RÉSUMÉ :
PATHOLOGIE
DES PONTS Réalisé par : Younes ELEL-BOUZNANI Mahdi FRIKEL 3ème IT IT22
Présentation :
Les intempéries, la corrosion et la fatigue sont les majeurs facteurs derrière la dégradation des matériaux de construction des ponts. C’est ainsi qu’on a recours à l’auscultation qui permet de rétablir la durabilité de l’ouvrage et d’identifier ses pathologies dans un cadre qui met en causes les désordres de la structure tout en cherchant à apprécier la qualité des matériaux en place ou à trouver le mode de fonctionnement convenable de la structure. L’auscultation fait appelle à deux types de techniques d’essais et de connaissances :
Les études et analyses sur prélèvements.
Les techniques d’examen des matériaux en place.
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Ces essais visent l’identification du matériau en place et l’évaluation de ses propriétés. Ils s’avèrent être partiellement destructifs, par conséquent, il faudrait les réaliser dans les endroits moins vitaux de la structure et limiter le nombre le moins possible. De plus, ils ne représentent pas l’ensemble de l’ouvrage. On distingue :
Les essais mécaniques :
Il s’agit des essais mécaniques effectués sur des éprouvettes normalisées ou non normalisées et ce à cause des contraintes de prélèvements. Pour mieux interpréter les résultats, il est capital d’utiliser des coefficients de correspondance pour s’enseigner davantage sur la nature du matériau utilisé, sur sa résistance à la compression et à la traction.
Etudes et analyses sur prélèvements :
Les essais physiques :
Généralement ils précédent les essais destructifs et ont pour but de mesurer la densité par le biais des ondes sonores effectuées directement sur les éprouvettes ou par auscultation dynamique. Ils renseignent sur les performances des matériaux mis en place.
Les essais chimiques :
Ils sont très développés et couteux mais moins gênant pour la structure car ils se font sur des échantillons de petite taille. L’objectif de l’auscultation est par conséquent défini au préalable.
Analyse des métaux :
Elle permet de déterminer la nature, la structure et les propriétés du métal.
Analyse du béton durci :
Elle donne toute information qui concerne la composition du béton à savoir le dosage en ciment, la nature du ciment, le dosage en eau et la granulométrie.
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Cette technique d’auscultation regroupe l’ensemble des essais non destructifs qui s’effectuent sur place et qui viennent renforcer les essais destructifs pour donner des résultats suffisamment rentables et proches de la réalité.
Métal et câbles de ponts suspendus :
Pour les vieux ouvrages et avec davantage de précautions, on fait appel à des essais de billage in-situ qui est accompagné par l’auscultation dynamique et l’espionnage acoustique pour surveiller les câbles des ponts.
Auscultation des bétons : le scléromètre
Le scléromètre donne aussi une idée proche de la qualité du béton tout en évaluant la dureté superficielle. A noter que cet outil est facile à manipuler mais donne des données imprécises.
L’examen du matériau sur place :
Auscultation dynamique des bétons :
En mesurant la vitesse de propagation d’une onde sonore qui traverse le béton entre un émetteur et un récepteur, cette méthode peut renseigner l’homogénéité du béton, sur la localisation des défauts dans la structure et estimer la résistance à la rupture. Cette méthode est venue remplacer l’oscilloscope qui ne pouvait plus faire face au matériel lourd et qui nécessitait une formation du personnel, en effet le matériel est devenu plus compact et plus autonome et les mesures y sont prises automatiquement avec une grande précision. Les courbes iso-vitesse permettent d’identifier la partie du béton dont la qualité est mauvaise. Cette dernière se traduit par des brisures et des discontinuités du graphique temps/espace. Deux approches mathématiques permettent de corréler entre la résistance à la compression du béton et la vitesse du son. Toutefois, les résultats ont tendance à ne pas refléter l’état réel des bétons anciens.
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La radiographie (gammagraphie) :
Elle utilise les rayons X ou Y qui partent d’une source pour traverser le béton et arriver enfin sur un film photographique. On obtient ainsi une image sur le film et l’analyse de l’image obtenue sur le film permet de détecter les défauts du béton (hétérogénéité, vides, fissures,…) et des armatures passives et actives (défauts d’adhésion, câbles rompus ou détendus,…) Elle est utilisée pour contrôler les soudures en construction métallique et également pour contrôler le béton précontraint. L’application de cette méthode exige des précautions et des protections contre les rayonnements.
L’examen du matériau sur place :
Carbonatation du béton :
La chaux qui est un élément principal dans l’industrie du ciment se carbonate en surface sous l’action de l’acide carbonique de l’air, provoque la corrosion des aciers et peut entraîner des éclatements. Les techniques d’investigation de la carbonatation sont nombreuses entre autre la mesure du Ph et la mesure électrique. Quant aux actions préventives et les méthodes d’assainissement, on procède par élimination des parties affectées, on protège les aciers par ajout de matières alcalines pour recréer un environnement très basique, on les revêtit par un enduit micro-perméable, et on impose un enrobage supérieur à 3 cm. Il est préférable d’utiliser également des armatures zinguées ou des aciers inoxydables.
Détection de la corrosion des armatures de béton armé :
La corrosion des aciers est un processus électrochimique dû essentiellement à la présence simultanée de la diffusion de l’oxygène et d’un électrolyte de forte conductibilité ionique. Elle peut causer des gonflements et par suite la fissuration du béton. Deux méthodes de génération du potentiel électrochimique existent: lorsqu’il y a des métaux de natures différentes, lorsque la concentration des ions est différente au voisinage des aciers. L’évolution de la corrosion se caractérise par deux phases : Stabilisation de l’acier par la couche de passivation (phase d’amorçage) Propagation de la rouille qui entraine des gonflements et des fissurations par la suite. Il existe des appareils, comme le DE.COR.ARM, qui permettent de détecter la corrosion en mesurant le potentiel électrochimique.
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Afin de se renseigner sur l’état général, on réalise un suivi de topographie et le nivellement de l’ouvrage à vide. Afin de se renseigner sur le fonctionnement de l’ouvrage on mesure la déformation sous chargement.
Suivi topographique :
Le suivi du nivellement d’un ouvrage est indispensable :
Le mouvement des appuis est une conséquence des désordres au niveau des fondations. Toute déformation anormale du tablier est immédiatement visible au niveau de la lisse supérieure du garde-corps.
Mesure de la déformation sous chargement :
Ces mesures sont généralement : La mesure des flèches, la mesure des rotations des appuis et les mouvements horizontaux des têtes de piles.
Mesure des déformations générales et des mouvements
La mesure des flèches s’avère obligatoire pour les ouvrages neufs et parfois pour des ouvrages défectueux et ce par l’une des quatre techniques suivantes : le niveau hydraulique, le nivellement topographique, le fleximètre mécanique et récemment le flexographe Laser.
Mesure de forces sur ouvrages :
La fissuration constitue une manifestation extérieure du mode de fonctionnement d’une structure. La présence des fissurations traduit en général l’existence de contraintes de traction du béton. De ce fait, le relevé détaillé de la fissuration constitue un élément de diagnostic très important. En effet, la pesée de réactions d’appui permet de d’évaluer les efforts réels auxquels est soumis un ouvrage et d’estimer dans le temps l’effet des redistributions que ça soit dû aux efforts hyperstatiques ou au fluage ou à un autre phénomène. A noter qu’il faut tenir compte de l’effet des gradients thermiques. De plus, on effectue la mesure à l’aide d’une série de vérins soulevant le tablier et calculant la force nécessaire et des comparateurs mesurant le déplacement vertical du tablier. Mais le calage des vérins est difficile et des frottements parasites peuvent fausser la mesure Cas 1 : Un double vérin assure la séparation des deux fonctions levage et mesure. Cas 2 : Un vérin plat à piston permettant une souplesse d’emploi et une finesse de manœuvre. A noter qu’il faut prendre des dispositions pour obtenir une bonne mesure. Il est recommandé de laisser des réservations nécessaires pour peser les réactions ou soulever le tablier. Mais il faudrait signaler qu’il existe d’autres mesures directes comme la mesure évaluant les contraintes réelles auxquelles sont soumis les matériaux constitutifs d’un ouvrage, mais elle n’est pas fiable.
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Etude géométrique des fissures : fissurographie
Intérêt : La présence des fissurations traduit en général l’existence de contraintes de traction du béton. Ainsi l’existence des fissures et leur mode d’apparition dans un ouvrage en béton est une manifestation extérieure du mode de fonctionnement d’une structure qui renseigne sur l’état de contraintes dans le matériau. Exécution du relevé : L’élaboration d’un relevé de fissuration n’est pas une tâche facile et nécessite une formation dans le domaine. Nature des fissures : Il faut distinguer les fissures selon leur gravité et selon que c’est un phénomène normal ou dû à un défaut de fonctionnement structurel. Il s’avère primordiale, avant l’élaboration du relevé de fissuration, de s’assurer que le responsable est capable de distinguer entre les fissures normales et les fissures dues à un défaut de fonctionnement d’un côté, et entre fissures réelles et fissures sans danger d’autre coté.
1.
Mesure des déformations générales et des mouvements
Causes et périodes d apparition des fissures : ’
Les fissures sont difficilement évitables et sont causées par des sources diverses : fissurations précoces (sur le béton frais), fissures d’origine mécanique (sur le béton en cours de durcissement ou déjà durci) et fissures d’origine physico-chimique (apparaissent quelques années après la construction). Pour le retrait, il est utile de distinguer entre : le retrait thermique et le retrait hydrique. Ce dernier se décompose en un retrait endogène et un retrait de dessiccation 2.
Dépassement de la résistance à la traction :
Dépassement de la résistance du béton à la traction. Distinction entre fissuration sous charges ou sous déformations imposés. La fissuration sous charges apparait là où la contrainte de traction du béton est atteinte ou dépassée sous le poids propre, les charges permanentes et les charges d’exploitation. Tandis que la fissuration sous déformations imposés apparait dans les zones peu ou moins sollicités et est d’une grande ampleur, ces déformations peuvent être intrinsèques ou extrinsèques. Résistance conventionnelle : La valeur moyenne de la résistance à la traction pure du béton à l’âge de 28 jours est donnée par : f ctm = 0.315(f cm)0.60 Résistance effective : La résistance effective à la traction se diffère sensiblement de la valeur conventionnelle. Motifs du contrôle de la fissuration et valeurs limites des ouvertures de fissures : Le contrôle de la fissuration entre dans le volet des vérifications de l’ELS des structures, l’ouverture des fissures est limitée à des valeurs admissibles selon le motif justifiant la limitation. Par exemple pour assurer la non fragilité, la fissure ne doit pas dépasser 0,5mm. •
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Durabilité : Pour les valeurs des ouvertures restant inférieures à une valeur de l’ordre de 0.3 à 0.5 mm, la durabilité des ouvrages en béton armé n’est pas influencer de manière .Mais, il existe des facteurs plus déterminants en termes de durabilité à savoir l’épaisseur d’enrobage et la qualité du béton. Pour les ouvrages en béton précontraint, les armatures actives sont plus sensibles à la corrosion. Donc, la limitation des ouvertures de fissures s’impose surtout dans les milieux humides pour assurer la durabilité de ce type d’ouvrages. Moyen pour réduire les fissurations : La réduction de la fissuration est possible en assurant une bonne exécution lors de la construction de l’ouvrage : le bon choix des étapes de réalisation et des phases de bétonnage.
3.
Apparition et évolution des fissures :
Il est important de suivre la variation des ouvertures des fissures et de vérifier leurs profondeurs. Classification des fissures : Le plan de fissuration est un document précieux, dans lequel les fissures sont reproduites par des dessins à l’échelle puis classées par famille, ce qui permet de facilité leur interprétation. Pourtant, il est indispensable de voir les fissures directement sur chantier pour établir un diagnostic correct. Mesures locales de fonctionnement : Généralités : Il existe actuellement deux essais qui renseignent sur le comportement de la structure en un point précis : L’extensométrie : la mesure de la déformation locale d’un corps sous l’effet d’actions diverses. La fissurométrie : la mesure des mouvements relatifs sous l’effet d’actions extérieures, des deux lèvres d’une fissure à la surface d’une pièce. Principe de base des mesures – Quelques rappels et ordres de grandeurs : Extensométrie : En mesurant les déformations, on cherche à évaluer la variation du champ de contraintes qu’on détermine, en élasticité linéaire, par les équations de Lamé. Il est à noter que : - L’extensomètre permet la mesure des variations de déformations par rapport à un état initial ; - La détermination des contraintes nécessite de connaître les caractéristiques e et V du matériau ; - Les équations de l’élasticité sont insuffisantes en cas des phénomènes différés. Fissurométrie : Elle permet en particulier d’apprécier les surtensions dans les aciers qui traversent une fissure, sous une action extérieure donnée. Elle permet également de mieux apprécier le fonctionnement de la partie non fissurée d’une section.
Mesure des déformations générales et des mouvements
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Ordres de grandeurs des quantités à mesurer En construction métallique, l’unité de référence est l’hectobar ; EnBAetBP,l’unité de référence est le bar ; Le seuil de sensibilité en fissurométrie est le centième de millimètre. Appareils utilisés : Les jauges à fil résistant : servent à mesurer l’allongement relatif en mesurant une variation relative de la résistance électrique. Les extensomètres mécaniques : mesurent l’allongement absolu d’une base donnée. Ils peuvent être utilisés en fissurométrie. Les capteurs de déplacement : destinés à la fissurométrie, on utilise couramment soit des capteurs du type potentiométrique soit des capteurs du type indicatif. Généralement, ce sont les appareils à traduction électrique qui permettent l’utilisation de chaînes de mesure plus ou moins complexes. Méthodologie d’une intervention : Afin d’éviter l’échec, trois conditions s’imposent :
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Mesure des déformations générales et des mouvements
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1. Définir et délimiter le problème posé. Pour cela, il faut une bonne communication entre le « projeteur » (BET) et « l’expérimentateur » (laboratoire). 2. Situer les ordres de grandeur des quantités à mesurer. 3. Mettre en œuvre les moyens de mesure suffisants : pour une compagne d’extensométrie réussie, il faut une bonne préparation, des moyens de mesure suffisants et assez de temps pour le dépouillement et l’interprétation.
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1. Diagnostic : Objectifs du diagnostic : Identifier les sources de dysfonctionnement, Evaluer l’impact potentiel de ce dysfonctionnement sur la sécurité, Etablir un plan d’action. Méthodes de diagnostic : Collecte des informations Inspection visuelle Détermination de l’enrobage des armatures. Détecter la corrosion par les mesures de potentiel. Déterminer la profondeur de neutralisation. Prélever par carottage pour des examens de laboratoire. Différentes outils sont utilisés parmi lesquels : Mesure de la vitesse du son, Mesure du front de carbonatation, Carottage et sondage in-situ, Essais d’auscultation, Les méthodes d’essais de laboratoire peuvent être citées comme suit : Analyse chimique qui permet de retrouver le dosage d’origine du béton, L’identification des espèces cristallines présentes, L’examen de la micro textures. Causes de dégradations : Les causes de dégradation les plus fréquentes sont : La conception, La mise en œuvre du ferraillage et du béton, Les actions atmosphériques, Les attaques chimiques, Les incidents et les accidents. Le béton joue un rôle important pour la protection des armatures, or il est sujet à la carbonatation et l ’attaque des chlorure ce qui cause la corrosion des armatures.
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Entretien et Traitement
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Entretien et Traitement
2. Confortement : L’acier présente souvent le problème de dégradation du béton dans les ouvrages, ce exige une réparation qui se fait selon les étapes suivantes : détection du diagnostic, l’auscultation, la mise en œuvre des produits, contrôle et vérification des résultats. Les importantes conditions que doivent répondre les moyens et les matériaux de réparation sont la durabilité, la conformité, la stabilité et la réparabilité. 3. Réfection : Avant d’appliquer le traitement sur les zones dégradées, on commence par enlever le béton, dégarnissage, il vient ensuite la page d’élimination de la corrosion (sablage, hydro sablage), les armatures dégagées doivent être protégées par un produit anticorrosion. Ces étapes sont suivies par le décapage qui est le bétonnage. 4. Combattre la corrosion Dans ce procédé, on a intérêt à appliquer in inhibiteur de corrosion qui a tendance à retarder l ’apparition des phénomènes ou à ralentir la vitesse de corrosion et ce par le mécanisme du type absorption chimique ou renforcement des couches d’oxydes. 5. Protection cathodique Comme en mode préventif, la protection en mode curatif a un rôle important pour protéger l ’acier du béton. Il faudrait prendre en considération les résultats des essais non destructifs pour définir le niveau du potentiel et la densité du courant. 6. Ré alcalinisation : Elle consiste à rétablir l’alcalinité au sein du béton grâce à un courant électrique. Il convient aux structures fortement carbonatées mais peu dégradées toutefois, il est accompagné par des risques de formation des fissures dans le béton. 7. Déchloruration : Ce procédé a pour but d’extraire les ions chlorures du béton en utilisant les mêmes réactions que la réalcalinisation.
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Les appareils d’appui assurent la transmission des efforts verticaux et horizontaux et permettent le mouvement différé des appuis ainsi que les variations de longueur et de rotation du tablier. Pour assurer ces fonctions, les appareils d’appui prennent différentes formes qui se matérialisent par : La formation de bourrelets suite aux contraintes de compression engendrées par les efforts verticaux transmis. La distorsion dans le plan de frettage suite à la résistance au cisaillement sous l’effet des efforts horizontaux. La rotation d’axe horizontale due au fonctionnement normal de la structure mais également aux effets de la précontrainte par post-tension et aux défauts de pose ou de planéité des bossages. Au Maroc, le document de calcul utilisé est le Bulletin Technique N°4 du SETRA. Cependant, les entreprises et administrations rencontrent plusieurs difficultés lors du choix des appareils d’appui à cause de : L’insuffisance des descriptions dans les marchés ; L’insuffisance des détails dans les plans d’exécution ; Le manque de maîtrise de l’importance des appareils d’appui par l’unoul’autre des deux intervenants ; Les défauts des offres de prix. En outre, les désordres constatés sur les appareils d’appui sont principalement : Des d’appui et la zone d’appui… désordres liés à l’appareil lui-même : mauvaise disposition des frettes dans l’A-A, détachement de l’enrobage, dés-adhérisation entre les feuillets…
Appareils d’appui des ponts
Des désordres liés à la mise en œuvre et à l’exécution : distorsion excessive de l’appareil d’appui, mauvais détails sur le plan d’exécution… Des désordres liés à l’environnement de l’appareil : défaut de contact entre l’appareil
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1. La mise en tension :
La mise en tension des unités de précontrainte est une opération délicate exigeant une main-d’œuvre qualifiée dirigée par un opérateur spécialisé. Avant de l’entamer, les documents d’exécution suivants sont exigés : Les moyens en matériels et en personnel affectés à cette opération, La résistance minimale requise pour le béton à la mise en tension, L’ordre de mise en tension des unités de précontrainte, La pression théorique P0 en fin de mise en tension et l’allongement théorique associé A0,
2. Les contrôles à effectuer : Les consignes en cas d’anomalies,
Les consignes de sécurité pendant la mise en tension Concernant le matériel de mise en tension, il doit être conforme à celui décrit dans la notice technique accompagnant l’agrément du procédé, soumis à des vérifications périodiques (les vérins sont revus 2fois/an et l’étalon 1fois/an) et en bon état. Lors de la mise en tension, il faut veiller, au tout début, à éliminer l’imprécision dans la fixation du zéro initial. Pour cela, lorsq ue les paliers sont identiques, on affecte au premier palier la valeur mesurée au deuxième. Toutefois, lorsque l’allongement différé apparaît, il fausse la valeur de l’allongement initial total. On affecte par conséquent à ce-dernier le quart de l’allongement du cinquième palier. La mise en tension est arrêtée lorsque la pression théorique P0 est atteinte ou lorsqu’on arrive à l’allongement limite 1.10A0. Elle est jugée satisfaisante si P0 est atteint pour un allongement compris entre 0.95A0 et 1.10A0, et préoccupante lorsque l’allongement Ama mesurée sous la pression d’alerte Pa est telle que : Ama> 1.05 (Pa/P0) A0
Problématique de la précontrainte
3. Les chutes et les pertes de précontrainte :
Ils sont de deux types : Les pertes instantanées : Par frottement Par recul d’ancrage Par raccourcissement du béton Les chutes différées : Due au retrait de béton Due au fluage Due à la relaxation des aciers Sur le terrain, on ne peut vérifier que les pertes par frottement. Pour cela, on équipe chaque extrémité de l’unité de précontrainte par des dispositifs d’ancrage et d’un vérin. Un côté dit actif monte en pression alors que l’autre, dit passif, joue le rôle de capsule manométrique. Ce procédé nous permet d’avoir le coefficient de transmission que l’on peut comparer à celui calculé par le bureau d’études. Cette mesure est régit par le fascicule 65A, la procédure LCPC, les CPS et les CCTP.
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Pour qu’un pont en maçonnerie se comporte correctement, les deux conditions suivantes doivent être réunies : Bonne qualité des matériaux Conception correcte, mise en œuvre soignée et un entretien soutenu Dans le cas contraire, ces ponts sont victimes de désordres généralement engendrés soit par un mauvais comportement des fondations soit par la superstructure elle-même.
1. Désordres engendrés par un mauvais comportement de la fondation :
Suite à un tassement de consolidation du sol, à la formation de cavités ou de compression du sol, à une réduction d’encastrement dans la fondation ou à un vieillissement de ses matériaux, on a un mouvement d’appui qui peut être l’affaissement d’une pile, le basculement d’une culée, le poinçonnement local de certains pieux de fondations ou autres. Ceci a pour conséquence l’apparition des fissures voire le fendage et l’éclatement de certains éléments en plus de l’inclinaison des appuis et des murs de tête ainsi que la déformation de la géométrie de la structure. 2. Désordres propres à la superstructure :
On énumère ci-dessous leur type ainsi que les causes derrières leur apparition. Fissures longitudinales dans les voûtes - La différence de rigidité entre voûte et mur de tête, l’appauvrissement du mortier des joints ainsi que l’effet des efforts dû aux charges d’exploitation engendrent l’apparition de fissures longitudinales. - Ils apparaissent dans le cas d’ouvrages comportant des élargissements longitudinaux dont les murs constituent des points durs au niveau des raccords avec l’extrados des voûtes. - Dans le cas d’ouvrages larges, les fissures peuvent apparaître suite aux effets de flexion longitudinale. Fissures transversales dans les voûtes - Une évolution défavorable du trafic - Un vieillissement de la voûte - Lorsqu’elles apparaissent en intrados d’une voûte comportant des élargissements transversaux, elles peuvent être dues à une concentration des charges Déversement des murs de tête -Chocd’un véhicule sur un parapet - Un surplus d’effort suite à l’absence ou à l’insuffisance du drainage provoque le déplacement partiel ou total du tympan qui peut lui-même entraîner le bandeau Fissuration dans les murs de tête - Ces fissures peuvent être d’origine thermique d’où la réservation par les projeteurs des joints sans mortier à l’emplacement probable des fissures pour prévenir les effets des dilatations - Basculement d’une culée et autres effets de mouvement d’appui - Déversement des murs de tête •
Cas des ponts en maçonnerie
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