ÉTUDE DIAGNOSTIQUE DE l`ÉTAT d`UNE STRUCTURE
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1. Figure 2 R sum des interventions sur la bretelle B4 12 3 Figure 3 R sum des interventions sur la B2 R SULTATS Dans un objectif de synth se seuls quelques r sultats associ s la contamination aux ions chlore sont pr sent s afin d appr cier l tat de l enveloppe globale des structures bretelles La figure 4 pr sente un exemple de r sultats des relev s de potentiel de corrosion sur le tablier de la bretelle B2 entre les axes 20N et 21N De fa on g n rale on associe aux zones dont le potentiel est inf rieur 350mV une probabilit de 90 qu il y ait une activit de corrosion Dans le cas pr sent ces zones sont repr sent es par les couleurs orang et rouge La figure 5 et le tableau 1 pr sentent des exemples de la concentration en ions chlore diff rentes profondeurs dans les l ments de parapets figure 5 et diff rents endroits dalles parapet sur les bretelles tableau 1 Dans la documentation technique on consid re g n ralement que la r action de corrosion des armatures est initi e lorsque la contamination en chlorures du b ton atteint une concentration critique correspondant un rapport exprim en pourcentage entre la masse de chlorures un point donn et la masse de b ton sec Dans l tude nous avons consid r que cette concentration critique tait gale 0 05 Cette valeur correspond celle recommand e par le Federal Highway Administ2. TUDE DIAGNOSTIQUE DE L TAT d UNE STRUCTURE PRECONTRAINTE PAR POST TENSION Jos e Bastien Guillaume Arsenault Jacques Marchand Professeur titulaire tudiant Professeur titulaire CRIB Universit Laval D partement de g nie civil Qu bec Canada R SUM L tude du vieillissement et de la d gradation des ouvrages en b ton et plus particuli rement des ouvrages pr contraints l aide de la post tension pr sente un int r t certain pour appr cier la progression des dommages et leur influence sur le comportement de ce type d ouvrages Le d mant lement de certaines structures de l ensemble autoroutier Dufferin Montmorency pr sentait donc une occasion unique de proc der la r alisation d une tude approfondie de la condition des mat riaux des diff rents l ments structuraux apr s peu pr s 40 ans de service L information g n r e par les essais de caract risation a t compl t e par une tude d taill e de l tat de la pr contrainte l aide de fen tres d investigation ou encore par des d coupes de segments de poutres L tude de deux bretelles de l ensemble autoroutier Dufferin Montmorency a d montr que ces structures au moment de leur d molition ne pr sentaient pas de signes majeurs de d t rioration structurale et que des structures pr contraintes l aide de la post tension peuvent pr senter une tr s bonne durabilit dans le temps INTRODUCTION L tude du vieill
3. ciation globale de l tat des bretelles examin es L expos oral pr sentera de fa on plus compl te l tat de la pr contrainte elle m me 12 1 M THODOLOGIE Structures l tude La figure 1 pr sente une portion du plan d ensemble de l autoroute Dufferin Montmorency sur lequel sont identifi es les bretelles faisant l objet d une d molition soient les bretelles not es B2 B4 et B6 Le pr sent article s int ressera davantage aux bretelles B2 et B4 La bretelle B4 d une largeur de 10 82 m n a jamais t en service Elle n a donc pas t soumise l pandage de sels fondants ni l effet des charges de circulation Elle a cependant pu recevoir des claboussures salines propuls es par le trafic autoroutier circulant sur la bretelle adjacente Quant la bretelle B2 elle poss de une largeur variant progressivement de 14 25 m 28 35 m sur 10 port es Cons quemment cet largissement le nombre de poutres de la bretelle B2 passe de 4 6 Cette bretelle a t en service d s sa construction et elle a donc t expos e l action combin e des charges de service et des sels fondants Selon toute probabilit cette bretelle a galement t sujette aux claboussures salines provenant de la circulation sur la bretelle B1 ainsi que celles provenant d une bretelle sup rieure B6 M thodologie exp rimentale Lors du d mant lement des bretelles le Centre de recherche sur les
4. infrastructures en b ton CRIB a pu b n ficier de la collaboration des divers intervenants sur le site de mani re faciliter la cueillette d information permettant l analyse d taill e de la condition des diff rents l ments structuraux parapets dalles et poutres de l ouvrage La proc dure exp rimentale utilis e a comport trois tapes distinctes La premi re tape a consist une inspection sur site de l tat des structures en utilisant diff rentes techniques d investigation C est notamment ce moment qu ont t conduites des relev s de potentiel de corrosion et des mesures d humidit relative du b ton et du coulis des gaines de pr contrainte En effet c est ce moment que quelques fen tres d exploration ont t r alis es afin d examiner l tat de l armature de pr contrainte et la qualit d injection au coulis cimentaire des gaines Cette premi re tape a galement permis d chantillonner diff rents l ments structuraux des bretelles d autoroutes de mani re fournir des prouvettes carottes repr sentatives de l tat du b ton en place Lors de la deuxi me tape de la proc dure exp rimentale des essais de caract risation ont t effectu s en laboratoire C est cette tape qu ont t conduites les tudes de caract risation des prouvettes de b ton et des chantillons de coulis par exemple des essais de r sistance la compression du b to
5. ifications variaient d une bretelle l autre Les potentiels de corrosion r alis s sur la partie sup rieure du tablier des deux bretelles investigu es ont montr que la bretelle B2 pr sentait une activit de corrosion plus importante que la bretelle B4 On a galement pu constater que la qualit du rev tement sur la bretelle B2 a favoris un ruissellement des eaux contamin es en chlorures La stagnation des eaux au point bas du d vers d un tablier a deux effets sur la d gradation de l ouvrage Dans un premier temps elle favorise l infiltration d eau au travers du rev tement ce qui contamine le dessus du tablier Dans un second temps elle favorise l exposition aux claboussures salines des parapets augmentant ainsi la concentration en chlorures dans les premiers centim tres du b ton de recouvrement De plus l tude a d montr que le brouillard salin provenant de la circulation routi re sur la structure tudi e tout comme celui engendr par le trafic proximit bretelle voisine ou trafic sous la structure d tagement influen aient grandement la contamination aux ions chlore de l enveloppe de la structure sous tude C est pourquoi la bretelle B4 pr sentait une contamination aux ions chlore plus intensive sur les parois ext rieures des parapets comparativement aux parois int rieures de ses m mes parapets Les conditions d exposition des l ments en b ton conditionnent donc leur ventuelle c
6. issement et de la d gradation des ouvrages en b ton et plus particuli rement des ouvrages pr contraints l aide de la post tension pr sente un int r t certain pour appr cier la progression des dommages et leur influence sur le comportement de ces m mes ouvrages C est dans ce contexte que le minist re des Transports du Qu bec MTQ conjointement avec l Universit Laval a reconnu dans le d mant lement de certaines bretelles de l autoroute Dufferin Montmorency une opportunit d avancement des connaissances sur le vieillissement et la d gradation des structures pr contraintes Le syst me autoroutier Dufferin Montmorency pr sente la particularit d avoir certaines portions ou bretelles qui n ont jamais t en service suite une modification aux plans d urbanisme pendant la construction Ces portions bien qu expos es aux conditions climatiques n ont donc pas t directement soumises l effet des sollicitations des chargements routiers n1 directement expos es l action des sels fondants Le d mant lement des certaines portions de l ensemble autoroutier Dufferin Montmorency fournissait donc une occasion unique d examiner d une part l tat global de certains l ments structuraux bretelles et d autre part de proc der une valuation d taill e de l tat de la pr contrainte torons gaines coulis Le pr sent article pr sente sommairement l tude ayant conduit l appr
7. n de mesures de la porosit du mat riau et de son niveau de contamination par les ions chlore etc Des portions de poutres de tailles plus significatives d environ 8m de longueur provenant des bretelles B2 et B4 ont galement t recueillies afin de les examiner plus en d tails Ces l ments ont d abord t entrepos s un centre de service du minist re des Transports puis une tude plus approfondie l aide de d coupes a permis de faire un examen de la qualit de la pr contrainte notamment de la qualit d injection et de l tat de l armature de pr contrainte Les figures 2 et 3 r sument l emplacement g ographique des diff rents pr l vements et essais in situ sur les bretelles B4 et B2 Les zones d limit es en bleu 1dentifient les endroits o une tude de potentiel de corrosion a t effectu e les zones en rouge indiquent l emplacement des carottages r alis s principalement dans les parapets les zones en vert correspondent aux endroits o des fen tres d exploration ont t pratiqu es et finalement les zones en noir les zones o des sections de poutres ont t pr lev es pour tude ult rieure L emplacement des mesures d humidit relative n est pas indiqu sur les figures 2 et 3 12 2 BRETELLE B7 D MOLIR BRETELLE B4 a D MOLIR BRETELLE B3 CONSERVER Figure 1 Plan de d molition des bretelles de l autoroute Dufferin Montmorency
8. ontamination en chlorures Outre l tat des parapets les concentrations en chlorures mesur es sur le complexe autoroutier de Dufferin Montmorency laissent croire que l enveloppe de la structure tait en excellent tat et ne pr sentait aucun signe de d gradation majeure Ce constat corroborait d ailleurs les r sultats de l examen visuel des structures sous tude Consid rant le bon tat de l enveloppe ext rieure de l ensemble autoroutier Dufferin Montmorency il tait probable d anticiper de bonnes conditions de pr servation de l armature de pr contrainte Bien que l tude ait effectivement d montr dans l ensemble une bonne qualit d injection et d enrobage au coulis cimentaire des torons entra nant par cons quent une bonne protection de l armature de pr contrainte un certain nombre de d fauts typiques ont n anmoins t constat s La pr sentation orale fera un rapide tour d horizon de ces d fauts 12 6 En conclusion l tude de deux bretelles de l ensemble autoroutier Dufferin Montmorency a d montr que ces structures au moment de leur d molition ne pr sentaient pas de signes majeurs de d t rioration structurale suite pr s de 40 ans de service et que des structures pr contraintes l aide de la post tension peuvent faire preuve d une tr s bonne durabilit dans le temps REMERCIEMENTS Les auteurs remercient le minist re des Transports du Qu bec MTQ et tout par
9. ration FHWA des tats Unis Dans le Manuel d entretien des structures le MTQ recommande d utiliser un seuil l g rement inf rieur c est dire 0 03 12 4 Potentiel 2 50 100 m 200 50 Figure 4 R sultats de relev s de potentiel sur la bretelle B2 B2 P1 0 25 0 20 0 15 0 10 0 05 0 00 O 100 200 300 400 400 300 200 100 O0 Figure Erreur Il n y a pas de texte r pondant ce style dans ce document Profils de chlorures dans les parapets de la bretelle B2 TABLEAU 1 Teneurs en ions chlore Zon CI aux armatures CI max en masse de b ton en masse de b ton B2 P1 Dint 0 0324 0 1312 B2 P1 Dext 0 0411 0 1314 B2 P2 Dint 0 1941 0 2548 B2 P2 Dext 0 1025 0 2728 B2 F1 J 0 0102 0 0206 B2 F2 D 0 0187 0 0187 12 5 B2 F3 A6 0 0606 0 0606 B2D A1 0 0375 0 1438 B2D B2 0 0259 0 0259 B4 P1 Bint 0 0146 0 0343 B4 P2 Kint 0 0579 0 1145 B4 P2 Kext 0 0863 0 2299 B4 F1 A 0 0087 0 0109 B4 F2 A 0 0110 0 0163 DISCUSSION ET CONCLUSION L inspection visuelle de l enveloppe de cette structure d une quarantaine d ann es n a montr aucune d gradation g n ralis e La couche d usure tait ad quate sur la bretelle B2 alors qu elle tait absente sur la bretelle B4 Des essais de caract risation des propri t s m caniques et de transports de ces structures ont montr que le b ton du tablier est diff rent de celui des parapets mais rien ne laisse croire que les sp c
10. ticuli rement Sylvain Goulet ing pour sa collaboration la r alisation de ce projet Les auteurs remercient galement le Conseil de recherche en sciences naturelles et en g nie du Canada CRSNG et le Fond qu b cois de la recherche sur la nature et les technologies FQRNT pour leur support financier BIBLIOGRAPHIE ACI Committee 222 Protection of Metals in Concrete Against Corrosion 2001 Conciatori D Effet du Microclimat sur l initiation de la corrosion des aciers d armature dans les ouvrages en b ton arm 2005 EPFL Lausanne Matt P Non destructive Evaluation and Monitoring of Post tensioning Tendons in Durability of post tensioning tendons Fib Editor 2001 Ghent p 103 Samson J Marchand and K A Snyder Calculation of ionic diffusion coefficients on the basis of migration test results Materials and Structures 2003 36 p 9 Lay S et al New method to measure the rapid chloride migration coefficient of chloride contaminated concrete Cement and Concrete Research 2004 34 p 7 Samson E et al Determination of the Water Diffusivity of Concrete Using Drying Absorption Test Result ASTM International 2008 5 7 p 12 Pereira R M S Accelerated Corrosion Testing Evaluation and Durability Design of Bonded Post Tensioned Concrete Tendons in Civil Engineering 2004 Austin Texas Austin p 717 Weiher H and K Zilch Condition of post tensioned concrete bridges Assessment of the german s
11. tock by a spot survey of damages First International Conferance on Advances in Bridge Engineering 2006 12 7
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