Méthodes non destructives de caractérisation du béton

Les inspections visuelles

Une inspection visuelle est la première étape nécessaire pour l’évaluation d’une structure en béton, et le premier moyen de contrôle non destructif pour la reconnaissance et le diagnostic des ouvrages en béton armé. Elle permet de fournir immédiatement des données utiles et globales sur le degré de détérioration visible, comme l’écaillage des surfaces de béton, l’apparition de la fissuration et des défauts, la corrosion avancée des armatures, etc. Les données observées peuvent être utilisées dans les méthodes d’aides à la décision afin d’établir un diagnostic global d’un ouvrage .

La limitation de l’inspection visuelle est que seules les surfaces visibles peuvent être inspectées. Les défauts internes passent inaperçus et aucune information quantitative n’est obtenue sur les propriétés du béton. Les progrès technologiques récents permettent de soutenir cette méthode, en offrant des capteurs complémentaires de l’œil (appareils numériques), des moyens d’enregistrement (pour un suivi dans le temps) ainsi que des procédés d’analyse d’image pour l’interprétation. Cette méthode reste néanmoins très subjective puisque les résultats sont étroitement liés à l’expérience et au jugement de l’inspecteur.

Les essais d’ultrason et la méthode de la fréquence de résonance

La nature évolutive du béton au fil du temps, nous impose un contrôle continu et permanent à cause de l’hétérogénéité de ces constituants et de ces ingrédients (agrégats, ciment, eau, adjuvant minéral et organique). La technique de la vitesse d’impulsion d’ultrason (UPV) est l’une des techniques de l’auscultation sonique utilisée pour contrôler cette évolution au cours du temps. Cet essai permet de déterminer la vitesse de propagation d’ondes longitudinales (de compression) à travers un élément en béton. La méthode de fréquence de résonance est aussi un autre moyen efficace car le béton renferme des oscillations microscopiques propres à lui, et le fait d’atteindre ces oscillations par un agent extérieur induit une résonance de vibration qui reste l’élément clé dans la dynamique des matériaux ou encore pour la statique si on arrive à relier les caractéristiques dynamiques à celles statiques.

Les essais ultrasons

Les techniques acoustiques :Il existe trois techniques acoustiques pour évaluer le béton, nous avons : Les ultrasons (auscultation sonique ou ultrasonique pulse velocity (UPV)) c’est ce que nous avons utilisée dans le cadre de notre étude; L’impact-écho; L’émission acoustique.

La méthode de la vitesse d’impulsion (UPV) est une méthode vraiment non destructive, car la technique utilise des ondes mécaniques, ce qui n’entraîne aucun dommage sur l’élément en béton testé. Un échantillon peut être testé à plusieurs reprises au même endroit, ce qui est utile pour surveiller le béton subissant des changements structurels internes sur une longue période de temps.

Définitions d’ondes acoustiques :Les ultrasons sont des ondes acoustiques, donc mécaniques, de fréquence supérieure à la fréquence de coupure de l’oreille humaine, soit environ 15 kHz. La vitesse de propagation d’une onde devient plus élevée lorsque le temps de transmission de l’information d’une particule élémentaire constituant la matière à sa voisine est plus facile. Elle dépend du niveau de cohésion de la matière. Ainsi, les vitesses de propagation d’une onde dans l’air, l’eau ou l’aluminium sont approximativement et respectivement égales à 340 m/s, 1500 m/s et 6000 m/s. Selon la nature du milieu (fluide ou solide), une onde est entièrement décrite par une grandeur scalaire comme la pression ou par une grandeur vectorielle comme le déplacement particulaire. Dans ce dernier cas, l’onde est alors une onde élastique. Les ondes ultrasonores se propagent moins bien dans les gaz que les sons audibles, d’autant plus mal que leur fréquence est élevée.

L’onde ultrasonore est une vibration mécanique qui se propage dans un milieu élastique (solide, liquide ou gaz) et dont la fréquence se trouve au-delà des fréquences audibles.

Méthode de la fréquence de résonance

C’est une méthode non destructive qui a été développée premièrement en 1938 par [Powers,1938] aux États Unis. [Hornibrook, 1939] a raffiné la méthode en utilisant des équipements électroniques pour mesurer la fréquence de résonance. D’autres recherches antérieures sur le développement de cette méthode incluent celles de [Thomson, 1940 ; Obert, 1941 et Stanton, 1944]. La fréquence de résonance a été mesurée avec précision à partir de l’échelle graduée de l’oscillateur audio de conduite variable (Malhotra et al., 2004). L’équipement est généralement connu comme un sonomètre, et l’équipement a été utilisé pour mesurer divers modules dynamiques du béton [Jones,1957] . La méthode de la fréquence de résonance est décrite dans la norme [ASTM C 21502].

L’appareil d’essai se compose principalement de deux sections, l’une génère des vibrations mécaniques et l’autre détecte ces vibrations.

Principe de mesure:
Mode manuel: Utilisation de ce mode pour déterminer quels voltages et gammes de fréquences pour l’ERUDIT qui doivent être adapté à un type particulier d’échantillon à tester.
Mode automatique: Le but de ce mode est de déterminer la fréquence de résonance de l’échantillon du béton. Cette mesure est faite automatiquement, et ce n’est qu’une gamme de fréquence qu’il souhaite balayer, le pas entre deux fréquences ainsi que le voltage appliqué par l’appareil.

Définitions d’ondes acoustiques

Les ultrasons sont des ondes acoustiques, donc mécaniques, de fréquence supérieure à la fréquence de coupure de l’oreille humaine, soit environ 15 kHz. La vitesse de propagation d’une onde devient plus élevée lorsque le temps de transmission de l’information d’une particule élémentaire constituant la matière à sa voisine est plus facile. Elle dépend du niveau de cohésion de la matière. Ainsi, les vitesses de propagation d’une onde dans l’air, l’eau ou l’aluminium sont approximativement et respectivement égales à 340 m/s, 1500 m/s et 6000 m/s. Selon la nature du milieu (fluide ou solide), une onde est entièrement décrite par une grandeur scalaire comme la pression ou par une grandeur vectorielle comme le déplacement particulaire. Dans ce dernier cas, l’onde est alors une onde élastique. Les ondes ultrasonores se propagent moins bien dans les gaz que les sons audibles, d’autant plus mal que leur fréquence est élevée.

L’onde ultrasonore est une vibration mécanique qui se propage dans un milieu élastique (solide, liquide ou gaz) et dont la fréquence se trouve au-delà des fréquences audibles.

Les corps possèdent une certaine élasticité, ils ont la possibilité de se déformer sous l’action des forces extérieures et reprennent leur forme initiale lorsque celles-ci sont supprimées.

Un milieu élastique peut être schématisé grossièrement par des petites masses élémentaires (figurant les particules) réparties régulièrement dans l’espace et reliées par des ressorts (figurant les forces de cohésion de la matière).

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 : METHODES NON DESTRUCTIVES DE CARACTERISATION DU BETON
1.1. Introduction
1.2. Les inspections visuelles
1.3. Les essais non destructifs
1.4. Les essais d’ultrason et de la méthode de la fréquence de résonance
1.4.1. Introduction
1.4.2. Les essais ultrasons
1.4.2.1.Les techniques acoustiques
1.4.2.2.Définitions d’ondes acoustiques
1.4.2.3.Caractéristique des ondes acoustiques
1.4.2.4.Différents types d’ondes
1.4.2.5.La production des ultrasons
1.4.2.5.1. Les propriétés des ultrasons
1.4.2.5.2. La vitesse d’impulsion d’ultrason (UPV)
1.4.2.5.3. Avantages et limites
1.4.3. Méthode de la fréquence de résonance
1.4.3.1.Principe de mesure
1.4.3.2.Procédure de contrôle
1.4.3.3.Vibrations longitudinales
1.4.3.4.Vibrations de flexion
1.4.3.5.Vibrations de torsion
1.4.3.6.Détermination des constantes dynamiques
1.4.3.6.1. Mesures
1.4.3.6.2. Module d’élasticité dynamique par vibrations longitudinales
1.4.3.6.3. Module de cisaillement
1.4.3.6.4. Module d’élasticité dynamique pour des vibrations de flexion
1.4.3.6.5. Coefficient de Poisson
1.5. Conclusion
CHAPITRE 2 : PARAMETRES INFLUANT LES PROPRIETES DYNAMIQUES ET MECANIQUES DU BETON
2.1. Introduction
2.2. Influence des additions sur les modules d’élasticité statique et dynamique
2.3. Influence des additions sur la résistance mécanique du béton
2.4. Influence des additions minérales sur la vitesse d’impulsion d’ultrason
2.5. Relation entre le module d’élasticité dynamique et la résistance à la compression
2.6. Relation entre le module d’élasticité dynamique et le module d’élasticité statique
2.7. Relation entre la vitesse d’impulsion d’ultrason et la résistance à la compression
2.8. Relation entre la vitesse d’impulsion d’ultrason et le module d’élasticité dynamique
2.9. Relation entre la porosité et la résistance à la compression
2.10.Conclusion
CHAPITRE 3 : CARACTERISATION DES MATERIAUX UTILISES ET DES BETONS ETUDIES
3.1. Introduction
3.2. Caractéristiques physico-chimiques du ciment
3.2.1. Composition chimique et minéralogique
3.2.2. Caractéristiques physico – mécaniques
3.2.2.1.La surface spécifique
3.2.2.2.Essai de consistance
3.2.2.3.Essai de prise
3.2.2.4.Masses volumiques (apparente et absolue)
3.2.2.5. Essais mécaniques sur les mortiers normalisés
3.3. Granulats (gravier et sable)
3.3.1. Site de la carrière Djebel Abiod
3.3.2. Morphologie du gisement
3.3.3. Mode d’extraction
3.3.4. Capacité de production
3.3.5. Identification des granulats
3.3.5.1.Analyse granulométrique
3.3.5.2.Masses volumiques apparentes et absolues
3.4. Additions minérales
3.5. Caractérisation des bétons étudiés
3.5.1. Méthode de Dreux-Gorisse
3.5.2. Méthode de Baron Lesage
3.6. Programme expérimental
3.6.1. Essais sur bétons
3.6.1.1.Essais réalisées sur béton à l’état frais
3.6.1.1.1. Essai d’affaissement au cône d’Abrams
3.6.1.1.2. Malaxage et confection des éprouvettes
3.6.1.2.Essais réalisées sur béton à l’état durcis
3.6.1.2.1. Résistance à la compression
3.6.1.2.2. Porosité accessible à l’eau
3.7. Méthodes d’essais utilisées
3.7.1. La vitesse d’impulsion d’ultrason
3.7.1.1.Appareillage et méthodologie
3.7.2. Propriétés dynamiques
3.7.2.1.Appareillage
3.7.3. Module d’élasticité statique
3.8. Conclusion
CHAPITRE 4 : PRESENTATION ET INTERPRETATIONS DES RESULTATS
4.1. Introduction
4.2. Résultats et discussion
4.2.1. Influence des additions sur le module d’élasticité dynamique
4.2.2. Influence des additions sur le module de rigidité dynamique
4.2.3. Influence des additions sur le coefficient de Poisson
4.2.4. Influence des additions sur la résistance à la compression
4.2.5. Influence des additions sur la vitesse d’impulsion d’ultrason
4.2.6. Effet des additions minérales sur l’évolution de La porosité
4.2.7. Relation entre le module d’élasticité dynamique et la résistance à la compression
4.2.8. Relation entre la vitesse d’impulsion d’ultrason et le module d’élasticité dynamique
4.2.9. Relation entre la vitesse d’impulsion d’ultrason et la résistance à la compression
4.2.10. Relation entre le module d’élasticité statique et le module d’élasticité dynamique
4.2.11. Relation entre la porosité el la résistance à la compression
4.3. Conclusion
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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