacométrique est un test non destructif pour identifier les armatures à l’intérieur du béton. Cette enquête utilise le principe de la mesure de l’absorption du champ magnétique, produit par le pachomètre lui-même, qui est mis en évidence par un système numérique couplé à un système acoustique, pour une détection plus confortable et immédiate des éléments métalliques.

À travers cette enquête de type magnétique, il est possible de détecter avec une bonne précision la position des barres d’armature présentes dans le béton armé, leur profondeur (couverture des armatures) et leur diamètre.

Le pachomètre est également extrêmement utile pour :

• rechercher des conduites et des gaines sous-superficielles ;
• rechercher des tirants cachés ;
• localiser des structures armées (ceintures, linteaux, poutres, piliers) immergées dans les maçonneries ;
• localiser les nervures de planchers, que ce soit en béton armé, en béton de gravier ou en acier.

L’enquête sclérométrique est un test non destructif pour déterminer l’indice de rebond sclérométrique d’une zone de béton durci en utilisant un marteau en acier actionné par un ressort, connu sous le nom de scléromètre ou marteau de Schmidt.
Ce test est réglementé par la norme UNI EN 12504-2:2012 « Essai sur béton durci dans les structures – Essais non destructifs – Détermination de l’indice sclérométrique ».

Le test est basé sur la correspondance existante entre la charge unitaire de rupture en compression et la dureté superficielle du béton, cette dernière étant mesurée en termes d’énergie élastique libérée à la suite de l’impact d’une masse mobile avec la surface de l’élément à examiner.

L’estimation de la résistance mécanique in situ par méthode non destructive sclérométrique doit nécessairement être étalonnée et corrélée avec la résistance mécanique constatée à la suite de carottages. Les carottes extraites sont soumises à une enquête non destructive avant leur rupture.

La combinaison de l’enquête sclérométrique avec l’enquête ultrasonique donne naissance à la méthode SonReb. Pour utiliser la méthode SonReb dans l’estimation des résistances mécaniques du béton, cette méthode combinée doit toujours être étalonnée et corrélée avec la résistance mécanique constatée à la suite de carottages. La validité de la méthode SonReb découle de la compensation des imprécisions des deux méthodes non destructives utilisées. En effet, il a été observé que le contenu en humidité sous-estime l’indice sclérométrique et surestime la vitesse, et que, avec l’augmentation de l’âge du béton, l’indice sclérométrique augmente tandis que la vitesse ultrasonique diminue.

L’enquête ultrasonique est une enquête non destructive qui détermine la vitesse de propagation des impulsions des ondes ultrasoniques longitudinales dans le béton durci.

Cette méthodologie d’essai est réglementée par la UNI EN 12504-4:2005 “Essais sur le béton dans les structures – Partie 4: Détermination de la vitesse de propagation des impulsions ultrasoniques” et est également décrite dans les “Lignes directrices pour la mise en œuvre du béton structurel et pour l’évaluation des caractéristiques mécaniques du béton durci par des essais non destructifs”, du Conseil Supérieur des Travaux Publics – Service Technique Central.

La misurazione della velocità di propagazione dell’impulso ultrasonico può essere usata per le seguenti determinazioni:

• omogeneità o disomogeneità (presenza di fessure, vuoti o vespai) nel calcestruzzo;
• variazioni delle caratteristiche del calcestruzzo nel tempo;
• modulo di elasticità dinamico
• stima della resistenza del calcestruzzo in sito

L’accoppiamento dell’indagine ultrasonica con l’indagine sclerometrica da luogo al metodo SonReb. Per utilizzare il metodo SonReb nella stima delle resistenze meccaniche del calcestruzzo, questo metodo combinato deve sempre essere tarato e correlato con la resistenza meccanica riscontrata a seguito di carotaggi.  La validità del metodo SonReb deriva dalla compensazione delle imprecisioni dei due metodi non distruttivi utilizzati. Infatti si è notato che il contenuto di umidità fa sottostimare l’indice sclerometrico e sovrastimare la velocità, e che, all’aumentare dell’età del calcestruzzo, l’indice sclerometrico aumenta mentre la velocità ultrasonica diminuisce.

L’essai de pull-out est un test semi-destructif car il produit un dommage limité à l’élément en béton (approximativement de diamètre 55 mm, profondeur 25 mm). Cet essai détermine la force d’extraction d’un insert métallique standardisé, pré-incorporé ou post-inséré dans l’élément en béton à tester. Il permet d’estimer la résistance à la compression du béton et doit toujours être étalonné et corrélé avec la résistance mécanique constatée à la suite de carottages.

Cet essai est réglementé par la UNI EN 12504-3:2005 “Essais sur le béton dans les structures – Partie 3: Détermination de la force d’extraction”.

Le pull-out, lorsqu’il est utilisé dans le diagnostic de la dégradation, estime la correspondance entre la force nécessaire pour extraire un insert métallique standardisé inséré dans le béton durci et la résistance à la compression du béton. La force d’extraction est représentative d’un état de contrainte complexe, mais le test est rapide, peu coûteux, et la valeur estimée de la résistance à la compression du béton est meilleure que les corrélations existantes entre la résistance à la compression et l’indice de rebond (test sclérométrique) ou la vitesse de propagation des ondes élastiques (test ultrasonique).

Ce test peut également être utilisé pour déterminer le moment de procéder au post-tensionnement, quand retirer les formes et les étançons, quand arrêter la protection des coulées (surtout en hiver), ou pour effectuer des tests comparatifs.

Il s’agit d’un test destructif consistant à prélever des échantillons cylindriques de béton durci par carottage. Le test est réglementé par l’UNI EN 12504-1:2002. L’investigation permet d’obtenir des carottes de matériau structurel qui sont soigneusement examinées puis soumises à un test de compression, selon des procédures normalisées, afin d’évaluer, à l’aide de coefficients correctifs appropriés, la résistance mécanique du béton in situ.

Le test est réalisé à l’aide d’une carotteuse, c’est-à-dire un moteur qui fait tourner un foret muni d’une couronne diamantée refroidie à l’eau, dont le diamètre utilisé est choisi en fonction de la taille maximale de l’agrégat présent dans la matrice de béton.

Le préalable à l’opération de carottage consiste en une étude pacométrique permettant de détecter les barres d’armature dans la zone où le prélèvement doit être effectué, afin de s’assurer de les exclure du trajet du carottage lui-même. Les carottes extraites sont examinées et généralement soumises à l’épreuve de détermination de la profondeur de carbonatation. Elles sont ensuite convenablement protégées et emmenées au laboratoire pour l’épreuve de compression selon la norme UNI EN 12390-3 (« Essai sur béton durci – Résistance à la compression des éprouvettes »).

Les carottages doivent être réalisés avec beaucoup de précaution : tout d’abord parce qu’ils endommagent la structure, ce qui n’est pas entièrement réparé par le rebouchage du trou, même en utilisant des mortiers structuraux performants. Ensuite, car la technique peut être affectée par d’importantes incertitudes, liées à l’opération de carottage en soi (dommages possibles à l’échantillon lors du prélèvement et du transport) ou liées à la variabilité de la résistance à la compression du béton le long d’un même élément structural (poutre, pilier). Pour cette raison, les compléments et les corrélations avec les essais non destructifs (scléromètres, ultrasons) ou semi-destructifs (pull-out) s’avèrent utiles et peuvent être étendus à un grand nombre d’éléments.