Caractérisation mécanique des éléments corrodés en béton armé (cas d'un béton ordinaire)

Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Université Mentouri Constantine faculté des sciences de l’ingénieur

Département de génie civil

Mémoire en vue de l’obtention du diplôme

de Master en Génie Civil

Option : Matériaux et Structures

Thème

Caractérisation mécanique des éléments corrodés en béton armé «cas d’un béton ordinaire»

Présenté par : MOUATS KHALED

Encadreur : Dr. Rachid Lassoued.

Année Universitaire : 2010-2011

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

E-mail : [email protected]

mailto:[email protected]�

I

Remerciements

Je remercie Dieu le tout puissant qui m’a donné la force et la volonté de réaliser et achever ce travail.

Je souhaite adresser mes plus sincères remerciements au Docteur Rachid Lassoued, qui m’a encadré durant cette période. Sa bonne humeur, sa disponibilité, ses précieux conseils m’ont permis de mener à bien ce mémoire, et dans les meilleures conditions.

Nous tenons à remercier le Directeur du LMDC qui a financé notre projet par le biais de l’équipe du Dr Lassoued Rachid.

Nous tenons à remercier la Directrice du laboratoire Hyper fréquence Département d’Electronique pour le matériel de mesures pour les essais effectués lors de ce projet.

J’adresse toute ma reconnaissance au Professeur Mimoune M. pour avoir ouvert cette formation de Master.

Je tiens également à remercier vivement le Professeur Houari H, le Docteur Djabbar N et le Docteur Bensabti S. qui m’ont consacrés leur temps ainsi que leurs conseils et directives précieuses.

Je souhaite exprimer mes remerciements à l’équipe du laboratoire de génie civil pour m'avoir accueilli au sein du laboratoire et soutenu pendant la période de mon projet.

Mes remerciements vont aussi aux membres du jury pour leurs efforts et souci pour améliorer la qualité de ce mémoire.

Mes énormes remerciements à mes camarades Demigha Ilyes et Hadrouf Fares qui ont contribué à la réalisation de ce projet.

Je tiens également à remercier Madaci Mansor qui ma aider dans l’aspect électronique de ce projet.

Toute ma gratitude, ma reconnaissance et mes très vifs remerciements à tous ceux qui ont contribué de prés ou de loin et en particulier l'ensemble des enseignants du département de génie civil de Constantine à ma formation.

Mes sincères remerciements sont aussi adressés envers mes collègues pour un temps agréable et une ambiance exemplaire passée ensemble.

Enfin, je souhaite exprimer mes plus chaleureux remerciements à ceux qui ont été la en toutes circonstances et qui m’ont encouragé depuis toujours : mes parents et toute ma famille.

II

Résumé

Le béton ordinaire grâce à son faible coût et la facilité de mise en œuvre est employé dans la majorité des constructions en Algérie, Les constructions en béton armé sont conçues et réalisées pour une durée de service qui est définie par le concepteur et maîtrisée par le constructeur. Pendant cette durée, la construction ne doit pas se dégrader à un point tel qu'elle ne remplit plus ses fonctions. L’attaque des chlorures et la carbonatation du béton vont contribuer au développement de la corrosion qui est une des pathologies courantes des bétons, Ce mémoire présente une étude de l’initiation de la corrosion sur des poutrelles en béton armé ainsi qu’une étude du comportement mécanique des barres d’armature corrodées et enfin une étude de simulation des effets de corrosion a été réalisé pour évaluer les constantes mécanique couplées à la corrosion.

Mots clés : Corrosion, corrosion simulée, corrosion accélérée, comportement mécanique, poutrelles corrodée, béton armé.

Abstract Ordinary concrete due to its cost and ease of implementation is used in most

buildings in Algeria, the reinforced concrete structures are designed and implemented for a period of service which is defined by the designer and controlled by the constructor. During this period, the construction should not deteriorate to the point where it no longer fulfills its functions. The attack of chlorides and carbonation of concrete will contribute to the development of corrosion that is a common disease of concrete, this project presents a study of the initiation of corrosion on reinforced concrete beams and a study of mechanical behavior of corroded reinforcing bars, and finally a simulation study of the effects of corrosion was carried out to evaluate the constant mechanical coupled to corrosion.

Keywords: Corrosion, simulated corrosion, accelerated corrosion, mechanical behavior, corroded beams, reinforced concrete.

ملخص المسلحة الخرسانة هياكل تصمم ،تستخدم الخرسانة لبناء معظم المباني في الجزائر بسبب تكلفتها وسهولة التنفيذ

ينبغي الفترة، هذه خالل. المصنعة الشركة قبل من ومراقبتها المصمم قبل منت دراستها تم التي الخدمة لمدة

التآكل، تطوير في انهماسيس الخرسانة أو تفحم الكلوريدات ومهج. تلبية جميع مهامه في هذه الفترةلبناءل

الميكانيكي السلوك ودراسة المسلحة ، الخرسانة حديد تسليح عارضة منتآكل لبدء دراسة لعملا اهذ عرضي

.لتآكل واالميكانيكية للخواصمستمر تقييم جانب إلى التآكل تأثيرات محاكاة دراسة وأخيرا التسليح، حديد لتآكل

خرسانةال ، متآكلة عارضة ، الميكانيكية السلوك المتسارع، لتآكل،ا محاكاة التآكل، الصدأ: ةمفتاحيال الكلمات .المسلحة

Sommaire

III

Sommaire

Remerciements .............................................................................................................. I

Résumé ......................................................................................................................... II

Abstract.......................................................................................................................... II

II ............................................................................................................................... ملخص

Sommaire .................................................................................................................... III

Liste des tableaux ..................................................................................................... VIII

Liste des figures ........................................................................................................... X

Liste des symboles ................................................................................................... XIV

Introduction générale .............................................................................................. XVI

Chapitre 1 : Aspect bibliographique de l’étude ..................................................... 1

1.1. Introduction .................................................................................................................... 1

1.2. Le béton .......................................................................................................................... 1

1.2.1. Historique ............................................................................................................. 1

1.2.2. Qu’est-ce que le béton ? ...................................................................................... 1

1.3. Acier ................................................................................................................................. 1 1.3.1. Acier rond lisse. .................................................................................................... 1 1.3.2. Acier haute adhérence ......................................................................................... 2

1.3.3. Treillis soudés. ...................................................................................................... 2

1.4. Béton armes ..................................................................................................................... 3

1.5. Essais sur béton et béton armés ..................................................................................... 3

1.5.1. Essais sur béton frais ............................................................................................ 3

1.5.2. Essais sur béton durci ........................................................................................... 4

1.5.2.1. Essai de résistance en compression ........................................................... 4

1.5.2.2. Essai de flexion ........................................................................................... 4

1.6. La corrosion ..................................................................................................................... 3

1.6.1. Corrosion sèche ................................................................................................... 5

1.6.2. Corrosion humide ................................................................................................ 5

1.6.3. Corrosion de l’acier dans le béton ........................................................................ 7

IV

1.6.4. La nature électrochimique de la corrosion ......................................................... 7

1.6.5. Les différents types (formes) de corrosion ......................................................... 7

1.6.5.1. Uniforme ou généralisée ........................................................................... 7

1.6.5.2. Galvanique (bimétallique) .......................................................................... 8

1.6.5.3. Corrosion par piqures ................................................................................ 8

1.6.5.4. Corrosion localisée .................................................................................... 8

1.6.5.5. Corrosion caverneuse ................................................................................ 8

1.6.5.6. Corrosion sous contrainte ......................................................................... 8

1.6.5.6.1. La corrosion sous contrainte ............................................................ 8

1.6.5.6.2. La fatigue-corrosion .......................................................................... 8

1.6.5.6.3. La fragilisation par l'hydrogène ........................................................ 8

1.6.5.7. La corrosion intergranulaire ...................................................................... 8

1.6.5.8. La corrosion érosion ................................................................................. 8

1.6.5.9. La corrosion-frottement (tribocorrosion) ................................................. 9

1.6.5.10. La corrosion bactérienne ........................................................................ 9

1.7. Facteurs............................................................................................................................ 9

1.7.1. Courants vagabonds ............................................................................................ 9

1.7.2. Pression ............................................................................................................... 9

1.7.3. L’Environnement ................................................................................................. 9

1.7.4. Dioxyde de carbone ........................................................................................... 10

1.7.5. Ions de chlorure ................................................................................................. 10

1.7.6. Influence du béton armé sur les aciers d’armatures ......................................... 11

1.7.6.1. Influence de l'enrobage ........................................................................... 11

1.7.6.2. Influence de la composition du béton .................................................... 11

1.7.6.3. Influence de la résistivité du béton ......................................................... 12

1.7.7. Facteurs marin .................................................................................................. 12

1.7.7.1. Salinité ...................................................................................................... 12

1.7.7.2. Oxygène ................................................................................................... 12

1.7.7.3. Les bactéries ............................................................................................ 13

1.8. Mesure de la corrosion ................................................................................................. 13

1.8.1. Mesure du degré de corrosion ......................................................................... 13

V

1.8.1.1. Potentiel de corrosion ............................................................................. 13

1.8.1.2. Densité de courant macropile ................................................................. 14

1.8.1.3. Polarisation linéaire ................................................................................. 14

1.8.2. Mesure de corrosion par ultrasons .................................................................. 14

1.8.3. Mesure de la vitesse de la corrosion ................................................................. 15

1.8.3.1. La méthode de la perte de poids ............................................................. 15

1.9. Corrosion accélérée ...................................................................................................... 16

1.9.1. Le chlorure de sodium (Na Cl) ............................................................................ 16

1.9.2. Le dioxyde carbone ............................................................................................ 16

1.9.3. L’acide sulfurique ............................................................................................... 16

1.9.4. L’imposition d’un courant électrique ................................................................ 16

1.10. Influence de la corrosion sur le comportement des éléments ................................. 17

1.10.1. Influence de la rouille sur la contrainte d’adhérence de l’acier et la fissuration du béton .............................................................................................................................. 17

1.10.2. Excentricité dus a la perte de section .............................................................. 18

1.11. Conclusion ................................................................................................................... 18

Chapitre 2 : Processus expérimental ...................................................................... 19

2.1. Introduction ................................................................................................................. 19

2.2. Programme expérimental ............................................................................................ 19

2.3. Formulation du béton .................................................................................................. 20

2.4. Méthodes de mise en œuvre ....................................................................................... 20

2.4.1. MMO A .............................................................................................................. 20

2.4.2. MMO COR 1 ........................................................................................................ 20

2.4.3. MMO COR 2 ........................................................................................................ 21

2.5. Constituants ................................................................................................................. 21

2.5.1. Eau ..................................................................................................................... 21

2.5.2. Ciment ................................................................................................................ 21

2.5.3. Granulats ........................................................................................................... 22

2.5.4. Acier ................................................................................................................... 22

2.6. Types de poutrelles ...................................................................................................... 23

2.6.1. Type A ............................................................................................................... 23

VI

2.6.2. Type COR ........................................................................................................... 24

2.6.3. Type B ............................................................................................................... 24

2.6.4. Type C ............................................................................................................... 24

2.6.5. Type D ............................................................................................................... 25

2.7. Equipements ................................................................................................................ 25

2.7.1. Malaxeur à béton .............................................................................................. 25

2.7.2. Aiguille vibrante ................................................................................................. 25

2.7.3. Dispositif pour la préparation et l’assemblage des barres d’acier .................... 26

2.7.4. Moules pour béton ............................................................................................ 26

2.7.5. Gaines pour l’essai de la corrosion simulée ...................................................... 27

2.7.6. Machine de compression et de flexion ............................................................. 27

2.7.6.1. Console 50-C8422 MCC 8 ......................................................................... 27

2.7.6.2. Bâti de compression 50-C5600/FR .......................................................... 28

2.7.6.3. Bâti de flexion 50-C0013/10 ..................................................................... 28

2.8 Essais ............................................................................................................................. 29

2.8.1. Essai d’affaissement .......................................................................................... 29

2.8.2. Essai de résistance en compression .................................................................. 29

2.8.3. Essai de flexion .................................................................................................. 30

2.8.4. Essai de la corrosion accélérée .......................................................................... 30

2.8.5. Essai de la corrosion simulée ............................................................................. 32

2.9. Conclusion .................................................................................................................... 32

Chapitre 3 : présentation des résultats .................................................................. 33

3.1. Introduction ................................................................................................................. 33

3.2. Résultats théorique ..................................................................................................... 33

3.3. Caractéristique du béton ............................................................................................. 33

3.4. Essai de la corrosion accélérée .................................................................................... 34

3.5. Essai de flexion 4 points ............................................................................................... 37

3.5.1. Résultats mécaniques des poutrelles ................................................................ 37

3.5.2. Faciès de fissuration des poutrelles .................................................................. 39

3.6. Conclusion .................................................................................................................... 42

VII

Chapitre 4 : Interprétations des résultats .............................................................. 43

4.1. Introduction ................................................................................................................. 43

4.2. Essai de la corrosion accélérée .................................................................................... 43

4.3. Propriété mécanique ................................................................................................... 48

4.4. Fasciés de fissuration ................................................................................................... 51

4.5. Comparaison des résultats ......................................................................................... 53

4.6. Conclusion .................................................................................................................... 55

Conclusion générale et perspectives ...................................................................... 56

Référence bibliographique ........................................................................................ 59

Annexe A : Équipements et essais ........................................................................... 61

Annexe B : Résultats des essais ................................................................................ 67

Annexe C : Équations ................................................................................................. 84

VIII

Liste des tableaux

Tableau 1-1 : Caractéristique mécanique des aciers ronds lisses [BAR 05]. ............................. 2

Tableau 1-2 : Caractéristique mécanique des aciers hauts adhérences [BAR 05] ..................... 2

Tableau 1-3 : Classes de béton ................................................................................................... 4

Tableau 1-4 : Échelle des potentiels standard ESH

Tableau 1-5 : Probabilité de corrosion en fonction de la valeur de la résistivité [NOB 04]..... 12

d’oxydo-réduction de quelques

métaux [DUP 05] ........................................................................................................................ 6

Tableau 2-1 : Programme expérimentale de chaque poutre. ................................................. 19

Tableau 2-2: Composition des bétons ..................................................................................... 20

Tableau 2-3 : Résistance mécaniques du ciment (Mpa) .......................................................... 21

Tableau 2-4 : Composition minéralogique du clinker ............................................................. 21

Tableau 2-5 : composition chimique du clinker ...................................................................... 22

Tableau 2-6 : propriétés physiques du ciment ........................................................................ 22

Tableau 2-7 : Type de granulats utilisés .................................................................................. 22

Tableau 2-8 : caractéristiques mécanique des aciers utilisés ................................................. 22

Tableau 3-1 : Résultats théoriques .......................................................................................... 33

Tableau 3-2 : Caractéristiques du béton ................................................................................. 33

Tableau 3-3 : Résultats mécaniques obtenus pour les poutres type COR 1 ............................ 37

Tableau 3-4: Résultats mécaniques obtenus pour les poutres de type COR 2 ........................ 37

Tableau 3-5: Résultats mécaniques obtenus pour les poutres de type A ............................... 38

Tableau 3-6: Résultats mécaniques obtenus pour les poutres de type B ............................... 38

Tableau 3-7 : Résultats mécaniques obtenus pour les poutres de type C .............................. 38

Tableau 3-8: Résultats mécaniques obtenus pour les poutres de type D .............................. 39

Tableau 3-9 : Faciès de fissuration de la poutre 1 du Type COR ............................................. 39

Tableau 3-10 : faciès de fissuration de la poutre 7 du Type COR ........................................... 40

Tableau 3-11 : Faciès de fissuration de la poutre 1 du Type A ............................................... 40

Tableau 3-12 : Faciès de fissuration de la poutre 3 du Type B ................................................ 41

Tableau 3-13 : Faciès de fissuration de la poutre 3 du Type C ................................................ 41

Tableau 3-14 : Faciès de fissuration de la poutre 2 du Type D ............................................... 42

Tableau 4-1 : Superposition des poutrelles type COR et Type B, Type C, Type D.................... 52

IX

Tableau A.1 : Caractéristiques du multimètre ITC-996 ............................................................ 61

Tableau A-2 : Caractéristiques de l’alimentation .................................................................... 62

Tableau B-1 : Faciès de fissuration de la poutre 1 du Type COR ............................................. 71








Tableau B-9 : Faciès de fissuration de la poutre 1 du Type A .................................................. 75

Tableau B-10 : Faciès de fissuration de la poutre 2 du Type A ............................................... 75





Tableau B-15 : Faciès de fissuration de la poutre 1 du Type B ............................................... 78




Tableau B-19 : Faciès de fissuration de la poutre 1 du Type C ............................................... 80




Tableau B-23 : Faciès de fissuration de la poutre 1 du Type D ............................................... 82




X

Liste des figures

Figure 1-1 : Diagramme contrainte/déformation des aciers hauts adhérence ......................... 2

Figure 1-2 : Dispositif et dimensionnement du cône d’Abrams ................................................ 3

Figure 1-3 : Dispositions de la poutre dans l’appareille d’essai de flexion 3 et 4 points ........... 4

Figure 1-4 : Différents types de couches de corrosion .............................................................. 5

Figure 1-5 : Processus de la corrosion ........................................................................................ 7

Figure 1-6. Schéma de connexion pour les mesures de potentiel de corrosion [PAR 09] ....... 13

Figure 1-7. Schéma de connexion pour les mesures de densité de corrosion macropile

[PAR 09] .................................................................................................................................... 14

Figure 1-8. Schéma de connexion pour les mesures de résistance de polarisation [PAR 09] . 14

Figure 1-9 : Étapes de la méthode perte de poids ................................................................... 15

Figure 1-10 : Circuit électrique qui simule le métal soumis à la corrosion .............................. 15

Figure 1-11 : Etat du béton d’enrobage avant et après la corrosion d’armature .................... 17

Figure 1-12 : Diminution de l’adhérence entre l’acier et le béton après la corrosion de

l’armature d’acier ..................................................................................................................... 17

Figure 1-13 : Exemple d’une charge de compression appliqué à une section d’un poteau en

BA avec un acier sein, et un acier corrodé plus une dégradation du béton ............................ 18

Figure 2-1 : Dimensions des armatures transversales et longitudinales ................................. 23

Figure 2-2 : Dimensions et disposition de la poutrelle type A ................................................. 23

Figure 2-3 : Dimensions et disposition de la poutrelle type COR ............................................ 24

Figure 2-4 : Dimensions et disposition de la poutrelle type B ................................................. 24

Figure 2-5 : Dimensions et disposition de la poutrelle type C ................................................. 24

Figure 2-6 : Dimensions et disposition de la poutrelle type D ................................................. 25

Figure 2-6 : Photo du malaxeur ................................................................................................ 25

Figure 2-7 : Photo de l’aiguille vibrante ................................................................................... 25

Figure 2-8 : Dispositif pour la préparation des armatures des poutrelles ............................... 26

Figure 2-9 : Photo des coffrages employés pour les poutrelles ............................................... 26

Figure 2-10 : Différente type de gaine ..................................................................................... 27

Figure 2-11 : Dimensions de la gaine ....................................................................................... 27

Figure 2-12 : Machine de compression et de flexion ............................................................... 28

XI

Figure 2-13 : Essai d’affaissement ............................................................................................ 29

Figure 2-14 : Décoffrage des éprouvettes ................................................................................ 29

Figure 2-16 : Dispositif d’essai de flexion quatre points .......................................................... 30

Figure 2-17 : Image du bassin de l’essai de corrosion accélérée ............................................. 30

Figure 2-18 : Circuit électrique de l’installation du bassin ....................................................... 31

Figure 2-19 : Installation électrique du bassin ......................................................................... 31

Figure 2-20 : Exemple de résultats de l’essai de corrosion accélérée ..................................... 32

Figure 2-21 : Absence d’adhérence entre l’acier et le béton à cause de la gaine ................... 32

Figure 3-1 : Ecrasement de l’éprouvette .................................................................................. 33

Figure 3-2 : Circuit électrique de l’installation du bassin ......................................................... 34

Figure 3-3 : Diagramme de la variation du courant dans l’essai de la corrosion accélérée pour

les aciers d’armature de la poutre 1 ........................................................................................ 34

Figure 3-4 : Diagramme de la variation du courant dans l’essai de la corrosion accélérée pour


Figure 3-5 : Propagation de la corrosion .................................................................................. 35

Figure 3-6 : Perte de contact entre l’acier et le file électrique ................................................ 36

Figure 3-7 : Perte d’adhérence entre l’acier et le béton .......................................................... 36

Figure 3-8 : Rupture de la poutre 1 Type COR ........................................................................ 39

Figure 3-9 : Rupture de la Poutre 7 Type COR ........................................................................ 40

Figure 3-10 : Rupture de la Poutre 1 Type A ........................................................................... 40

Figure 3-11 : Rupture de la Poutre 3 Type B ............................................................................ 41

Figure 3-12 : Rupture de la Poutre 3 Type C ............................................................................ 41

Figure 3-13 : Rupture de la Poutre 2 Type D ............................................................................ 42

Figure 4-1 : Illustration de la phase initiale .............................................................................. 43

Figure 4-2 : Illustration de la phase d’initiation de la corrosion .............................................. 44

Figure 4-3 : Illustration de la fissuration de la couche de rouille ............................................. 44

Figure 4-4 : Illustration de la propagation de la corrosion....................................................... 45

Figure 4-5 : Exemple des phases de variation du courant dans le diagramme de mesure .... 45

Figure 4-6 : Illustration de la variation de l’intensité à cause du changement de section ..... 46

Figure 4-7 : Etape de propagation de la corrosion ................................................................... 46

Figure 4-8 : Propagation de la corrosion à partir du fil d’attache ............................................ 47

Figure 4-9 : Taux de corrosion dans les barres d’acier type COR 1 et COR 2 ........................... 47

XII

Figure 4-10 : Corrosion par voiex sèche et humide dans les barres d’acier des poutrelles .... 48

Figure 4-11 : Charge de rupture des poutrelles type COR1 et COR 2 ...................................... 48

Figure 4-12 : Résistance en traction des poutrelles type COR 1 et COR 2 ............................... 49

Figure 4-13 : Résistance en traction des poutrelles ................................................................. 49

Figure 4-14 : Contrainte d’adhérence des poutrelles .............................................................. 50

Figure 4-15 : Ductilité des poutrelles Type A et Type COR ...................................................... 50

Figure 4-16: Flèche des poutrelles ........................................................................................... 51

Figure 4-17 : Exemple de résultats de l’essai de corrosion accélérée [GAG 04] ...................... 53

Figure 4-18 : Diagramme de la parcelle de Bode qui pourrait être utilisés pour des structures

avec des produits de corrosion déposés sous forme de pores étroits [ELE 02] ...................... 54

Figure 4-19 : Superposition des résultats du béton ordinaire et béton auto plaçant ............ 55

Figure A-1 : Multimètre ITC-996............................................................................................... 61

Figure A-2 : Alimentation DF1730SB3A .................................................................................... 62

Figure A-3 : Disposition du fil électrique dans les barres d’acier ............................................. 63

Figure A-4 : Application de la silicone sur les poutrelles ......................................................... 64

Figure A-5 : Application de la silicone sur les feuilles de polystyrène ..................................... 64

Figure A-6 : Bassin final ............................................................................................................ 65

Figure A-7 : Découpage des gaines .......................................................................................... 66

Figure A-8 : Disposition des poutrelles simulant la corrosion ................................................. 66

Figure B-1 : Diagramme de la variation du courant dans l’essai de la corrosion accélérée pour


Figure B-2: Diagramme de la variation du courant dans l’essai de la corrosion accélérée pour




Figure B-4: Diagramme de la variation du courant dans l’essai de la corrosion accélérée pour






XIII





Figure B-9 : Rupture de la poutre Type COR-1 ........................................................................ 71

Figure B-10 : Rupture de la poutre Type COR-2 ....................................................................... 71







Figure B-17 : Rupture de la poutre Type A-1 ........................................................................... 75






Figure B-23 : Rupture de la poutre Type B-1 ............................................................................ 78




Figure B-27 : Rupture de la poutre Type C-1 ............................................................................ 80




Figure B-31 : Rupture de la poutre Type D-1 ........................................................................... 82




XIV

Liste des symboles

A : Affaissement (cm).

A : masse atomique.

Ac : L'aire de la section de l'éprouvette sur laquelle la force de compression est

appliquée (mm²).

𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 : Aire de la section de la barre d’armature corrodée (mm²).

𝐴𝐴𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 : Aire de la piqure (mm²).

𝐴𝐴𝑠𝑠 : Aire initiale de la section de la barre d’armature (mm²).

𝐴𝐴𝑆𝑆𝑝𝑝 : Section d’armatures transversales (mm²)

𝑎𝑎 : Distance entre l’application de la charge et l’appui (mm).

aMn+ : Activité des ions Mn+

𝑑𝑑 : Largeur de la poutrelle (mm).

dans la solution.

𝑑𝑑′ : Retombé de la poutrelle (mm).

𝑑𝑑𝑧𝑧 : Bras de levier (mm).

𝐸𝐸 : Module de Young (MPa). 𝐸𝐸𝐶𝐶

: Rapport d’eau sur le ciment.

𝑒𝑒 : Enrobage (mm).

ESH

F : La charge maximale (N).

: Échelle des potentiels standards.

F : la constante de Faraday.

Fr : Contrainte de traction (MPa)

𝐹𝐹𝑆𝑆 : Contrainte de traction des aciers (MPa).

fc : La résistance en compression (MPa).

𝑓𝑓𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚 : Fleche maximum (mm).

𝑓𝑓𝑦𝑦0 : La limite élastique initiale de l’acier (MPa).

𝑓𝑓𝑦𝑦 : La limite élastique après corrosion (MPa).

𝐼𝐼 : Inertie de la section transversale de la poutrelle (mm4

𝐼𝐼 : Intensité totale du courant (A).

).

XV

𝐼𝐼𝑎𝑎 : Intensité du courant de l’acier d’armature(A).

𝑝𝑝 : Intensité du courant (A).

𝑝𝑝𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 : Courant de corrosion (μA/cm²).

𝑝𝑝𝑝𝑝𝑖𝑖𝑝𝑝 : Courant d’amorçage de la corrosion (μA/cm²).

𝐿𝐿 : Distance entre appuis (mm).

𝐿𝐿 : Longueur de la poutrelle (mm).

𝑀𝑀𝑢𝑢𝑢𝑢𝑝𝑝 : Moment de flexion ultime (N mm).

Mn+

m : Masse d’un métal.

: Électrolyte en ions.

𝑁𝑁𝑠𝑠 : Effort de traction (N).

n : Nombre d’électrons.

𝑃𝑃𝑢𝑢𝑢𝑢𝑝𝑝 : Charge ultime (N).

𝑄𝑄 : Taux de corrosion (%).

R : la constante des gaz parfaits.

𝑅𝑅𝑎𝑎 : Résistance de l’acier (Ω).

T(K) : la température absolue.

𝑝𝑝: Temps (an).

𝑉𝑉𝑢𝑢𝑢𝑢𝑝𝑝 : Effort de tranchant ultime (N).

𝑚𝑚 : Pénétration de l’attaque par corrosion (mm).

𝛼𝛼 : Coefficient dépendant du type d’attaque.

𝛽𝛽 ∶ le coefficient de Tafel.

∅ : Diamètre résiduel après attaque par corrosion (mm).

∅0 : Diamètre initiale de la barre d’armature (mm).

ε: Déformation (‰).

𝜏𝜏 : Contrainte d’adhérence (MPa).

Introduction générale

XVI

Introduction générale

Le béton ordinaire grâce à son faible coût et la facilité de mise en œuvre est employé dans la majorité des constructions en Algérie, Les constructions en béton armé sont conçues et réalisées pour une durée de service qui est définie par le concepteur et maîtrisée par le constructeur. Pendant cette durée, la construction ne doit pas se dégrader à un point tel qu'elle ne remplit plus ses fonctions. Le béton armé à cause de ses pathologies risque de déséquilibrer brutalement ces ambitions, La corrosion des aciers d’armature dans le béton armé est une des pathologies courantes, Ce mémoire présente une étude de l’initiation de la corrosion sur des poutrelles en béton armé ainsi qu’une étude du comportement mécanique des barres d’armature corrodées, et enfin une étude de simulation des effets de corrosion a été réalisée pour évaluer les constantes mécaniques couplées à la corrosion.

Ce projet s’articule sur quatre parties :

La première partie de ce projet est consacrée à l’état d’art dans ce domaine. Cette synthèse bibliographique nous permet d’acquérir des connaissances de base des matériaux utilisés (béton, aciers, et béton armé), et des phénomènes dérivés de la corrosion. Les facteurs influant le développement de la corrosion ont été analysés. Le couplage de la corrosion avec le comportement mécanique est abordé.

La deuxième partie concerne le processus expérimental, dont l’objectif est de présenter les différents dispositifs mis en œuvre pour le développement d’un essai de corrosion accélérée et un essai de corrosion simulée ainsi que les matériaux utilisés lors des études expérimentales et les différents matériels et techniques utilisés pour le suivi de la corrosion.

Tous les résultats obtenus à partir des essais ont été présentés dans la troisième partie.

La dernière partie est consacrée à la compilation, à l’analyse et l’interprétation des résultats obtenus dans ce projet. Des comparaisons sont réalisés avec d’autres Auteurs.

Finalement les conclusions, ainsi que les recommandations et les perspectives du projet seront présentées.

Chapitre 1 : Aspect bibliographique de l’étude


1


1.1. Introduction

Dans ce chapitre, nous présentons un ensemble de connaissances et les principes acquis en fonction de l’évolution du béton et du béton armé corrodé. Nous présentons le processus de développement de la corrosion, les aspects physico-chimiques qui interviennent dans ce phénomène. Ceci nous a permit de comprendre les mécanismes de la corrosion, et enfin le comportement globale des structures corrodés.

1.2. Le béton

1.2.1. Historique

L’ingénieur Bélidor, auteur de L’architecture hydraulique (1737) étudia la composition du béton et introduisit le mot béton dans son sens actuel. L’invention du ciment par Louis Vicat en 1817, celle du ciment Portland par Aspdin en 1824 et l’installation des premiers fours par Pavin de Lafarge au Teil en 1830 préparent l’avènement du béton. Les premières cimenteries se développent en France entre 1850 et 1860, dans le Boulonnais avec la Société des Ciments Français [Les bétons formulation, fabrication et mise en œuvre], et en Algérie avant même l’indépendance, Le secteur comprenait trois (03) cimenteries totalisant une capacité productive de l’ordre de 1.5 millions tonnes, répartie entre l’actuelle société de ciment de Meftah ( Ex-Rivet Lafarge) , de Rais Hamidou (Ex- Pointe Pescade Lafarge) et de Zahana (Ex- Saint Lucien CADO) [BEN 07].

C’est en fait le mariage ciment-métal, appelé ciment armé, puis béton armé, qui va donner au béton son plein essor. Le premier exemple est la barque de Lambot (1848), le plus significatif, l’immeuble Hennebique à Paris (1898) [CIM 06].

1.2.2. Qu’est-ce que le béton ?

Le béton est un mélange de plusieurs composants : ciment, eau, granulats et, le plus souvent, adjuvants qui constituent un ensemble homogène [CIM 06].

1.3. Acier

Dans les constructions du béton armes il existe trois types d’acier [BAR 05]: -acier rond lisse, acier haute adhérence, treillis soudés.

1.3.1. Acier rond lisse

L’acier se forme de barre, en principe d’une longueur de 12 m et une section circulaire et ils ont une surface qui est lisse [BAR 05]. Les diamètres généralement utilisés sont les suivants : 6 ; 8 ; 10 ; 12 ; 14 ; 16 ; 20 ; 25 ; 32 ; 40mm. Les ronds lisses sont utilisés en deux nuances (FeE220 ou FeE215, et FeE240 ou FeE235)


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Tableau 1-1 : Caractéristique mécanique des aciers ronds lisses [BAR 05]

Nuance Fe (MPa) ε Fr

FeE215 215 1,075 330 - 490

FeE235 235 1,175 410 - 490

1.3.2. Acier haute adhérence

Les barres à haute adhérence ont une section sensiblement circulaire qui présente des nervures d’une hauteur de 0,5 à 3 mm (la hauteur est suivant le diamètre) pour améliorer l’adhérence entre l’acier et le béton [BAR 05]. Les diamètres ou les barres à haute adhérence utilisés sont : 6 ; 8 ; 10 ; 12 ; 14 ; 16 ; 20 ; 25 ; 25 ; 32 ; 40 mm.

Les hautes adhérences se divisent en deux nuances (FeE400 et FeE500)

Tableau 1-2 : Caractéristique mécanique des aciers hauts adhérences [BAR 05]

Nuance Fe (MPa) ε Fr

FeE400 400 2 480

FeE500 500 2,5 550

Le diagramme contrainte/déformation pour les aciers hauts adhérences est représenté sur la figure 1-1.

Figure 1-1 : Diagramme contrainte/déformation des aciers hauts adhérence

1.3.3. Treillis soudés

Certain élément dans le béton armes tel que les dalles, les murs voile sont armé suivant deux directions perpendiculaire. On utilise pour cela les treillis soudés qui sont constitués par des fils se croisant et qui seront soudés aux points du croisement [BAR 05].

Les treillis soudés sont composés de fils porteurs de diamètre plus important disposés dans le sens des efforts principaux et de fils de répartition de diamètre plus faible, disposés dans le sens perpendiculaire. Les diamètres couramment utilisés sont les suivants :

3 - 3,5 - 4 - 4,5 - 5 - 6 - 7 - 8 - 9 - 10 - 12 mm.


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Les espacements entre fils porteurs : 75 - 100 - 125 - 150 - 200 mm. Les espacements entre fils de répartition : 100 - 150 - 200 - 250 -300 mm.

1.4. Béton armes

L’idée du béton armé est d’associer deux matériaux (béton et acier), pour avoir plus d’avantages tel que :

- La création de formes complexe a l’aide de la maniabilité du béton. - L’augmentation de la résistance a la traction (flexion) du béton avec l’aide des

armatures. - La diminution des couts d’ouvrage. - les constructions en béton armé ne nécessitent que peu d’entretien. - coffrage métallique pour l’industrialisation du bâtiment. - les constructions en béton armé ont un bon comportent au feu. Le béton, grâce à sa

mauvaise conductibilité thermique retarde les effets de la chaleur sur les armatures, il est possible de remettre en service la construction après les réparations superficielles. Cette propriété a permit d’utiliser le béton armé dans certaines parties des fours.

1.5. Essais sur béton et béton armés

1.5.1. Essais sur béton frais

Il existe plusieurs essais sur le béton frais, le plus utilisé dans les bétons courants est l’essai d’affaissement pour caractériser la fluidifié du béton, cet essai doit être fait sous les normes, en Algérie on utilise la norme NF P18-451 pour effectuer cet essai, cette norme est utilisable tant que la dimension maximale des granulats ne dépasse pas 40 mm.

L'appareillage est complètement décrit dans la norme NF P 18-451, il se compose de 4 éléments (figure 1.2): - un moule tronconique sans fond de 30 cm de haut, de 20 cm de diamètre en sa partie inférieure et de 10 cm de diamètre en sa partie supérieure (figure 1.2). - une plaque d'appui. - une tige de piquage. - un portique de mesure.

Figure 1-2 : Dispositif et dimensionnement du

cône d’Abrams


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Pour l’interprétation des résultats, il suffit de mesuré l’affaissement est déterminer la classe du béton en utilisant le tableau 1-3.

Tableau 1-3 : Classes de béton

Classe de béton Ferme (S1) Plastique (S2) Très Plastique (S3) Fluide (S4)

Affaissement (cm) 1 ≤ A ≤ 4 5 ≤ A ≤ 9 10 ≤ A ≤ 15 A ≥ 16

1.5.2. Essais sur béton durci

1.5.2.1. Essai de résistance en compression

Les éprouvettes sont chargées jusqu'à rupture dans une machine pour essai de compression conforme à l'EN 12390-4. La charge maximale atteinte est enregistrée et la résistance en compression calculée.

𝑓𝑓𝑐𝑐 = 𝐹𝐹/𝐴𝐴𝑐𝑐 𝑓𝑓𝑐𝑐 : La résistance en compression, exprimée en méga pascals (MPa). 𝐹𝐹: La charge maximale, exprimée en Newtons (N).

𝐴𝐴𝑐𝑐 : L'aire de la section de l'éprouvette sur laquelle la force de compression est appliquée, exprimé en millimètre (mm²).

1.5.2.2. Essai de flexion

Des éprouvettes prismatiques sont soumises jusqu’à rupture à un moment de flexion par application d’une charge au moyen de rouleaux supérieurs et inférieurs. La charge maximale atteinte au cours de l’essai est enregistrée, et la résistance en flexion est calculée. La disposition des poutres dans le bac d’essai selon les normes : EN 12390-5 ASTM C78, C293 NF P18-407 est représenté dans la figure 1-3.

Figure 1-3 : Dispositions de la poutre dans l’appareille d’essai de flexion 3 et 4 points


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1.6. La corrosion

1.6.1. Corrosion sèche

Il s’agit d’une réaction chimique d’oxydo-réduction entre le métal et un agent corrosif non métallique (O, Cl, F, SO2, CO, CO2, H2

– La température : la vitesse s’accroît à haute température;

O…), avec formation d’un composé (oxyde, chlorure, sulfure, fluorure…), en milieu gazeux [DUP 05]. La vitesse de réaction (donc la consommation du métal) dépend de :

– L’enthalpie de réaction, qui doit nécessairement être négative pour que la réaction se produise spontanément : plus elle est forte en valeur absolue, plus la réaction est rapide. – La concentration du milieu en agent corrosif. – Temps, compte tenu de la nature plus ou moins isolante électriquement, étanche et protectrice de la couche de composée et formée par (figure 1-4) : les ions (métal et/ou oxydant) et électrons, ils doivent en effet diffuser à travers cette couche pour assurer la poursuite de la réaction.

Figure 1-4 : Différents types de couches de corrosion [DUP 05]

a) Couche passive (oxyde d’aluminium ou de chrome, nitrure de fer) : vitesse de croissance nulle après une phase de croissance rapide. b) Couche poreuse et/ou faiblement adhérente (oxyde de fer) : croissance parabolique ou linéaire en fonction du temps. c) Composé volatil (oxyde de tungstène) : consommation permanente du métal, à vitesse constante.

1.6.2. Corrosion humide

Il s’agit là encore d’une réaction d’oxydoréduction, mais avec des échanges d’électrons (à travers le métal) et d’ions (à travers un liquide polaire, généralement une solution aqueuse [DUP 05], jouant le rôle d’électrolyte) entre : – Les zones anodiques où les atomes métalliques sont ionisés positivement, libérant des électrons dans le métal; les cations créés lors de cette réaction anodique sont entraînés par diffusion dans l’électrolyte et le métal se dissout.


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– les zones cathodiques où les électrons du métal sont capturés par des atomes du liquide; cette réaction cathodique donne lieu à la formation d’anions en solution dans l’électrolyte. Pour un métal homogène, chaque élément de la surface en contact avec l’électrolyte joue simultanément le rôle de région anodique ou cathodique. Entre un métal plongé dans un électrolyte de concentration normale (1 mol/L) et une électrode de référence à hydrogène, la réaction anodique fait apparaître un potentiel électrique ESH dont la valeur dépend du métal considéré (tableau 1-4); les métaux nobles, ‘électropositif’, présentent un comportement plutôt cathodique et sont protégés de la corrosion; les métaux ‘électronégatifs’ se corrodent d’autant plus que leur potentiel anodique est plus élevé en valeur absolue. Lorsque la concentration de l’électrolyte en ions Mn+ n’est pas égale à 1 mol/L, le potentiel E diffère de sa valeur standard E0

Où R est la constante des gaz parfaits et F la constante de Faraday, T(K) la température absolue, n le nombre d’électrons impliqués dans la réaction et a

selon la loi de Nernst :

𝐸𝐸 = 𝐸𝐸0 + 𝑅𝑅 𝑇𝑇𝑛𝑛 𝐹𝐹

ln[𝑎𝑎𝑀𝑀𝑛𝑛+]

Mn+ l’activité des ions Mn+

Pour certains métaux purs capables de former une couche passive d’hydroxyde protectrice dans certaines conditions anodiques, le potentiel mesuré est modifié par la présence de cette couche. Pour des alliages métalliques, les potentiels dépendent également de la composition de l’alliage. Lorsque deux métaux ou alliages d’électronégativités différentes sont plongés dans un même bain électrolytique, une différence de potentiel égale à la différence des valeurs algébriques de leurs potentiels respectifs apparaît entre eux (principe de la pile électrochimique). S’ils sont reliés électriquement, un courant circule; le métal le plus électropositif s’impose comme cathode, et le plus électronégatif, situé en anode, subit la réaction anodique d’ionisation et de dissolution (corrosion galvanique).

dans la solution, équivalente ici à leur concentration molaire dans l’électrolyte.

La masse m d’un métal de masse atomique A dissoute dans un temps t sous l’effet d’un courant de corrosion d’intensité i est donnée par la loi de Faraday :

𝑚𝑚 =𝐴𝐴 𝑖𝑖 𝑡𝑡𝑛𝑛 𝐹𝐹

Tableau 1-4 : Échelle des potentiels standard ESH d’oxydo-réduction de quelques métaux [DUP 05]

Métal Réaction Potentiel (V)

Fe Fe ⇔ Fe2+ + 2 -0,44 e

Cu Cu ⇔ Cu+ +0,52 + e

Cu Cu ⇔ Cu2+ + 2 +0,34 e


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1.6.3. Corrosion de l’acier dans le béton

Le béton, du fait de sa forte alcalinité, apporte aux armatures une excellente protection face à la corrosion. Dans ces conditions de pH (Dans le béton, le pH est de l’ordre de 13), l’acier est protégé grâce à la formation d’un film extrêmement mince (1à 2 nanomètres) et adhérent, nommé film passif.

Cette présence d’eau et d’oxygène, ce film est détruit par différents agents. Le métal est alors dépassivé et la corrosion devient possible avec formation de nouveaux oxydes, dont le volume au moins deux fois supérieur à celui du fer initial entrainera des fissurations du béton qui accélérant le processus de corrosion [RAP 1].

1.6.4. La nature électrochimique de la corrosion

La corrosion de l’acier dans le béton est souvent liée à la carbonatation du béton, ou bien la pénétration des ions de chlorure au sein du béton, ces derniers vont crée une différence de potentielle dans l’acier, cette corrosion électrochimique appliquera l’existence d’une anode, d’une cathode et d’un milieu électrolytique pour constituer une pile (figure 1.5).

Figure 1-5 : Processus de la corrosion

Les ions ferreux réagissent avec les ions OH-

𝐹𝐹𝐹𝐹+2 + 2 𝑂𝑂𝑂𝑂− → 𝐹𝐹𝐹𝐹(𝑂𝑂𝑂𝑂)2 [DEK 03]

pour former de l’hydroxyde ferreux légèrement soluble :

Les réactions se poursuivent jusqu’à la création de la rouille (mélange de trois constituants Fe2O3, H2O et la magnétite Fe3O4

).

1.6.5. Les différents types (formes) de corrosion

La corrosion des armatures est le plus souvent une réaction électrochimique. Celle-ci peut se présenter sous plusieurs formes :

O2 H2O

𝑂𝑂𝑂𝑂−

𝐹𝐹−

Béton

Acier

Atmosphère

Anode (-) Cathode (+)


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1.6.5.1. Uniforme ou généralisée

Cette forme de corrosion est la plus courante. Elle résulte de l’exposition de l’acier au milieu acide provoquée par la présence d’agents agressifs. La perte de matière se produit de manière uniforme sur toute la surface d’une armature [CIR 03, MEB 04].

1.6.5.2. Galvanique (bimétallique)

Formation d’une pile électrochimique entre deux métaux de potentiels de corrosion différents [CIR 03, MEB 04].

1.6.5.3. Corrosion par piqures

Elle se caractérise par une attaque très localisée, et elle est généralement associée à une rupture locale du film passif [CIR 03, MEB 04].

1.6.5.4. Corrosion localisée

Si les zones anodiques sont petites et se trouvent en des endroits fixes, il apparaît de petites cuvettes ou piqûres de corrosion [CIR 03, MEB 04].

1.6.5.5. Corrosion caverneuse

Est due à une différence d'accessibilité de l'oxygène entre deux parties d'une structure, créant ainsi une pile électrochimique [CIR 03, MEB 04].

1.6.5.6. Corrosion sous contrainte

Une fissuration du métal qui résulte de l'action commune d'une contrainte mécanique et d'une réaction électrochimique [CIR 03, MEB 04].

La corrosion par fissuration des matériaux sous l'action conjuguée d'une sollicitation mécanique et de l'environnement regroupe les phénomènes suivants :

1.6.5.6.1. La corrosion sous contrainte La corrosion sous contrainte résulte de l'action conjuguée d'une contrainte mécanique

(résiduelle ou appliquée) [CIR 03, MEB 04].

1.6.5.6.2. La fatigue-corrosion

Ce phénomène apparaît sous l'action conjuguée de l'environnement et d'une sollicitation cyclique. Elle se manifeste par un abaissement de la résistance du matériau à la fatigue [CIR 03, MEB 04].

1.6.5.6.3. La fragilisation par l'hydrogène :

Ce phénomène provient de la capacité de l'hydrogène à diffuser dans les métaux en en modifiant les propriétés [CIR 03, MEB 04].

1.6.5.7. La corrosion intergranulaire

Ce type de corrosion peut être dû, soit à la présence d’impuretés dans le joint, soit à l’enrichissement (ou à l’appauvrissement) local en l’un des constituants. Ce type de


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corrosion est particulièrement dangereux car il affaiblit la cohésion du matériau qui se désagrège et perd toutes ses propriétés mécaniques [CIR 03, MEB 04].

1.6.5.8. La corrosion érosion

Cette corrosion est produite par le mouvement relatif d’un fluide corrosif et d’une surface métallique. Les phénomènes de turbulence peuvent détruire les films protecteurs et entraîner des vitesses de corrosion très élevées sur des matériaux par ailleurs très résistants en conditions statiques [SCI 96].

1.6.5.9. La corrosion-frottement (tribocorrosion)

Elle se produit essentiellement lorsque l’interface est soumise à des vibrations et à des charges de compression. Ce mouvement relatif peut être très faible («petits débattements» de l’ordre de quelques micromètres) [SCI 96].

1.6.5.10. La corrosion bactérienne

Les micro-organismes ne corrodent pas en eux-mêmes mais ils modifient leur environnement par des prélèvements et des rejets associés à leur métabolisme. La corrosion bactérienne est donc de nature électrochimique, comme les autres, avec la diversité et la complexité potentielle des milieux corrosifs. Les principales façons de lutter contre la corrosion bactérienne consistent à empêcher les bactéries d’agir sur le milieu ou à les supprimer [SCI 96].

1.7. Facteurs

1.7.1. Courants vagabonds

La dissolution (phénomène essentiel de la corrosion) d’un métal correspond à la présence d’un champ électrique au niveau de son interface avec le milieu aqueux environnant. Si un autre champ électrique vient s’ajouter à ce premier champ, cette dissolution est accélérée. En pratique une telle perturbation est produite par des courants électriques continus qui circulent au voisinage et à l’intérieur du métal, de sorte qu’il peut sortir de celui-ci.

Dans la plus part de ces cas, ces courants ont des trajets mal connus ; ils sont dits vagabondes [NOB 04].

1.7.2. Pression

Une pression provoque une contrainte qui va engendrer l’ouverture des fissures dans la micro structure du béton, ces fissures se développe petit à petit jusqu’à la surface du béton, ces fissures vont permettre l’immigration d’humidité.

1.7.3. L’Environnement

Les principaux facteurs d’environnement qui peuvent causer la corrosion sont :


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-La température : Les réactions chimiques ou électrochimiques sont accélérées lorsque la température s’élève. Par ailleurs, une élévation de température augmente la solubilité des gaz (oxygène, ect) et des sels dans l’eau. En ce qui concerne l’oxygène, une corrosion où intervient la réaction, est ainsi accélérée par une élévation de température. Cet effet est réversible [HYV 09].

-Influence de l'humidité : L'effet du taux d'humidité, ou degré de saturation en eau, dans le béton est important car la vitesse de corrosion dépend fortement de ce taux, celui-ci influençant directement la conductivité, la résistivité électrique et la diffusion de l'oxygène. -La pollution par l'anhydride sulfureux et les chlorures et le temps durant lequel les métaux restent mouillés. -La corrosion des armatures métalliques dans le béton a également été attribuée au chlorure de calcium qu'on ajoute aux bétons coulés en hiver. -La pollution peut également jouer un rôle important ; notamment, les rejets de dioxyde de soufre génèrent des pluies acides, qui peuvent attaquer les objets [NOB 04]. -Composition chimique (Composition du liquide enivrement) Le milieu liquide qui entoure un métal influe fortement sur les propriétés du produit de corrosion. Ainsi, si le milieu est très acide. La réaction 1-2 n’a pas lieu : aucun recouvrement ne se forme sur le métal :

𝑀𝑀𝐹𝐹𝑣𝑣+ + 𝑣𝑣 𝑂𝑂𝑂𝑂− → 𝑀𝑀𝐹𝐹(𝑂𝑂𝑂𝑂)𝑣𝑣 Réaction 1-2 [LAS 08]

1.7.4. Dioxyde de carbone

La stabilité du film passif est étroitement liée à la valeur du pH au voisinage de l’acier. Or lorsque le pH devient inférieur à 12 environ, le film disparait. Tous les mécanismes qui peuvent provoquer une diminution du pH dans le béton peuvent donc contribuer à amorcer ou accélérer la corrosion des aciers d’armature. Dans la grande majorité des cas, c’est le phénomène de carbonatation qui est principalement responsable de l’abaissement du pH dans le béton. La carbonatation est engendrée par réaction entre le dioxyde de carbone de l’air et certains constituants du béton. Le dioxyde de carbone gazeux pénètre par diffusion dans le réseau poreux du béton et réagit avec la portlandite Ca(OH)2 pour de la calcite CaCO3

𝐶𝐶𝑂𝑂2 + 𝐶𝐶𝑎𝑎(𝑂𝑂𝑂𝑂)2 → 𝐶𝐶𝑎𝑎𝐶𝐶𝑂𝑂3 + 𝑂𝑂2𝑂𝑂 [RAP 2, NOB 04]

, ce qui provoque un abaissement du pH à 9 environ, selon la réaction suivante en milieu aqueux :

1.7.5. Ions de chlorure

Les ions chlorures vont se propager dans le réseau poreux du béton d’enrobage véhiculés par l’eau. S’ils atteignent les armatures en quantité suffisante, appelée concentration critique, les aciers vont alors être dépassivés et la corrosion va débuter en présence de dioxygène puis se propager.

Les chlorures ayant atteint l’armature attaquent l’acier, initialement passivé, en certains points localisés. Le film passif est alors détruit localement et laisse apparaitre des


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zones anodiques ou l’acier est dissout. Le reste de la surface qui est encore passivée correspond aux zones cathodiques. La surface des zones cathodiques étant bien plus importante que celle des zones anodiques. La surface des zones croit en profondeur plutôt qu’en surface de l’acier, formant ainsi des piqures ou de cavernes. Le mécanisme de ce type de corrosion est complexe car la composition de la solution à l’intérieur de la piqure est modifiée par rapport à celle de la solution interstitielle qui l’entoure.

𝐹𝐹𝐹𝐹2+ + 𝐶𝐶𝐶𝐶− + 𝑂𝑂2𝑂𝑂 → 𝐹𝐹𝐹𝐹𝑂𝑂𝑂𝑂+ + 𝑂𝑂+𝐶𝐶𝐶𝐶−

𝑂𝑂 + 𝐶𝐶𝐶𝐶− → 𝑂𝑂𝐶𝐶𝐶𝐶−

Ces réactions acidifient la solution dans la piqure, abaissant fortement le pH entre 3,8 et 5. Les ions chlorure régénérés continuent d’être actifs pendant tout le processus de corrosion qui est ainsi autocatalysé.

Les ions hydroxyde de la phase interstitielle du béton se combinent alors aves les ions ferreux Fe2+ ayant diffusé hors de la piqure tandis que la réaction cathodique est la même que dans le cas de corrosion en absence de chlorure.

Tant que la solution à l’intérieur de la pique est acide, la dissolution de l’acier reste active et les piqures croissent en profondeur.

Les conditions d'exposition de la structure sont des éléments prépondérants dans le mécanisme de dégradation. Suivant le type d'exposition, différents mécanismes de transports des ions chlorures sont considérés. En environnement marin par exemple, on distingue les zones submergées, pour lesquelles le béton est saturé ce qui conduit à un transport des chlorures uniquement par diffusion, de celles où le transport se fait par diffusion et convection lorsque le béton n'est que partiellement saturé (zone de marnage par exemple) [DEB 08, NOB 04].

1.7.6. Influence du béton armé sur les aciers d’armatures

1.7.6.1. Influence de l'enrobage

L'épaisseur de l'enrobage en béton détermine le temps que vont mettre les espèces agressives pour arriver à l'armature [NOB 04].

1.7.6.2. Influence de la composition du béton

Tout ce qui conditionne la solution interstitielle et la porosité du béton est un facteur pouvant affecter ou non la corrosion. Le type et la teneur en liant, les additions minérales et le rapport 𝐸𝐸/𝐶𝐶 (Eau/ciment) déterminent la performance d'un béton. Le choix de la formulation du béton et de la nature de ses principaux constituants constitue une approche pour augmenter la résistance à la corrosion du béton. Toutes modifications de la formulation d'un béton produisant une augmentation de sa compacité ou une réduction de sa perméabilité ont généralement un effet favorable sur la résistance à la corrosion.

Le rapport 𝐸𝐸/𝐶𝐶 a une très grande influence sur la porosité du béton : plus il est important, plus la porosité est grande, facilitant ainsi la pénétration des espèces agressives


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puis la corrosion de l'acier. L'influence du rapport 𝐸𝐸/𝐶𝐶 est bien plus importante que le type de liant utilisé [NOB 04].

1.7.6.3. Influence de la résistivité du béton

La résistivité électrique affecte de manière significative la corrosion des armatures

puisqu'il existe une relation entre la corrosivité et la résistivité du béton. La résistivité du

béton est fonction de la composition de la solution interstitielle, de la microstructure du

béton (taille et distribution des pores), de l'humidité et de la teneur en sels ainsi que de la

température [NOB 04].

La valeur de la résistivité du béton se situe le plus souvent entre 103 et 107

Tableau 1-5 : Probabilité de corrosion en fonction de la valeur de la résistivité [NOB 04]

ohm/centimètres

1.7.7. Facteurs marin

Les produits de corrosion qu’on peut rencontrer en contact avec de l’eau de mer sont les carbonates, sulfures, oxydes…etc.

Le dioxyde de carbone (CO2) est un gaz corrosif pour l’acier au carbone et les aciers faiblement alliés. Le produit de corrosion est le carbonate de fer, mais comme l’eau de mer contient moins de 1 ppm (Partie par million) de CO2 dissous, la corrosion due au CO2

L’eau de mer ne contient pas d’hydrogène sulfuré. Celui-ci est produit par les bactéries sulfato-réductrices. C’est également un agent corrosif. Le produit de corrosion est le sulfure de ferqui forme généralement une couche adhérente et de faible épaisseur.

est négligeable.

La réaction de l’oxygène dissous avec l’acier au carbone conduit à la formation des oxydes et/ou d’hydroxydes de fer [CIR 93].

1.7.7.1. Salinité

L’eau de mer est un milieu complexe du pointde vue chimique et biologique. Son pH est relativement uniforme (environ 8,2). Ses constituants se caractérisent par une forte salinité, d’où une conductivité élevée, ce qui favorise les couples galvaniques ainsi que les attaques localisé car la résistance de l’électrolyte ne joue plus qu’un rôle mineur dans le contrôle des courants de corrosion. Par ailleurs les chlorures sont présent dans l’eau de mer, et on a déjà vue ces effets précédâmes [CIR 93].

Résistivité du béton (RVL. cm) Probabilité de corrosion

< 5 Corrosion quasi-certaine 5 Corrosion probable

> 12 Corrosion improbable


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1.7.7.2. Oxygène

L’oxygène est le facteur important de la corrosion. En eau de mer, la réaction cathodique est le plus souvent la réduction de l’oxygène dissous donnant des ions 𝑂𝑂𝑂𝑂−: L’augmentation de la concentration en oxygène favorise cette réaction et peu conduire à une augmentation de la corrosion par dépolarisation cathodique. De plus, les variations de la concentration en oxygène à la surface d’un même matériau sont à l’origine de la corrosion par aération différentielle : les surfaces ayant la concentration en oxygène la plus faible subissent une corrosion accélérée en devenant anodes, alors que la réduction de l’oxygène a lieu sur les surfaces ou la concentration est la plus forte. Si l’oxygène favorise la formation des films passifs des matériaux passivables, par contre la présence de chlorures rend ces films imparfaits. Il en résulte une augmentation des risques de corrosion par piqures avec la teneur en oxygène [CIR 93].

1.7.7.3. Les bactéries

Les bactéries sont susceptibles d’intervenir de deux façons principales dans les mécanismes de la corrosion par piqures : en modifiant les conditions locales d’aération ou en créant des produits de métabolisme ayant un caractère agressif. Si l’on prend les bactéries sulfato-réductrices anaérobies, elles se nourrissent de lactates pour les transformer en polysaccharides qui sont de longues chaines organiques ; Sous ce biofilm, le milieu confiné et désaéré, et des acidifications locales sont possibles. De plus, ces bactéries tirent leur énergie de la transformation des sulfates en sulfures qui peuvent agir pour débuter la corrosion par piqure. Le développement d’une colonie de ces bactéries provocant une telle corrosion demande plusieurs semaines pendant lesquelles le potentiel de germination de piqure a apparemment tendance à augmenter à cause du rôle des OH-

1.8. Mesure de la corrosion

de

l’eau et de la présence d’un film supplémentaire de polysaccharides [CIR 93].

Ces essais sont généralement des essais appliqués en laboratoire, ils peuvent être appliqués aussi sur site avec adaptation nécessaire.

1.8.1. Mesure du degré de corrosion

1.8.1.1. Potentiel de corrosion

La mesure du potentiel de corrosion consiste à mesurer la différence de potentiel entre l’armature du haut et l’électrode de référence placée dans le réservoir (Figure 1-6) [PAR 09].

Figure 1-6. Schéma de connexion pour les mesures

de potentiel de corrosion [PAR 09]


14

1.8.1.2. Densité de courant macropile

Le courant macropile est en fait le courant qui s’établit entre les deux barres d’armature.

Ensuite, il s’agit de mesurer la différence du potentiel aux bornes de la résistance (voir Figure 1-7). Par la loi d’Ohm, il est alors possible de calculer le courant qui circule entre les deux armatures, et on obtient une densité de courant en micro-ampère par centimètre carré (µA/cm2) [PAR 09]. 1.8.1.3. Polarisation linéaire

La mesure de polarisation linéaire consiste à balayer une plage de potentiels par rapport a l’équilibre entre une électrode de travail et l’électrode de référence (voir figure 1-8). Le courant est mesuré simultanément entre l’électrode de travail et la contre-électrode [PAR 09].

1.8.2. Mesure de corrosion par ultrasons

Il existe plusieurs autres types de mesures, et plus moderne comme

Cette méthode de mesure est une méthode non destructive, rapide, et économique, c’est la méthode idéale pour l’inspection de la corrosion. Les signaux d’émission acoustique proviennent de relaxations de contraintes internes dues à l’évolution de défauts sous l’effet des variations de sollicitations externes. Pour les matériaux métalliques par exemple, la déformation plastique localisée génère des ondes ultrasonores au sein du matériau. Ces ondes se propagent jusqu’à la surface et sont transcrites en signaux électriques par des capteurs piézo-électriques. Les endommagements dus à la corrosion peuvent induire des concentrations de contraintes locales qui lorsque l’on augmente légèrement les contraintes externes (mécaniques ou thermique) du matériau, se relaxent et émettent des signaux d’émission acoustique.

Figure 1-7. Schéma de connexion pour les mesures de densité de corrosion macropile [PAR 09]

Figure 1-8. Schéma de connexion pour les mesures

de résistance de polarisation [PAR 09]


15

1.8.3. Mesure de la vitesse de la corrosion

1.8.3.1. La méthode de la perte de poids

Un échantillon de matériau est posé avec soin puis placé dans le milieu corrosif. Au bout d’un temps t, on retire l’échantillon et on le pèse à nouveau (voire figure 1-9) : en divisant par t la différence de poids observée, on obtient la vitesse de corrosion moyenne, cette méthode ne rend pas toujours compte de la complexité des conditions réelles de corrosion.

Figure 1-9 : Étapes de la méthode perte de poids

Ces dernières décennies, d’autres techniques sont apparues pour mesurer la vitesse de corrosion, on peut facilement mesurer la vitesse de corrosion par ultrason en appliquent une simple relation :

𝑉𝑉𝑖𝑖𝑡𝑡𝐹𝐹𝑉𝑉𝑉𝑉𝐹𝐹 𝑑𝑑𝐹𝐹 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑉𝑉𝑖𝑖𝑐𝑐𝑛𝑛 = 𝛽𝛽 + 𝑅𝑅𝑡𝑡𝑐𝑐 (𝛽𝛽 est le coefficient de Tafel)

Un métal immergé soumis à la corrosion peut être assimilé en première analyse à un circuit électrique comportant deux résistances et un conducteur (figure 1-10). De ces trois éléments, 𝑅𝑅𝑡𝑡𝑐𝑐 est le plus représentatif de la vitesse de la corrosion.

Figure 1-10 : Circuit électrique qui simule le métal soumis à la corrosion

Peser l’acier Corrosion d’acier Peser à nouveau l’acier

Rtc

Re

Cd


16

1.9. Corrosion accélérée

Plusieurs méthodes existent pour accélérer le processus de la corrosion, soit par l’attaque du béton en utilisant des agents agressif, soit par l’attaque de l’acier, ou les deux réunis. Pour accélérer la corrosion il suffit d’analyser les facteurs qui ont une influence sur la corrosion et de les conjuguer avec des facteurs qui ont le même rôle dans un temps très courts. Ont peut citer les agents les plus utilisé dans l’accélération du processus de la corrosion :

1.9.1. Le chlorure de sodium (Na Cl)

C’est l’agent le plus courant pour accéléré la corrosion, il s’agit généralement du sel utilise en cuisine, car il comprend dans ca composition environ 99% de NaCL. L’utilisation de l’eau de mer est possible, ce chlorure de sodium peut être utilisé selon plusieurs méthodes :

-L’ajout d’un pourcentage du Na Cl dans la composition du béton -Le trempage ou l’impression des aciers d’armature avant de les inséré dans le coffrage. -Le trempage des éprouvettes en béton arme dans une solution contenant un pourcentage du Na Cl, ou dans l’eau de mer -L’essai connu sous le nom du brouillard salin, le principe de cette essai est d’appliqué a une éprouvette un brouillard contenant un pourcentage de Na Cl dans une petite chambre fermé.

1.9.2. Le dioxyde carbone

Sur le même principe de l’essai du brouillard salin, mais par contre ici le brouillard est remplacé par un gaz composé par un mélange de 50 % de CO2 et 50 % d'air, avec une humidité relative de 60%. En effet, si le CO2 est nécessaire pour amorcer la corrosion, l'oxygène de l'air est indispensable pour son développement [VER 09].

1.9.3. L’acide sulfurique

On peut accélérer la corrosion avec l’impression des aciers dans l’acide sulfurique, la cause est simple l’acier est protégé avec le béton d’enrobage qui est basique, si le béton a un ph d’environ 8 l’acier est dépassivé, donc le film passive disparait et la corrosion s’amorce, en trempant l’acier avec de l’acide sulfurique avant le coulage ,cet acte permet de créer un environ agressive et la corrosion est accéléré.

1.9.4. L’imposition d’un courant électrique

Pour accélérer le processus de la corrosion on utilise souvent du courant pour créer une borne anode et une autre cathode, c.à.d. aller directement aux résultats des facteurs précités pour dépassiver le film passif et début la corrosion.


17

1.10. Influence de la corrosion sur le comportement des éléments

1.10.1. Influence de la rouille sur la contrainte d’adhérence de l’acier et la fissuration du béton

Lorsque les armatures du béton armé se corrodent, une couche de rouille va occuper un volume deux à trois fois supérieur à celui du métal sain (dans certaine recherche sept fois), cette couche à deux inconvénients :

1- L’augmentation des fissures du béton d’enrobage (qui vont favoriser

l’acheminement des agents agressifs jusqu’à l’armature), cette augmentation a une influence sur l’aspect d’exploitation de la structure (pénétration d’eau de pluie ou de mer à l’intérieur de la structure), la figure 1-11 illustre ce phénomène.

Figure 1-11 : Etat du béton d’enrobage avant et après la corrosion d’armature

2- La diminution ou la disparation d’adhérence entre l’acier et le béton (voir figure 1-12)

Figure 1-12 : Diminution de l’adhérence entre l’acier et le béton après la corrosion de l’armature d’acier


18

1.10.2. Excentricité dus a la perte de section:

Lors de la perte de section d’acier ou du béton dus par la corrosion une excentricité se forme au niveau de la section, cette excentricité provoque un moment de plus dans les éléments poteaux (voir figure 1-13).

Figure 1-13 : Exemple d’une charge de compression appliqué à une section d’un poteau en BA avec un acier sein, et un acier corrodé plus une dégradation du béton

1.11. Conclusion

L’objectif général de notre étude est l’évaluation du comportement de la corrosion dans des éléments en béton armé, l’influence de cette corrosion sur le comportement globale des éléments corrodés, et enfin il est possible de simuler la corrosion ?

Les différents mécanismes mis en jeu dans le processus de corrosion influent sur le comportement mécanique des structures. En effet, lorsque la corrosion est amorcée, son action aura une influence sur différents éléments de la structure. Dans un premier temps, l’acier va subir une perte de section qui va affecter la capacité de résistance des armatures. La production de rouille résultant de la perte de section va provoquer la fissuration du béton et dégrader fortement l’interface entre l’acier et le béton.

Acier sein Acier corrodé +Dégradation

du béton

Compression

Acier sein

Flexion composé

Acier corrodé + Dégradation du

béton

Chapitre 2 : Processus expérimental


19


2.1. Introduction

La réalisation de ce projet a nécessité l’utilisation de plusieurs matériaux et équipement, la construction de supports d’essais.

La partie majeure de ce chapitre concerne la présentation des différents dispositifs mis en œuvre pour le développement d’un essai de corrosion accélérée et un essai de corrosion simulée ainsi que les matériaux utilisés lors des études expérimentales et les différents matériels et techniques utilisés pour le suivi de la corrosion.

2.2. Programme expérimental

Dans ce projet 28 poutrelles ont été réalisé selon 5 types (tableau 2-1), les poutrelles ont été réalisées avec la même formulation de béton, sauf pour les poutrelles Type COR (ajout d’un pourcentage de Na Cl), et avec les mêmes dimensions, le procédé de mise en œuvre diffère selon le type de poutrelle.

Le tableau 2-1 représente le programme expérimental de chaque poutre

Tableau 2-1 : Programme expérimental de chaque poutre

Poutrelles Méthode de

mise en ouvre N

ombr

e

Form

ulat

ion

utili

sé

Essais de caractérisation du béton

état frais état durci

affa

issem

ent

Corr

osio

n ac

célé

ré

voie

hum

ide

Corr

osio

n ac

célé

ré

voie

sèch

e

Résis

tanc

e en

co

mpr

essio

n

Essa

i de

flexi

on 4

po

ints

Type A MMO A 6 BO 1 X X X

Type Cor

MMO COR 1 (1 jusqu’à 6) 6 BO 2 X X X X

MMO COR 2 (7 et 8) 2 BO 2 X X X X

MMO COR 2 (9 et 10) 2 BO 2 X X X X

Type B MMO A 4 BO 1 X X X

Type C MMO A 4 BO 1 X X X

Type D MMO A 4 BO 1 X X X


20

2.3. Formulation du béton

La formulation utilisée dans ce projet a pour but de reproduire un béton de chantier en Algérie, les deux formulations BO 1 et BO 2 représentées dans le tableau 2-2 donnent un béton très plastique qui pénètre avec toute facilité entre les armatures et les cadres d’aciers, un pourcentage 5% de NaCl du poids du ciment est ajouté à la formulation BO 2 pour accélérer la corrosion, le tableau 2-2 présente les proportions des composants utilisés dans les deux mélanges.

Tableau 2-2: Composition des bétons

Formulation Matériau Ciment Kg Sable Kg

Gravier 5/12,5

Kg Na Cl Eau

(Litre)

BO 1 Quantité

330 960 1016 0 182

BO 2 330 960 1016 16,5 182

2.4. Méthodes de mise en œuvre

Le mélange du béton est préparé selon trois méthodes de mise en œuvre (MMO A, MMO COR 1, MMO COR 2).

2.4.1. MMO A

La procédure de mise en œuvre débute par mettre toutes les compositions du mélange dans le malaxeur à l’exception de l’eau, puis nous faisons tourner le malaxeur pendant 1 minute, après nous inversons le sens de malaxage pendant une autre minute, lorsque les constituants sont bien mélangés la dernière étape du malaxage consiste à ajouter l’eau lentement et de laisser tourner le malaxeur durant 1 minute dans les deux sens après avoir mis toute la quantité d’eau prévue.

La deuxième étape de la mise en œuvre est la réalisation de l’essai d’affaissement pour déterminer la classe du béton, ensuite nous coulons le béton dans les moules. Finalement nous procédons à la phase de vibration avec l’aide d’une aiguille vibrante électrique.

Cette méthode est consacrée aux types de poutrelles Type A, Type B, Type C, Type D.

2.4.2. MMO COR 1

Pour cette méthode, la même procédure de MMO A est faite, sauf que nous ajoutons du NaCl dans les constituants.

Cette méthode est consacrée aux poutrelles Type Cor qui sont soumises à la corrosion accélérée.


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2.4.3. MMO COR 2

Cette méthode consiste à reproduire la procédure de MMO COR 1 à l’exception de la méthode de vibration, ici on utilise une tige métallique pour vibrer légèrement le béton, le principal but est de créer un béton poreux sensible à la corrosion.

Cette méthode est consacrée aux poutrelles non vibrées Type Cor qui sont soumises à la corrosion accélérée par voie sèche et humide.

2.5. Constituants

2.5.1. Eau

L’eau utilisée pour la réalisation du béton est l’eau potable de Constantine, plus précisément l’eau du robinet au niveau du laboratoire des matériaux. Aucune analyse chimique n’a été réalisée sur cette eau.

2.5.2. Ciment

Le ciment utilisé pour tous les bétons est le ciment CEMII /A (CPJ 42.5). Ce ciment provient d’une unique livraison de la cimenterie d’EL -Hamma (région de Constantine). Ce ciment, dont l’ajout est principalement constitué de calcaire, est conforme à la norme Algérienne NA 442.

La composition élémentaire de ce ciment est présentée dans les tableaux 2-3, 2-4, 2-5, 2-6.

Tableau 2-3 : Résistance mécaniques du ciment (Mpa)

Essais Age

2 jours 7 jours 28 jours

Compression 14,32 26,64 43,31

Flexion 3,57 5,83 7,79

Tableau 2-4 : Composition minéralogique du clinker

Eléments Abréviation Teneur (%)

Silicate tri calcique Ca3 Si 56,60

Silicate bi calcique Ca2 Si 22,98

Aluminate tri calcique Ca3 Al 9,87

Ferro-aluminate tétra calcique Ca4 Al Fe 8,25


22

Tableau 2-5 : Composition chimique du clinker

Composant SiO

2

Al2O

3

Fe2O

3

CaO

MgO

SO3

Na 2

O

K 2O

chlo

rure

s

CaO

libr

e

Rési

dus

inso

lubl

es

P.A.

F

Pourcentage (%) 27,83 6,21 3,12 57,22 0,94 2,02 / / 0,00 0,88 2,28 2,41

Tableau 2-6 : Propriétés physiques du ciment

Temps de prise Expansion le chàtelier Surface spécifique (BLAINE)

Consistance normale

début fin à chaud à froid

2h 50min 4h 06min 2,9 1,65 3891 26,91

2.5.3. Granulats

Les granulats (sable et gravier) ont été ramenés de l’unité d’El Khroub Constantine, de l’Entreprise Nationale des Granulats. L’origine du sable et du gravier est une roche calcaire concassée et criblée, le tableau 2-7 représente les types de granulats utilisés.

Tableau 2-7 : Type de granulats utilisés

Type de granulats Sable Gravillons Gravillons

Diamètre (mm) 0/4 4/8 8/16

Normes NA 5043 Article 7, 8, 10

NA 5043 Article 7, 10

NA 5043 Article 10

2.5.4. Acier

Les aciers utilisés sont des barres de diamètre 8 mm utilisées comme aciers d’armatures longitudinales des poutrelles, et un rouleau de diamètre 6 mm pour les armatures transversales.

Tableau 2-8 : Caractéristiques mécanique des aciers utilisés

Type d’acier Diamètre mm Nuance Fe (MPa) ε (°/00) Fr (MPa)

Rond lise 6 FeE215 215 1,075 330 - 490

Haute adhérence 8 FeE400 400 2 480

Les aciers ont été préparés par le dispositif décrit dans le paragraphe 2.7.3, la figure 2.1 représente la forme des aciers d’armatures transversales et longitudinales.


23

Figure 2-1 : Dimensions des armatures transversales et longitudinales

2.6. Types de poutrelles

2.6.1. Type A

Le type A est la poutrelle de référence, les aciers d’armatures de flexion ne contiennent aucune gaine (figure 2-2).

Figure 2-2 : Dimensions et disposition de la poutrelle type A


24

2.6.2. Type Cor :

Le type Cor est la poutrelle qui a subit une corrosion accélérée, les aciers d’armatures de flexion ne contiennent aucune gaine (figure 2-3).

Figure 2-3 : Dimensions et disposition de la poutrelle type COR

2.6.3. Type B :

Les armatures prévues pour palier aux efforts de traction ont des gaines placées à l’emplacement d’application des charges dans l’essai de flexion (figure2-4).

Figure 2-4 : Dimensions et disposition de la poutrelle type B

2.6.4. Type C:

Les armatures prévues pour palier aux efforts de traction ont des gaines placées à l’emplacement d’application des charges dans l’essai de flexion, avec une gaine à mi-portée de la poutrelle (figure 2-5).

Figure 2-5 : Dimensions et disposition de la poutrelle type C


25

2.6.3. Type D:

Le type D les armatures prévues pour palier aux efforts de traction ont des gaines placées à chaque demi-tiers de la poutre (figure 2-6).

Figure 2-5 : Dimensions et disposition de la poutrelle type D

2.7. Equipement

2.7.1. Malaxeur à béton

Le malaxeur à béton utilisé est le malaxeur à béton du laboratoire ‘CONTROLS 55-C0199’

Description générale et spécifications :

Malaxeur mobile, équipé d’une trappe de vidange, à ouverture manuelle ajustable, pour récupération du mélange dans un bac ou une brouette. Les pales et la cuve sont réalisées en acier spécial résistant à l’usure et sont conçues pour assurer un malaxage rapide et particulièrement homogène. Puissance : 3000 W Capacité de la cuve : 160 l. 55-C0199 Capacité utile : 130 litres Dimensions : 1000x1880x1500 mm Poids : 230 kg

Figure 2-6 : Photo du malaxeur

2.7.2. Aiguille vibrante

L’aiguille utilisée est une aiguille de la marque CONTROLS, type 55-C0162/E, elle est employée pour le compactage des éprouvettes en béton. Elle répond aux exigences des normes : EN 12390-2 – ASTM C31, C192 – AASHTO T23, T126.

Les Caractéristiques de l’aiguille : Dimensions de l’aiguille mm dia.25x250 Flexible mm : 2000 Vibrations/min : 12000 Alimentation : 220-230V 50-60 Hz, 1 ph. Puissance : W 2300 Poids : kg 8

Figure 2-7 : Photo de l’aiguille vibrante


26

2.7.3. Dispositif pour la préparation et l’assemblage des barres d’acier

Le besoin de couder les barres d’armatures et de construire les cadres des poutrelles nous a conduit à réaliser une table pour couder les barres d’aciers suivie d’un dispositif pour attacher les armatures avec les cadres, la figure 2-8 présente le dispositif.

Figure 2-8 : Dispositif pour la préparation des armatures des poutrelles

2.7.4. Moules pour béton

10 coffrages ont été utilisés dans ce projet, nous avons conçu huit (08) coffrages, deux autres coffrages métallique nous ont été fourni par le Professeur Houari H.

Après le premier coulage les six (06) coffrages du milieu (voir figure 2-9) on été modifiés pour ne considérer que cinq (05) coffrages au lieu de 6, car le programme du coulage a été prévu en trois fois (10, 9, 9 poutres).

Figure 2-9 : Photo des coffrages employés pour les poutrelles


27

2.7.5. Gaines pour l’essai de la corrosion simulée

Le choix de gaine a posé un gros problème, car il fallait choisir entre une dizaine de types de gaines disponibles sur le marché:

-Les flexibles utilisés pour les machines des travaux publiques. -Conduites de gaz de ville. -Gaines pour compresseurs, pompe à eau et à air. -Tuyauterie employée pour l’électricité. -Tuyau de niveau. Les critères de sélection ont porté sur la flexibilité de la gaine utilisée, le déplacement

facile dans l’armature. De plus la gaine ne doit en aucun cas influencer sur le comportement mécanique des poutrelles. Elle doit uniquement simuler la perte d’adhérence entre l’acier et le béton.

Le tuyau de niveau de 1 cm de diamètre (figure 2-11) répond aux exigences que nous nous sommes imposées et qui répondent à la physique du problème.

Figure 2-10 : Différente type de gaine

Figure 2-11 : Dimensions de la gaine

2.7.6. Machine de compression et de flexion

Nous avons utilisé la machine de flexion et compression de la marque CONTROLS elle se compose d’une commande informatisée multifonction MCC 8 avec un bâti de compression 50-C5600/FR, et un dernier bâti de flexion 50-C0013/10 (voir figure 2-12).

2.7.6.1. Console 50-C8422 MCC 8

Console de Commande Informatisée Multifonction pour 2 bâtis (extension à 4 avec option) incluant PC, imprimante et logiciel pour essais de compression, flexion. 230 V, 50 Hz, 1 ph (voir numéro 1 de la figure 2-12).

Elle répond aux exigences des normes : EN 12390-4, 12390-6, 12390-5, 196-1 ASTM C39, C349, C469, C109 / AASHTO T22/ ISO 6784/DIN 1048/BS 1881:121/ et, en général, satisfait toutes les normes EN et ASTM relatives aux essais de compression et de flexion de matériaux de construction.


28

2.7.6.2. Bâti de compression 50-C5600/FR

Bâti EN cap. 3000 kN à 4 colonnes soudées, avec capteur de pression, tuyau hydraulique et socle (voir numéro 2 de la figure 2-12).

2.7.6.3. Bâti de flexion 50-C0013/10

Dispositif de flexion à rouleau central ou deux rouleaux supérieurs pour poutres en béton 100x100x400/500 mm et 150x150x160/750 mm, dia. 40 mm x longueur 300 mm. Selon EN 12930-5 et ASTM C78 (voir numéro 3 dans figure 2-12).

Figure 2-12 : Machine de compression et de flexion


29

2.8 Essais

2.8.1. Essai d’affaissement

La détermination de l’affaissement a été réalisée sur tous les mélanges de béton mis en place en utilisant le cône d’Abrams selon la norme NF P18-451 pour caractériser le béton à l’état frais.

Figure 2-13 : Essai d’affaissement

2.8.2. Essai de résistance en compression

Pour chaque mélange de béton, trois éprouvettes cylindriques de dimensions 16 X 32 cm² ont été réalisées avec des moules cylindriques de la marque CONTROLS (55-C0100/MC16A, poids= 11 Kg), les éprouvettes sont décoffrées après 48 heures du coulage (voir figure 2-14), après 28 jours de maturité les éprouvettes sont chargées jusqu'à rupture dans la machine de compression conforme à l'EN 12390-4. La charge maximale atteinte est enregistrée et la résistance en compression calculée (dans notre cas fc28

=18,04 MPa).

Figure 2-14: Décoffrage des éprouvettes


30

2.8.3. Essai de flexion

Les essais de flexion ont été effectués sur des éprouvettes avec des dimensions décrites dans la figure 2-15.

Nous avons opté pour un essai de flexion quatre points suivant le descriptif de la figure 2-16 et conformément à la norme NF P18-407, ASTM C76.

d= 20cm

d’=20cm

L= 90cm

Figure 2-16 : Dispositif d’essai de flexion quatre points

2.8.4. Essai de la corrosion accélérée

L’essai de l’initiation de la corrosion en utilisant le Na Cl et l’acide sulfurique est un essai développé durant ce projet, mais grandement inspiré par des essais déjà utilisés comme à l’Université de Laval Québec [GAG 2004] mais avec des adaptations nécessaire. Chaque quatre (4) poutrelles sont liées entre elles pour former un bassin (figure 2-17), sachant que six (6) d’entre elles ont la même mise en œuvre ‘MMO COR 1’ et 4 autres selon la mise en œuvre ‘MMO COR 2’, deux d’entre eux dans le bassin 2, ils sont numérotées poutrelles 7 et 8, et les deux autres soumis à la corrosion par voie sèche.

Figure 2-17 : Image du bassin de l’essai de corrosion accéléré


31

La corrosion est accélérée à l’aide de deux agents : -NaCl ajouté lors du malaxage de béton. -Le trempage des aciers d’armature de flexion avec l’acide sulfurique avant le coulage

du béton. Des mesures quotidiennes permettent de tracer la courbe de variation du courant

dans le circuit (figure 2-18) en fonction du temps, la figure 2-19 présente l’installation électrique du bassin.

Figure 2-18 : Circuit électrique de l’installation du bassin

Figure 2-19 : Installation électrique du bassin

Dans cette étude, on s’intéresse au temps d’initiation et propagation de la corrosion. La figure 2-20 présente un exemple de résultat obtenue lors des mesures du courant.

Le protocole de cet essai est représenté dans l’annexe A.


32

15 20 25 30 35 400

10

20

30

40

50

60

70

80

90co

uran

t (m

A)

Temps (Jours)

Armature non exposé Armature exposé

Figure 2-20: Exemple de résultats de l’essai de corrosion accélérée

2.8.5. Essai de la corrosion simulée

Dans cet essai on va simuler la corrosion à des gaines, car lors de la corrosion la rouille provoque une perte d’adhérence entre l’acier et le béton (figure 2-21), cet essai à été réalisé par [DEK 03, VID 03] dans leur projet, nous avons fait des adaptations nécessaires pour arriver à la fin de notre projet, des matériaux locaux ont été employés pour cet essai.

Figure 2-21 : Absence d’adhérence entre l’acier et le béton à cause de la gaine

Le protocole de cet essai est représenté dans l’annexe A.

2.9. Conclusion

Les différents matériaux, milieux d’études, et techniques employés pour étudier la corrosion et ces effets dans ce projet ont été décrits dans ce chapitre.

Un bon montage des dispositions et le contrôle de la qualité de ces essais impliqueront une optimisation des résultats.

Béton

Gaine

Barre d’armature

Chapitre 3 : Présentation des résultats


33


3.1. Introduction

Ce chapitre présente les résultats obtenus pour tous les essais effectués dans ce projet : caractérisation du béton, essai de corrosion accélérée, essai de flexion, ainsi que les résultats théoriques.

3.2. Résultats théoriques

Les résultats théoriques calculés sont représentés dans le tableau 3-1.

Tableau 3-1 : Résultats théoriques

𝑨𝑨𝑺𝑺𝑺𝑺 𝒎𝒎𝒎𝒎²

𝑴𝑴 𝑴𝑴𝑴𝑴𝒎𝒎

𝑷𝑷𝒖𝒖𝒖𝒖𝑺𝑺 𝑲𝑲𝑴𝑴

𝑽𝑽𝒖𝒖𝒖𝒖𝑺𝑺 𝑴𝑴

Flèche 𝒎𝒎𝒎𝒎

𝑴𝑴𝑵𝑵 𝑴𝑴

τ 𝑴𝑴𝑷𝑷𝑴𝑴

𝑰𝑰𝑰𝑰𝑰𝑰𝑰𝑰 𝝁𝝁𝑨𝑨/𝒄𝒄𝒎𝒎²

50,24 2195 21,95 10975 5,04 31357,14 1,57 70,034

3.3. Caractéristiques du béton

Les résultats obtenus pour caractériser le béton utilisé dans tous les essais sont représentés dans le tableau 3-2.

Tableau 3-2 : Caractéristiques du béton

Affaissement cm Classe du béton à l’état frai Rc28 MPa

12 Béton très plastique 18,04

Figure 2-13 : Essai d’affaissement Figure 3-1 : Ecrasement de l’éprouvette


34

3.4. Essai de la corrosion accélérée

Cet essai a été utilisé pour déterminer l’initiation et la propagation de la corrosion en utilisant la méthode macro-pile décrit dans le paragraphe 2.8.4.

Le courant est mesuré entre les bornes a et b dans le circuit représenté sur la figure 3-2.

Figure 3-2 : Circuit électrique de l’installation du bassin

Les figures suivantes représentent les diagrammes obtenus par les mesures du courant pour chaque type de poutrelle, les résultats des autres poutres sont représenté dans l’annexe C.

15 20 25 30 35 400

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

Cour

ant (

mA)

Temps (Jours)

Armature non exposée Armature exposée

Figure 3-3 : Diagramme de la variation du courant dans l’essai de la corrosion accélérée pour les

aciers d’armature de la poutre 1


35

15 20 25 30 35 400

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

Cour

ant (

mA)

Temps (Jours)


Figure 3-4 : Diagramme de la variation du courant dans l’essai de la corrosion accélérée pour les

aciers d’armature de la poutre 7 L’essai de la corrosion accélérée a donné plusieurs résultats, nous les citons et leurs

interprétations seront discutées dans le chapitre suivant. Les aciers se corrodent à partir de l’assemblage des armatures transversales et

longitudinales, puis la corrosion va se propager vers la longueur des aciers.

Figure 3-5 : Propagation de la corrosion


36

La rouille va causer une perte de contact entre l’acier et le fil électrique, la figure 3-6 démontre le phénomène.

Figure 3-6 : Perte de contact entre l’acier et le fil électrique

La corrosion des aciers d’armature va provoquer une perte d’adhérence entre l’acier et le béton (voir figure 3-7).

Figure 3-7 : Perte d’adhérence entre l’acier et le béton


37

3.5. Essai de flexion 4 points

L’essai de flexion est réalisé selon la méthode décrite dans le paragraphe 2.8.3, toutes les poutrelles ont été soumises à cet essai, nous avons exploité l’essai de flexion pour avoir des résultats mécaniques et graphiques (faciès de fissuration).

Les résultats sont présentés dans les tableaux 3-3 jusqu’à 3-14, les résultats finaux des faciès de fissuration de l’ensemble des poutrelles sont représentés dans l’annexe C.

La distance représentée dans les tableaux des faciès de fissuration est celle mesurée entre l’extrémité droite de la poutre et le début de la fissure.

3.5.1. Résultats mécaniques des poutrelles

Tableau 3-3 : Résultats mécaniques obtenus pour les poutres type COR 1

pout

relle

Charges de

rupture 𝑲𝑲𝑴𝑴

𝑭𝑭𝒖𝒖è𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄 𝒎𝒎𝒎𝒎

𝑽𝑽 𝑴𝑴

𝑴𝑴 𝑴𝑴𝒎𝒎


𝝉𝝉 𝑴𝑴𝑷𝑷𝑴𝑴

𝑭𝑭𝑭𝑭 𝑴𝑴𝑷𝑷𝑴𝑴

Ø𝟐𝟐 𝒎𝒎𝒎𝒎

𝑨𝑨𝑵𝑵 𝒎𝒎𝒎𝒎²

𝑨𝑨𝑨𝑨𝑰𝑰𝑺𝑺 𝒎𝒎𝒎𝒎² 𝑸𝑸

01 30,061 25,41 15030,5 3006 42944,

29 2,15 398,25 7,49 44,05 6,19 0,123

02 30,946 5,07 15473 3095 44208,57 2,21 398,24 7,51 44,27 5,97 0,119

03 31,935 12,70 15967,5 3194 45621,

43 2,28 398,25 7,49 44,08 6,16 0,123

04 31,192 8,24 15596 3119 44560,00 2,23 398,26 7,46 43,71 6,53 0,13

05 36,249 64,44 18124,5 3625 51784,

29 2,59 398,28 7,41 43,13 7,11 0,142

06 34,842 68,59 17421 3484 49774,29 2,49 398,29 7,39 42,87 7,37 0,147

Tableau 3-4: Résultats mécaniques obtenus pour les poutres de type COR 2

pout

relle

Charges de

rupture 𝑲𝑲𝑴𝑴


𝑽𝑽 𝑴𝑴




𝑭𝑭𝑭𝑭 𝑴𝑴𝑷𝑷𝑴𝑴

Ø𝟐𝟐 𝒎𝒎𝒎𝒎

𝑨𝑨𝑵𝑵 𝒎𝒎𝒎𝒎²

𝑨𝑨𝑨𝑨𝑰𝑰𝑺𝑺 𝒎𝒎𝒎𝒎² 𝑸𝑸

07 33,305 57,83 16652,5 3331 47578,

57 2,38 398,23 7,52 44,38 5,86 0,117

08 30,581 37,53 15290,5 3058 43687,

14 2,18 398,30 7,38 42,73 7,51 0,149

09 33,993 17,98 16996,5 3399 48561,

43 2,43 nd

10 30,54105 13,67 15270,525 3054 43630,

07 2,18 nd


38

Tableau 3-5: Résultats mécaniques obtenus pour les poutres de type A po

utre

lle

Charges de rupture 𝑲𝑲𝑴𝑴


𝑽𝑽 𝑴𝑴




01 37,7148287 8,86 18857,4144 3771 53878,33 2,69

02 39,871855 17,73 19935,9275 3987 56959,79 2,85

03 35,238956 8,74 17619,478 3524 50341,37 2,52

04 35,9901702 19,15 17995,0851 3599 51414,53 2,57

05 39,2783365 17,86 19639,1683 3928 56111,91 2,81

06 36,3682451 15,03 18184,1226 3637 51954,64 2,60

Tableau 3-6: Résultats mécaniques obtenus pour les poutres de type B

pout

relle



𝑽𝑽 𝑴𝑴




01 33,5932761 18,35 16796,638 3359 47990,39 2,40

02 36,4138506 15,68 18206,9253 3641 52019,79 2,60

03 32,3419666 60,89 16170,9833 3234 46202,81 2,31

04 34,1163644 52,00 17058,1822 3412 48737,66 2,44

Tableau 3-7 : Résultats mécaniques obtenus pour les poutres de type C

pout

relle



𝑽𝑽 𝑴𝑴




01 29,6892101 45,30 14844,6051 2969 42413,16 2,12

02 30,7278079 46,90 15363,904 3073 43896,87 2,19

03 32,047037 48,90 16023,5185 3205 45781,48 2,29

04 28,6388101 8,79 14319,405 2864 40912,59 2,05


39

Tableau 3-8: Résultats mécaniques obtenus pour les poutres de type D po

utre

lle



𝑽𝑽 𝑴𝑴




01 28,8019106 8,78 14400,9553 2880 41145,59 2,06

02 31,4352871 9,82 15717,6436 3144 44907,55 2,25

03 29,0925409 6,26 14546,2705 2909 41560,77 2,08

04 31,4795456 7,49 15739,7728 3148 44970,78 2,25

3.5.2. Faciès de fissuration des poutrelles

Tableau 3-9 : Faciès de fissuration de la poutre 1 du Type COR

Figure 3-8 : Rupture de la poutre 1

Type COR

Numéro de fissure 1 2 3 4 5 6

Epaisseur de la

fissure (mm)

extrémité inférieur 3.71 2.87 0.84 0.255 0.94 1.45

extrémité Supérieure 1.79 0.46 0.33 0.255 0.33 0.49

Longueur (mm) 53.235 72.42 62.8 128.93 110.035 331.72

Distance de la

fissure (mm)

extrémité inférieur 490 385 596 290 710 165

extrémité Supérieure 478 408 544 364 570 310


40

Tableau 3-10 : faciès de fissuration de la poutre 7 du Type COR

Figure 3-9 : Rupture de la Poutre 7

Type COR


Epaisseur de la

fissure (mm)



Langueur (mm) 180.43 99.92 167.58 77.3 120.78 110.76

Distance de la

fissure (mm)



Tableau 3-11 : Faciès de fissuration de la poutre 1 du Type A

Figure 3-10 : Rupture de la Poutre 1

Type A

Numéro de fissure 1 2 3 4

Epaisseur de la fissure

(mm)

extrémité inférieur

extrémité Supérieure

0.36 0.28 2.43 0.2

1.43 0.12 0.16 0.05

Langueur (mm) 55.84 69.04 62.17 61.89

Distance de la fissure

(mm)



455 495 455 320

548 490 440 330


41

Tableau 3-12 : Faciès de fissuration de la poutre 3 du Type B

Figure 3-11 : Rupture de la Poutre

3 Type B


Epaisseur de la

fissure (mm)

extrémité inférieur 2.76 4.78 2.6 3.53

extrémité Supérieure 0.11 0.52 0.98 1.14

Langueur (mm) 90.98 121.45 128.96 113.83 Distance

de la fissure (mm)

extrémité inférieur 347 403 505 620

extrémité Supérieure 385 403 514 545

Tableau 3-13 : Faciès de fissuration de la poutre 3 du Type C


3 Type C

Numéro de fissure 1 2 3 4 Epaisseur

de la fissure (mm)




de la fissure (mm)




42

Tableau 3-14 : Faciès de fissuration de la poutre 2 du Type D


2 Type D

Numéro de fissure 1 2 3

Epaisseur de la

fissure (mm)

extrémité inférieur 0.3 1.33 0.33

extrémité Supérieure 0.9 0.3 0.9

Langueur (mm) 179.75 158.8 72.3

Distance de la

fissure (mm)

extrémité inférieur 665 220 290

extrémité Supérieure 560 362 354

3.6. Conclusion

Une interprétation des résultats obtenus est nécessaire pour tirer les conclusions de ce projet.

Chapitre 4 : Interprétations des résultats


43

Goutte d’eau

Câble électrique

Béton


4.1. Introduction

Les résultats sont analysés en trois parties, la première est consacrée à la corrosion accélérée, la seconde aux résultats mécaniques, et la dernière partie aux comparaisons avec d’autres auteurs.

4.2. Essai de la corrosion accélérée

Les diagrammes obtenus lors des mesures du courant qui traverse les barres d’armatures sont des diagrammes trapézoïdes, la variance du courant est en rapport avec le contact du câble électrique aux barres d’aciers. Le courant varie selon quatre (4) phases :

a. Phase initiale

C’est l’état où le câble électrique est en contact directe avec la barre d’acier, dans cet état la pénétration de l’eau dans le béton provoque une augmentation du courant lorsque le béton est saturé l’augmentation n’aura plus lieu (voir figure 4-1).

Figure 4-1 : Illustration de la phase initiale

b. Initiation de la corrosion

Si la corrosion est initiée, une couche de rouille entre le câble électrique et l’acier apparait, cette couche réputée par sa mauvaise conductivité implique une diminution du courant (voir figure 4-2).

Acier

Solution saline


44

Rouille

Goutte d’eau

Câble électrique

Béton

Rouille

Goutte d’eau

Câble électrique

Béton

Figure 4-2 : Illustration de la phase d’initiation de la corrosion

c. Fissuration de la couche de rouille

Les gouttes d’eau présentes dans le béton vont briser la couche fragile de la rouille, un nouveau contact avec l’acier sain et le câble électrique sera alors développé, ce nouveau contact causera une augmentation du courant (voir figure 4-3).

Figure 4-3 : Illustration de la fissuration de la couche de rouille

d. Propagation de la corrosion

Le milieu électrolytique et les agents agressifs vont créer une autre couche de rouille à la nouvelle surface de l’acier (voir figure 4-4).

Acier

Solution saline

Acier

Solution saline

Fissuration de la rouille


45

Rouille

Goutte d’eau

Câble électrique

Béton

Figure 4-4 : illustration de la propagation de la corrosion

Figure 4-5 : exemple des phases de variation du courant dans le diagramme de mesure

Les piqures de corrosion dans la surface de la barre d’acier provoquent une alternation dans le courant mesuré, car la densité du courant, qui est en fonction de la section de l’acier et de l’intensité du courant, varie d’un point à un autre, ce qui va créer une fréquence (voir figure 4-6).

Acier

Solution saline

Nouvelle couche de rouille


46

Couche de rouille

Figure 4-6 : illustration de la variation de l’intensité à cause du changement de section

La corrosion s’amorce du fil d’attache employé pour raccorder les armatures transversales et longitudinales, ce fil grâce à sa faible résistance à la corrosion va se corroder en premier, ensuite il va créer des microfissures qui vont accélérer la diffusion des agents agressifs vers les aciers d’armature. Une fois que l’acier est attaqué par piqure dans les nœuds, la corrosion va se propager ver le centre comme il est indiqué dans les figures 4-7 et 4-8.

Etat initiale de l’assemblage Amorçage de la corrosion dans le fil d’attache

Amorçage de la corrosion dans le nœud Propagation ver le centre des armatures

Figure 4-7 : Etapes de propagation de la corrosion

Acier Acier

Barre d’acier

Piqure

I


47

Figure 4-8 : Propagation de la corrosion à partir du fil d’attache

Le taux de corrosion dans les poutrelles type COR1 est inférieur par rapport aux poutrelles type COR2 (voir figure 4-9), la porosité du béton est le facteur majeur de cette différence, car cette porosité va influencer la vitesse de diffusion des agents agressifs, il y a pas une grande différence entre les deux poutrelles vue la période de ce projet.

10.0010.2510.5010.7511.0011.2511.5011.7512.0012.2512.5012.7513.0013.2513.5013.7514.00

Taux

de

corro

sion

(%)

TypeCOR1 COR2

Figure 4-9 : Taux de corrosion dans les barres d’acier type COR 1 et COR 2

La corrosion par voie sèche des armatures dans les poutrelles type COR 2 est identique à celle de la corrosion par voie humide, mais dans la corrosion par voie humide la rouille est propagée vers les aciers d’armature de compression, cette propagation est due en première lieu à la saturation du béton avec l’eau, cette dernière va favoriser le transport des agents agressifs vers l’ensemble du béton (figure 4-10).


48

Corrosion par voie sèche Corrosion par voie humide

Figure 4-10 : Corrosion par voies sèche et humide dans les barres d’acier des poutrelles

4.3. Propriétés mécaniques

La résistance de rupture des poutrelles Type COR2 est légèrement inférieure à celle des poutrelles Type COR1 (voir figure 4-11), la différence est reliée avec la dégradation du béton et la corrosion des aciers, la perte de section et d’adhérence va provoquer une diminution de la résistance en traction (voir figure 4-12).

La résistance en traction des poutrelles de corrosion simulée diminue à cause de la perte d’adhérence, cette diminution est fonction de la disposition et de la longueur des gaines (voir figure 4-13).

30.00

30.25

30.50

30.75

31.00

31.25

31.50

31.75

32.00

32.25

32.50

32.75

33.00

Résis

tanc

e de

rupt

ure

(KN)

TypeCOR1 COR2

Figure 4-11 : Charge de rupture des poutrelles type COR1 et COR 2


49

45.045.145.245.345.445.545.645.745.845.946.046.146.246.346.446.546.6

Résis

tanc

en tr

actio

n (K

N)

TypeCOR1 COR2

Figure 4-12 : Résistance en traction des poutrelles type COR 1 et COR 2

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Résis

tanc

e en

trac

tion

(KN)

AType

COR1 COR2 B C D

Figure 4-13 : Résistance en traction des poutrelles

Lorsqu’on superpose les valeurs de la résistance en traction et le faciès de fissuration des poutrelles soumis à la corrosion accélérée et celle de la corrosion simulée on remarque que les valeurs sont proches, ce qui nous amène à dire que la perte d’adhérence provoquée par les gaines a une influence équivalente à celle de la rouille développée par la corrosion accélérée (figure 4-14).


50

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

2.25

2.50

2.75

Cont

rain

te d

'adh

éren

ce (M

Pa)

TypeA COR1 COR2 B C D

Figure 4-14 : Contrainte d’adhérence des poutrelles

Le taux de corrosion à un effet négatif sur la ductilité de l’acier, donc la limite élastique de l’acier va être diminuée, cette diminution est négligeable (voir figure 4-15).

395.0

395.5

396.0

396.5

397.0

397.5

398.0

398.5

399.0

399.5

400.0

Fy (M

Pa)

TypeA COR

Figure 4-15 : Ductilité des poutrelles Type A et Type COR

La flèche des poutrelles corrodées est plus importante que la flèche des poutrelles non corrodées, la raison de cette différence se situe dans la diminution de la section qui va influencer négativement l’inertie totale de la poutre, (𝑓𝑓 = 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶/𝐸𝐸𝐸𝐸), une augmentation de la courbure et une diminution de la raideur globale de la poutrelle en flexion vont être développées. La perte de ductilité des poutres corrodées localement peut s’expliquer par le fait qu’une concentration de contrainte apparaît au point de corrosion et provoque une


51

plastification précoce de l’armature corrodée entraînant localement une augmentation de la déformation plastique (voir figure 4-16) [DEK 03].

0.02.55.07.5

10.012.515.017.520.022.525.027.530.032.535.037.540.0

Flèc

he (m

m)

TypeA COR1 COR2 B C D

Figure 4-16: flèche des poutrelles

4.4. Fasciés de fissuration

En comparant le faciès de fissuration des poutrelles corrodées avec la corrosion accélérée et celui des poutrelles avec la corrosion simulée, on remarque qu’il y a une très grande similitude, cette constatation nous amène à dire que les poutrelles corrodées ont subit une corrosion par piqure selon 3 formes. Le tableau 4-1 présente la superposition des poutrelles corrodées avec les poutrelles simulant la corrosion.


52

Tableau 4-1 : Superposition des poutrelles type COR et Type B, Type C, Type D

poutre 1 du Type COR

Fissure 2 4 6 Distance 385 290 165

Type B

Fissure 1 2

Distance 347 403

+ Type C

Fissure 3 4

Distance 360 175


Fissure 1 2

Distance 180 330

Type C

Fissure 3 4

Distance 360 175


Fissure 4 5

Distance 384 315

Type B

Fissure 1 2

Distance 347 403


Fissure 1 2 3

Distance 690 560 470

Type B

Fissure 1 2

Distance 347 403

+ Type D

Distance 665


53

4.5. Comparaison des résultats Plusieurs auteurs ont travaillé sur la corrosion en utilisant des agents pour accélérer le

processus de la corrosion, [GAG 04] a utilisé la même méthode que nous, sauf qu’il a ajouté une imposition de courant pour accélérer plus le processus de la corrosion et son câble était en contact avec le noyau de l’acier, ses mesures ont été prélevées des bornes de résistance alors que nous avons mesuré le courant qui traverse la barre d’acier, l’augmentation du courant dans les diagrammes établit par [GAG 04] désigne une augmentation de la corrosion , par contre dans notre travail la diminution du courant signifie une augmentation de la couche de rouille (voir figure 4-17).

Cour

ant (

mA)

Temps (Jours)

Figure 4-17 : Exemple de résultats de l’essai de corrosion accélérée [GAG 04]

L’alternation du courant lors des mesures est due à la fréquence développée par les piqures, ce point a est été démontré par certains auteurs, l’auteur de [ELE 02] a divisé les différentes formes de rouille, le circuit équivalent de la rouille obtenue dans notre projet est donné dans la figure 4-18.


54

(3) : résistance de la solution en vrac (4) : capacité inter faciale

(5) : résistance de polarisation Figure 4-18 : Diagramme de la parcelle de Bode qui peut être utilisé pour des structures avec

des produits de corrosion déposés sous forme de pores étroits [ELE 02]

La porosité du béton joue sur le temps nécessaire pour initier la corrosion dans les barres d’acier non exposées, dans le béton ordinaire il n’ya pas une grande différence entre les barres d’acier exposées et non exposées car la porosité est élevée par rapport à d’autres bétons, comme par exemple le béton auto plaçant, le même projet a été réalisé par [DEM 11], la formulation des deux bétons diffère dans la composition utilisée. En plus des adjuvants utilisés dans le béton auto plaçant, les fillers existantes dans ce dernier influent considérablement sur la porosité, la vitesse de pénétration de la solution utilisée dans la poutrelle est plus lente dans ce cas (voir figure 4-19).


55

10 15 20 25 30 35 400

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Cour

ant (

mA)

Temps (Jours)

BAP (barre exposée) BAP (barre non exposée) BO (barre exposée) BO (barre non exposée)

Figure 4-19 : Superposition des résultats du béton ordinaire et béton auto plaçant

4.6. Conclusion

Le programme expérimental de ce projet nous a permis de décrire dans ce chapitre l’influence de la corrosion sur le comportement des poutrelles en béton armé sollicitées en flexion. L’analyse des résultats expérimentaux a permis de tirer plusieurs conclusions et perspectives qui vont être présentés dans les conclusions générales de ce projet.

Conclusion générale et perspectives


56

VConclusion générale et perspectives

Les objectifs principaux de notre travail sont, d’une part de mettre en place le protocole d’essai de corrosion. La seconde étape est d’évaluer l’évolution de la corrosion dans les aciers d’armatures tendues des poutrelles en béton armé. L’influence de la corrosion sur les paramètres mécanique des poutrelles en béton armé est réalisée. Une simulation de l’effet de corrosion a été réalisée par l’introduction de gaines en plastique autour des barres tendues dans l’optique d’évaluer les constantes mécanique couplées à la corrosion.

La première partie de ce projet a été consacrée à l’état de l’art dans ce domaine. Cette synthèse bibliographique nous a permis d’acquérir des connaissances de base des matériaux utilisés (béton, aciers et béton armé), et des phénomènes dérivés de la corrosion. Les facteurs influant le développement de la corrosion ont été analysés. Le couplage de la corrosion avec le comportement mécanique est abordé.

La deuxième partie concerne le processus expérimental, dont l’objectif est d’établir le protocole d’essai de la corrosion et de flexion. Ce protocole fut réalisé.

Tous les résultats obtenus à partir des essais ont été présentés dans la troisième partie de ce projet. La dernière partie de ce projet a été consacrée à la compilation, à l’analyse et à l’interprétation des résultats obtenues. Des comparaisons sont réalisées avec d’autres Auteurs.

Les conclusions de ce travail nous ont permis de faire les remarques suivantes :

La détérioration du film passif des aciers d’armature avant l’emploie va contribuer dans le processus de la corrosion.

Le temps d’initiation de la corrosion va être diminué lors de la passivation de la rouille.

La perte d’adhérence entre l’acier et le béton est le facteur fondamental de la baisse des performances mécaniques des éléments en béton armé.

Les aciers d’armatures ont été corrodés selon une corrosion localisée démarrant par les nœuds de raccordement entre les barres d’acier transversales et longitudinales.

La corrosion est propagée à partir des nœuds vers le long des aciers, jusqu’à ce qu’elle forme une corrosion uniforme ou généralisée.

Les fils d’attache utilisés pour raccorder les armatures transversales et longitudinales vont contribuer au temps d’initiation de corrosion.

Le comportement du courant dans la surface et au noyau d’acier corrodé n’est pas le même, cette différence est due essentiellement à la couche de rouille qui est un mauvais conducteur de courant.

khaled

Zone de texte


57

L’essai de corrosion accélérée s’avère très sévère, plus que les conditions réelles. Il est en effet rare que les éléments de béton armé soient exposés directement à des agents agressifs comme c’est le cas dans l’essai de laboratoire.

Recommandations

Quelques recommandations pour la précaution et la prévention contre la corrosion sont nécessaires :

• Une bonne conservation des aciers avant l’utilisation diminuera le risque de dépassivation de l’armature, si l’acier a perdu son film passive, il existe plusieurs méthodes pour le réparer, l’acier peut être brossé avec une brosse métallique, on peut aussi nettoyer l’acier avec un jet de sable dans les structures métalliques.

• Il est recommandé d’utiliser des fils de tension inoxydable pour les ouvrages de grande importance dont la durabilité envisagée est très grande.

• Les poutrelles corrodées peuvent être simulées par des poutrelles où on recouvre des parties d’acier avec des gaines, cette rapproche est plus économique et plus courte, une recherche pour établir des modèles de corrosion simulée dans les éléments en béton armé sera d’un apport certain dans l’avancement du projet. Reste à déterminer les longueurs de gainage d’une manière plus réaliste, pour cela il faudra soit réaliser des échantillons de comparaison ou faire des simulations numériques.

• L’enrobage de béton est déterminé autour des armatures longitudinales, alors que la corrosion démarre des aciers les plus prêts de la surface du béton, donc il est recommandé de déterminer l’enrobage de béton autour des barres d’acier transversales, car si la corrosion a lieu la fissuration du béton est systématiquement relative à cette corrosion. (Dimensions d’enrobage, propagations des fissures dues à la corrosion, éclatement du béton, perte du rôle des armatures projetées).

• L’utilisation d’un béton avec des fillers pour changer la microstructure du béton est recommandée, car dans le cas des bétons ordinaires la diffusion des agents agressifs reste très élevée.

• Il est recommandé de mener une recherche de long terme pour étudier les effets négatifs des fillers et les adjuvants utilisés dans les formulations des types de béton.

• Il est recommandé de protéger les aciers avec du plastique pour éviter la dépassivation des aciers, cette recommandation est nécessaire pour les aciers qui sont exposés à l’humidité pendant une longue durée.

• Il est recommandé de vibrer le béton avec une aiguille vibrante pour mieux compacter le béton et diminuer la vitesse de diffusion des agents agressif au sein des aciers.


58

Perspectives

Les perspectives de ce travail sont :

• Une campagne d’essais plus longue est préconisée dans l’analyse de l’évolution de la corrosion pour valider correctement les résultats.

• Influence de différents types de ciment sur l’évolution de la corrosion. • Effet de couplage corrosion- mécanique. • Modélisation du couplage corrosion mécanique. • Corrosion des éléments métalliques dans un environnement agressif (Cote

méditerranéenne) ou milieu ambiant agressif. • Corrosion des éléments mixtes acier béton dans un environnement agressif (Cote

méditerranéenne). • Influence d’une corrosion localisée sur le comportement global des structures.

Références bibliographiques


59


[BAR 05] Mr BARAKA Abdelhak, Support du cours Béton Armé I TEC185, 2005-2006. Pages 26-39.

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[CIR 93] Comité des techniciens CIRCUITS EAU DE MER traitements et matériaux, Chambre Syndicale de la recherche et de la Production du Pétrole et du Gaz Naturel. Livre, 1993. Pages 27-36, 47-48.

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[DEM 11] Demigha Ilyes. Caractérisation des éléments en BA corrodé (Béton auto plaçant). Mémoire de Master, 2011.

[DUP 05] Michel Dupeux AIDE-MÉMOIRE SCIENCE DES MATÉRIAUX IUT. Livre, 2005. Pages 147-176

[ELE 02] Robert G. Kelly, John R. Scully, David W. Shoesmith, et Rudolph G. Buchheit Electrochemical Techniques in Corrosion Science and Engineering. Livre, 2002. Pges 223-230.

[GAG 04] FRÉDÉRIC GAGNON. ENROBAGE DE L’ARMATURE DANS LE BÉTON PROJETÉ : ÉVALUATION ET EFFETS. Thèse de doctorat, université de Laval DÉCEMBRE 2004.

[HYV 09] Nicolas HYVERT. Application de l’approche probabiliste à la durabilité des produits préfabriqués en béton. Thèse de doctorat 2009, UNIVERSITÉ DE TOULOUSE. Pages 43.

[LAS 08] R.Lassoued, K. Ouchenane, M, Ouchenane. Formes de corrosions et pathologie. Colloque National Novembre 2008, Université Mentouri Constantine.

[MEB 04] F.Mebirouk. Corrosion des armatures dans le béton armé Techniques de réparation et de réhabilitation « L’enrobage des armatures ». Thèse magistère 2004, Université Mentouri Constantine. Pages 6-9, 17-23.


60

[NOB 04] Véronique NOBEL PUJOL - LESUEUR. ETUDE DU MECANISME D’ACTION DU MONOFLUORO-PHOSPHATE DE DODIUM COMME INHIBITEUR DE LA CORROSION DES ARMATURES METALIQUES DANS LE BETON. Thèse de doctorat 2004, UNIVERSITE PIERRE ET MARIE CURIE. Pages 13-35.

[PAR 09] FRANÇOIS PARADIS. INFLUENCE DE LA FISSURATION DU BÉTON SUR LA CORROSION DES ARMATURES Caractérisation des produits de corrosion formés dans le béton. Thèse de doctorat 2009, UNIVERSITÉ LAVAL. Pages 43-47.

[RAP 1] SCHOEFS Franck, ANDRE Mathieu, BAZIN Julien, FOUACHE Cédric, PAYRAUDEAU Hugues. Techniques de prévention des pathologies de corrosion des structures métalliques Report n°1-1Steel in marine environment, MEDACHS - Interreg IIIB Atlantic Space - Project N°197. Pages 4-23.

[RAP 2] SCHOEFS Franck, ANDRE Mathieu, BAZIN Julien, FOUACHE Cédric, PAYRAUDEAU Hugues. La durée de vie des ouvrages en béton armé situés sur la façade atlantique Report n°2-1Steel in marine environment, MEDACHS - Interreg IIIB Atlantic Space - Project N°197. Pages 7.

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[VID 03] Thierry VIDAL. REQUALIFICATION DES STRUCTURES DEGRADEES PAR CORROSION DES ARMATURES. Thèse de doctorat, université de Toulouse 17 Décembre 2003.

Annexe A : Équipements et essais


61


A.1. Équipements

A.1.1. Multimètre

Dans l’essai de l’accélération de la corrosion le multimètre ITC-996 (figure A-1) est employé pour les mesures du courant, ses caractéristiques sont présentées dans tableau A-1.

Figure A-1 : Multimètre ITC-996

Tableau A.1 : Caractéristiques du multimètre ITC-996

Désignation Multimètre digital

Commentaire Testeur de diodes et de transistors - Buzzer Livré avec coque de protection anti-chocs

Indicateur d'usure des piles 9V

Affichage LCD 3260 points, 60 x 30 mm

Tension DC 326 mVolts ±0.5%, 3.26 / 32.6 / 326 Volts ±0.3%, 1000 Volts±0.5%

Tension AC 3.26 / 32.6 / 326 / 700 Volts ±0.8%

Courant DC 0.326 / 3.26 / 32.6 / 326 mA ±1.2%, 10 A ±2.0%

Courant AC 0.326 / 3.26 / 32.6 / 326 mA ±1.5%, 10 A ±3.0%

Résistance 326 Ohm / 3.26 k Ohm / 32.6 k Ohm / 326 k Ohm / 3.26 M Ohm ±0.8%, 32.6 M Ohm ±1.2%

Capacité 326 µF / 32.6 µF ±3.0%

Fréquence 32.6 KHz ±1.2%, 150 KHz ±2.5%

Longueur du câble 0,80 mètre

Dimensions totales P x l x h = 200 x 99 x 47 mm pour 490 g


62

A.1.2. Source d’alimentation

Dans l’essai de l’accélération de la corrosion une source d’alimentation (figure A-2) est essentielle, les caractéristiques de cette alimentation sont présentées dans tableau A-2.

Figure A-2 : Alimentation DF1730SB3A

Tableau A-2 : Caractéristiques de l’alimentation

Référence Voltage Courant Ondulation Source Charge

DF1730SB3A 0-30V 0-3A CV≤1mV CV≤1×10 CV≤1×10-4 -4

CC≤3mV CC≤2×10 CC≤2×10-3 -3


63

A.2. Protocole d’essais

A.2.1. Protocole d’essai de corrosion accélérée

A.2.1. Matériels • Acide sulfurique 10% • Câble de connexion réseau • Croché d’électricité • Cutter • Feuille de plastique • Feuilles de polystyrène 2x50x200 cm• Grillage

3

• Pince • Résistance d’ 1 Ohm • Sel (NaCl) • Source de courant continu de 5V • Tubes de silicone • Vis, clous

A.2.1.2. Procédure de l’essai

La première étape consiste à prendre le squelette de la poutrelle et bien fixer des fils électriques sur les aciers d’armatures de flexion (figure A-3), avant le coulage du béton ces aciers sont trempés avec de l’acide sulfurique 10%, on ajoute du NaCl (5% du poids de ciment voir MMO COR1, 2) dans la formulation du béton.

Figure A-3 : disposition du fil électrique dans les barres d’acier

Après 3 jours du coulage, les poutrelles sont prêtes pour être soumisses à l’essai.

Chaque quatre poutrelles sont placées sur une feuille de plastique et liées entre elles afin de construire un bassin rectangulaire, puis il faut enrouler la feuille de plastique sur les


64

poutrelles. Les poutrelles sont fixées entre elles avec de la silicone (figure A-4). Les joints entre les blocs doivent être bien étanches avec la silicone.

Figure A-4 : Application de la silicone sur les poutrelles

Ensuite, des feuilles de polystyrène 2x10x100 cm3

(la même hauteur que les poutrelles de béton) sont découpées et ensuite collées sur tous le contour du bassin avec de la silicone (figure A-5). Ces feuilles de polystyrène permettent d’aider la feuille de plastique d’assurer une étanchéité au bassin.

Figure A-5 : Application de la silicone sur les feuilles de polystyrène

Lorsque la silicone est suffisamment durcie (environ 24 heures après son application), les branchements électriques peuvent être réalisés. L’objectif est de brancher chaque acier d’armature à la borne positive de la source d’alimentation. Pour ce faire un fil est fixé à chaque extrémité d’armature en utilisant les fils préalablement installés. Les extrémités des fils de chaque barre sont fixées entre elles.


65

Une résistance d’1 Ohm est insérée parallèlement avec l’alimentation, des crochés électriques sont raccordés avec cette résistance en utilisant deux fils électriques.

Un grillage métallique est installé sur tout le contour intérieur du bassin. Sur ce grillage, un fil électrique est branché sur la borne négative de l’alimentation. Le bassin est rempli avec de l’eau potable pendant au moins 24 heures pour saturer le béton.

Ensuite, on va ajouter du NaCl afin que le liquide soit une solution NaCl 5%. Le bassin final est présenté dans la figure A-6. L’eau qui s’évapore constamment du bassin est remplacé par de l’eau potable.

Les mesures de courant aux bornes de chaque poutre doivent être prises de façon régulière.

Figure A-6 : Bassin final


66

A.2.2. Protocole d’essai du comportement d’une poutrelle en corrosion simulée

A.2.2.1. Matériels :

• Cutter • Gaine

A.2.2.2. Procédure de l’essai

La première étape consiste à couper la gaine en tronçons de 5 cm de longueur (figure A-7), puis les placer dans les aciers d’armatures tendues avant de les couder et de les attacher aux cadres.

Figure A-7 : Découpage des gaines

L’étape suivante consiste à monter les squelettes des poutrelles, et couler le béton. Les tronçons de gaine sont placés dans les armatures selon trois types de disposition

(figure A-8).

Figure A-8 : Disposition des poutrelles simulant la corrosion

La dernière étape est d’établir l’essai de flexion.

Annexe B : Résultats des essais


67


B.1. Résultats de l’essai de la corrosion accélérée

15 20 25 30 35 400

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110Co

uran

t (m

A)

Temps (Jours)



les aciers d’armature de la poutre 1

15 20 25 30 35 400

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

Cour

ant (

mA)

Temps (Jours)


Figure B-2: Diagramme de la variation du courant dans l’essai de la corrosion accélérée pour les aciers d’armature de la poutre 2


68

15 20 25 30 35 400

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

Cour

ant (

mA)

Temps (Jours)


Figure B-3 : Diagramme de la variation du courant dans l’essai de la corrosion accélérée pour les aciers d’armature de la poutre 3

15 20 25 30 35 400

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

Cour

ant (

mA)

Temps (Jours)


Figure B-4: Diagramme de la variation du courant dans l’essai de la corrosion accélérée pour les aciers d’armature de la poutre 4


69

15 20 25 30 35 400

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

Cour

ant (

mA)

Temps (Jours)



15 20 25 30 35 400

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

Cour

ant (

mA)

Temps (Jours)




70

15 20 25 30 35 400

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

Cour

ant (

mA)

Temps (Jours)



15 20 25 30 35 400

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

Cour

ant (

mA)

Temps (Jours)




71

B.2. Faciès de fissuration

Tableau B-1 : Faciès de fissuration de la poutre 1 du Type COR

Figure B-9 : Rupture de la poutre Type COR-1


Epaisseur de la

fissure (mm)



Longueur (mm) 53.235 72.42 62.8 128.93 110.035 331.72 Distance

de la fissure (mm)




Figure B-10 : Rupture de la poutre Type

COR-2

Numéro de fissure 1 2 3 Epaisseur

de la fissure (mm)



Langueur (mm) 202.82 101.13 40.61 Distance

de la fissure (mm)




72


Figure B-11 : Rupture de la poutre Type COR-3


Epaisseur de la fissure

(mm)



Langueur (mm) 13.24 32.05 68.91 145.77

Distance de la fissure

(mm)




Figure B-12 : Rupture de la poutre

Type COR-4


Epaisseur de la

fissure (mm)




de la fissure (mm)




73



Type COR-5

Numéro de fissure 1 2 3 4 5

Epaisseur de la

fissure (mm)

extrémité inférieur 2.6 7.39 4.1 3.81 5.54

extrémité Supérieure 3.13 1.88 0.98 0.8 0.81

Langueur (mm) 39.45 75.13 71.31 67.95 116,79 Distance

de la fissure (mm)

extrémité inférieur 580 540 474 384 315

extrémité Supérieure 540 515 454 394 363



Type COR-6


Epaisseur de la

fissure (mm)



Langueur (mm) 164.45 109.73 45.55 69.18 86.28 Distance

de la fissure (mm)




74



Type COR-7


Epaisseur de la

fissure (mm)



Langueur (mm) 180.43 99.92 167.58 77.3 120.78 110.76 Distance

de la fissure (mm)





Type COR-8


Epaisseur de la

fissure (mm)




de la fissure (mm)




75

Tableau B-9 : Faciès de fissuration de la poutre 1 du Type A


Type A-1


de la fissure (mm)



0.36 0.28 2.43 0.2

1.43 0.12 0.16 0.05


de la fissure (mm)



455 495 455 320

548 490 440 330



Type A-2


de la fissure (mm)




de la fissure (mm)




76



Type A-3

Numéro de fissure 1 2 Epaisseur

de la fissure (mm)

extrémité inférieur 0.78 3.35

extrémité Supérieure 0.23 0.78

Langueur (mm) 116.59 212.61 Distance

de la fissure (mm)

extrémité inférieur 235 195

extrémité Supérieure 305 360



Type A-4

Numéro de fissure 1 2 3 4 5 Epaisseur

de la fissure (mm)

extrémité inférieur 2.54 1.19 6.48 0.75 nd

extrémité Supérieure 0.3 0.04 0.18 0.18 nd

Langueur (mm) 80.07 61.45 67.54 92.14 nd Distance

de la fissure (mm)




77



Type A-5


de la fissure (mm)




de la fissure (mm)





Type A-6


de la fissure (mm)




de la fissure (mm)




78

Tableau B-15 : Faciès de fissuration de la poutre 1 du Type B


Type B-1


de la fissure (mm)



Langueur (mm) 64.08 60 109.78 Distance

de la fissure (mm)





Type B-2


de la fissure (mm)

extrémité inférieur 1 1.79



de la fissure (mm)




79



Type B-3


de la fissure (mm)




de la fissure (mm)





Type B-4

Numéro de fissure 1 2

Epaisseur de la

fissure (mm)




de la fissure (mm)




80

Tableau B-19 : Faciès de fissuration de la poutre 1 du Type C


Type C-1


Epaisseur de la

fissure (mm)




de la fissure (mm)





Type C-2


Epaisseur de la

fissure (mm)




de la fissure (mm)




81



Type C-3


de la fissure (mm)




de la fissure (mm)





Type C-4


Epaisseur de la

fissure (mm)




de la fissure (mm)




82

Tableau B-23 : Faciès de fissuration de la poutre 1 du Type D


Type D-1

Numéro de fissure 1 2 3 4 5 Epaisseur

de la fissure (mm)




de la fissure (mm)





Type D-2


Epaisseur de la

fissure (mm)




de la fissure (mm)




83



Type D-3


Epaisseur de la

fissure (mm)




de la fissure (mm)





Type D-4


Epaisseur de la

fissure (mm)




de la fissure (mm)



Annexe C : Équations


84


Effort tranchant ultime théorique

𝑉𝑉𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 = 𝑃𝑃𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 /2

𝑃𝑃𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 : Charge ultime (N). 𝑉𝑉𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 : Effort de tranchant ultime (N).

Fleche maximum théorique

𝑓𝑓𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝑃𝑃𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 𝑚𝑚 (3𝐿𝐿2 − 4𝑚𝑚2)/24𝐸𝐸𝐸𝐸

𝐸𝐸 : Module de Young (MPa). 𝐸𝐸 : Inertie de la section transversale de la poutrelle (mm4

𝐿𝐿 : Distance entre appuis (mm). ).

𝑚𝑚 : Distance entre l’application de la charge et l’appui (mm). 𝑃𝑃𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 : Charge ultime (mm). 𝑓𝑓𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 : Fleche maximum (mm).

Effort de traction

𝑁𝑁𝑠𝑠 = 𝑀𝑀𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 /𝑑𝑑𝑧𝑧

𝑁𝑁𝑠𝑠 : Effort de traction (N). 𝑑𝑑𝑧𝑧 : Bras de levier (mm). 𝑀𝑀𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 : Moment de flexion ultime (N mm).

Contrainte d’adhérence

𝜏𝜏 = 𝑀𝑀𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 /𝑑𝑑′ 𝑑𝑑𝑧𝑧

𝜏𝜏 : Contrainte d’adhérence (MPa). 𝑑𝑑𝑧𝑧 : Bras de levier (mm). 𝑀𝑀𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 : Moment de flexion ultime (N mm).

Moment de flexion ultime

𝑀𝑀𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 = 𝐹𝐹𝑆𝑆 𝐴𝐴𝑆𝑆 𝑑𝑑𝑧𝑧

𝐴𝐴𝑆𝑆 : Section d’armatures transversales (mm²) 𝑑𝑑𝑧𝑧 : Bras de levier (mm). 𝐹𝐹𝑆𝑆 : Contrainte de traction des aciers (MPa). 𝑀𝑀𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 : Moment de flexion ultime (N mm).


85

Courant d’amorçage de la corrosion théorique

𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖 =37,81 × (1 − 𝐸𝐸

𝐶𝐶)−1,64 𝑒𝑒

𝐸𝐸𝐶𝐶

: Rapport d’eau sur le ciment.

𝑒𝑒 : Enrobage (mm). 𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖 : Courant d’amorçage de la corrosion (μA/cm²).

Limite élastique après corrosion

𝑓𝑓𝑦𝑦 = (1 − 𝑂𝑂,𝑂𝑂𝑂𝑂5𝑄𝑄)𝑓𝑓𝑦𝑦0

𝑄𝑄 : Taux de corrosion (%). 𝑓𝑓𝑦𝑦0 : La limite élastique initiale de l’acier (MPa).

𝑓𝑓𝑦𝑦 : La limite élastique après corrosion (MPa).

Aire de la piqure

𝐴𝐴𝑝𝑝𝑖𝑖𝑢𝑢 = 𝐴𝐴𝑠𝑠 − 𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐

𝐴𝐴𝑠𝑠 : Aire initiale de la section de la barre d’armature (mm²). 𝐴𝐴𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 : Aire de la section de la barre d’armature corrodée (mm²). 𝐴𝐴𝑝𝑝𝑖𝑖𝑢𝑢 : Aire de la piqure (mm²).

Perte de section par corrosion

𝑚𝑚 = 0,𝑂𝑂115 𝐸𝐸𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑢𝑢

∅ = ∅0 − (𝛼𝛼 𝑚𝑚)

𝑖𝑖𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 : Courant de corrosion (μA/cm²). 𝑢𝑢: Temps (an). 𝑚𝑚 : Pénétration de l’attaque par corrosion (mm). ∅0 : Diamètre initiale de la barre d’armature (mm). ∅ : Diamètre résiduel après attaque par corrosion (mm). 𝛼𝛼 : Coefficient dépendant du type d’attaque. Pour une corrosion généralisée 𝛼𝛼 = 2,

pour une corrosion localisée 𝛼𝛼 < 4 à 8.