LABORATOIRE ESSAIS NON DESTRUCTIFS SUR LES BÉTONS Normes Nor mes de de référen référence ce NF EN 12504 12504-2 -2 (fév (févrie rierr 2003) prEN pr EN 125 12504 04-3 -3 (m (mar arss 2003) 2003) prEN pr EN 125 12504 04-4 -4 (m (mar arss 2003) 2003)
Auteurs : Sylvain POUDEVIGNE POUDEVIGNE - Hervé BEINISH BEINISH
Les méthodes d’essai non destructives permettent d’estimer la résistance du béton et/ou d’en apprécier la régularité ou l’homogénéité. Les trois principales méthodes d’essai sont : - la mesure de la vitesse de propagation du son à travers un béton (prEN 12504-4) ; - la mesure de l'indice de rebondissement à la surface d’un béton avec un scléromètre (NF EN 12504-2) ; - la mesure de la force d’arrachement d’arrachement d’un béton (prEN 12504-3). Ces méthodes d’essai non destructives doivent toujours être corrélées à des méthodes directes de mesure de la résistance du béton obtenue : - soit par des essais sur produits ; - soit sur des éprouvettes carottées dans le produit ou la structure selon la norme NF EN 12504-1 12504-1 (Fiche 363) ; - soit sur des éprouvettes moulées et testées selon la norme NF EN 12390-3 (Fiche 366).
- la résistance obtenue sur des éprouvettes normalisées ou carottées est non conforme. La vitesse de propagation d’une onde dans un matériau est liée aux caractéristiques intrinsèques de ce matériau (masse volumique et module d’élasticité). Dans un matériau béton, la vitesse de propagation du son peut être indirectement corrélée avec sa résistance en compression.
Matériel Un générateur d’impulsions électriques est associé à 2 trans transduct ducteurs eurs de 20 kHz à 150 150 kHz (émett (émetteur eur et réceprécepteur) et d’un amplificateur de signal. Un dispositif électronique permet de mesurer le temps écoulé entre le départ de l’impulsion au niveau du transducteurémetteur et son arrivée au transducteur-récepteur.
Mode opératoire MESURE DE LA VITESSE DE PROPAGATION DU SON Principe La mesure est définie dans la norme prEN 12504-4. Elle consiste à déterminer le temps de parcours dans le béton d’une onde ultrasonique produite par un transducteur électroacoustiqu électroacoustique. e.
Applications La mesure de la vitesse de propagatio propagation n du son est utilisée dans les applications suivantes : - il y a un doute sur la qualité du béton dans le produit ou la structure, dû à des conditions de mise en œuvre non conforme, à une détérioration du béton (par exemple par le feu)… ; - la structure existante doit être modifiée ;
Il existe 3 modes de transmission en fonction de la géométrie de la structure sur laquelle sont réalisées les mesures. • Transmission directe (Fi (Figur guree 1a) 1a).. La vitesse de propagation du signal V est directement obtenue en faisant le rapport rapport : V=
Longueur du parcours du signal (mm) (km/s) Temps de parcours du signal (µs)
• Transmission semi-directe (Figure 1b). La vitesse de propagation du signal, calculée selon la même formule que ci-dessus, est moins précise que pour une transmission directe. • Transmission indirecte (Figure 1c). La longueur de parcours du signal ne pouvant être directement mesurée, cette méthode, peu précise, nécessite une série de mesurages pour déterminer la vitesse de propagation du son.
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Fiche
405
Mars 2004
MESURE DE LA FORCE D’ARRACHEMENT T
La mesure est définie dans la norme prEN 12504-3.
T
Principe R
R a)
R b) R
T
R : transducteur-récepteur T : transducteur-émetteur c)
Figure 1 - Méthodes de mesure
Facteurs d'influence Les principales causes d’incertitudes sont données dans le Tableau 1 :
MESURE DE L'INDICE DE REBONDISSEMENT AVEC UN SCLÉROMÈTRE La mesure est définie dans la norme NF EN 12504-2. L'utilisation du scléromètre et la procédure d'étalonnage sont décrites dans la Fiche 37. Facteur
Main d’œuvre Matériel
La mesure consiste à déterminer la force nécessaire pour extraire, par expansion ou par arrachement, une pièce de petit calibre située préalablement dans un trou foré à cet effet dans le béton ou placée dans le moule avant réalisation du produit ou de l’ouvrage. La mesure s’effectue sur béton durci par lecture du couple appliqué à la clé dynamométrique (ou autre dispositif de traction) pour atteindre : - soit le gonflement optimum avant éclatement du béton (pour les types à expansion) ; - soit la rupture du tronc de cône du béton (pour les tiges insérées au préalable dans le moule).
Localisation des mesures Les emplacements des essais doivent être distants d’au moins 200 mm les uns des autres et être à plus de 100 mm des bords du produit ou de la structure. L’épaisseur du béton soumis à l’essai doit être d’au moins 100 mm. Veiller à exclure les zones d’armatures de la surface cônique de rupture du béton. Pour cela, positionner l’anneau d’appui du dispositif à un diamètre au moins de l’armature, ou une fois le diamètre du plus gros granulat (prendre la plus grande distance). Causes
Niveau
A A B
Qualité des contacts béton-transducteur (pression) Surface de contact des transducteurs (aire) Appareillage Fréquence d’émission État de surface du béton (rugosité)
Matériau
A
Présence de discontinuité dans le béton (fissure, cavité…) Présence d’acier sur le parcours de l’onde
Main d’œuvre
A
Milieu ambiant
B
Nature du produit de couplage Hygrométrie du béton Température du béton
A = facteur qualifié d'important B = facteur qualifié de moyennement important Nota - Bien que d'autres facteurs puissent intervenir, ils sont considérés comme d'influence moindre par rapport à ces deux premiers niveaux.
Tableau 1 - Facteurs d’influence de la mesure de la vitesse de propagation du son
Fiche 405 - mars 2004
Mode opératoire Ø 70 0,1mm Ø 55 0,1mm
Méthode 1 - Insert installé dans le béton durci
F
Un trou de 25 ± 0,1 mm de diamètre et de 35 mm de profondeur est percé dans le béton. Le trou est nettoyé (avec une soufflette) et la bague d’expansion est enfoncée de 25 mm (Figure 2). A l’aide d’une clé dynamométrique, il est procédé au vissage de la tige (Figure 3). La force optimum atteinte au moment de l’éclatement du béton est relevée.
Anneau d’appui Rupture conique
25 mm
Tige d’insert Bague d’insert D = Ø 25
0,1mm
Figure 4 - Disposition pour l’essai avec insert
La traction est obtenue avec un dispositif s’appuyant sur la structure par l’intermédiaire d’un anneau d’appui, permettant d’indiquer les forces avec une précision de 2 %.
d 0,6 D
Suivre les indications du fabricant du système de mise en charge.
25 mm
Clavette D = Ø 25 0,1mm Ø 55 0,1mm Ø 70 0,1mm
Figure 2 - Dispositif d’essai
L’effort est augmenté à une vitesse constante de 0,5 ± 0,2 kN/s sans choc, soit jusqu’à rupture si l’objectif est d’estimer la résistance du béton, soit jusqu’à une charge témoin si l’objectif est de vérifier une résistance minimale. La force maximale appliquée est exprimée à 0,05 kN près.
Relation entre la force d’arrachement et la résistance in situ du béton La force d’arrachement peut être reliée de manière empirique à la résistance in situ du béton déterminée selon l’EN 12504-1 (Fiche 363). Il convient d’établir de manière expérimentale la corrélation entre la résistance et la force d’arrachement pour l’appareillage utilisé. La résistance à l’arrachement peut être calculée à l’aide de la formule suivante : F f p A
Figure 3 - Essai de rupture interne - Schéma de principe
f p F A
: résistance à l’arrachement (MPa ou N/mm2) ; : force d’arrachement (N) ; : surface (mm2) de la rupture, donnée par la formule :
Méthode 2 - Insert installé dans le moule L’insert doit avoir un diamètre D de 25 ± 0,1 mm, la tige reliant l’insert au dispositif de mesure de l’effort doit avoir un diamètre 0,6 D et la longueur à insérer est égale à 25 mm (Figure 4). ≤
Pour réduire les efforts de frottement, la tige peut être cônique et/ou être enduite d’un agent de démoulage (pas sur l’insert).
1 4
A = p (d 2 d 1) 4h2 (d 2d 1)2
1\2
d 1 :
diamètre (mm) de la tête de l’insert d’arrachement (25 mm) ; d 2 : diamètre intérieur (mm) de l’anneau d’appui (55 mm) ; h : distance (mm) entre la tête de l’insert d’arrachement et la surface en béton. Nota - La résistance à la compression obtenue à partir de cette méthode est une estimation de la valeur «vraie» à ± 20 %.
Fiche 405 - Mars 2004
Facteurs d'influence Les principales causes d’incertitudes sont les suivantes : Facteur
Causes
Niveau
A Main d’œuvre B
Nombre d’essais Serrage lors de l’étalonnage Dextérité de l’opérateur pour la mise en place des inserts (s’ils sont « coulés ») ou la réalisation des cavités (s’ils sont « installés après coulage »). Précision de la force de traction. Vitesse de «traction»
Matériel
A
Types d'inserts (coulés ou installés).
Milieu ambiant
A
Conservation lors de l’étalonnage. Conditions d’humidité lors de l’essai.
Méthode d’essai
A
Profondeur d’encastrement. Emplacements des inserts. Type de granulat.
Matériau
A
Anomalie de surface. Présence d’une armature (la présence d’une armature à proximité immédiate de l’aire d’essai peut notamment avoir une incidence sur les résultats).
A = facteur qualifié d'important B = facteur qualifié de moyennement important Nota - Bien que d'autres facteurs puissent intervenir, ils sont considérés comme d'influence moindre par rapport à ces deux premiers niveaux.
Fiche 405 - mars 2004
