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I
l.l
Vorwort
Die Substanzerhalütng der Nationalstrassen und des übrigen Strassennetzes ist von grosser
volkswirtschaftlicher Bedeutung. Die Wichtigkeit der damit verbundenen Problematik wurde
durch den Auftrag des Bundesrats im Jahre 1996 an díe Arbeitsgruppe Substanzerhaltung des
ASTRA noch weiter hervorgehoben. Die generelle Fragestellung lautete: "Wie kann eine
technisch ausreichende Substanzerhaltung der Nationalstrassenwerke möglichst
kostengünstig sichergestellt werden? "
Als Antwort auf diese Fragestellung schlug die Arbeitsgruppe insgesamt 17 verschiedene
Massnahm en zvr Substanzerhaltungl der Nationalstrassenwerke vor. Eine dieser Massnalmen
die Massnahme 17 betraf die Notwendigkeit zusàtzliche , konzentrierter
Forschungsanstrengungen, wobei folgende Schwerpunkte vorgeschlagen wurden:
-
Døuerhøftere Materíalíen und Verføhren: Ein gezielt auf die Belange der Erhaltung
ausgerichtetes, national koordiniertes Forschungsprogramm muss rasch
ausgearbeitet und in die Wege geleitet werden. Ein erster Vorschlag dazu ist bereits
im Bericht "Zwechnrissigkeit und
Effizienz
der
Unterhaltsbaustellen auf
National s tr a s s en " enthalt en.
-
Null-Unterhalt-Verføhren (Massnahmen mit geringem Unterhaltsbedarfl: Eine
Sichtung von Bauverfahren mit potentiell geringem Erhaltungsaufwand ftir
Fahrbahnen (in beiden Belagsbauweisen) und fir Kunstbauten soll durch
entsprechende Líteraturstudien und aufgrund einer direhen Auswertung
aus I än di s ch er E rfahrun gen unt ern omm en w er d en.
Diese Massnahme 17 des Berichts ,,Substanzerhaltung" wurde danach durch zwei Arten von
Forschungsproj ekten umges etzt :
-
Durch eine Auswertung der Literatur und Forschung soll der ,,Stand der Technik"
aktualisiert und in die Praxis eingeführt werden.
- Die Dauer des Projektes erlaubt auch die Durchführung von in sich abgeschlossenen
neuen Forschungsarbeiten.
Die Umsetzung der Massnahme 17 erfolgte in fünf Forschungspaketen, wobei das
Forschungspaket FP5 zum Thema,,Kunstbauten" in den Jahren 2000 - 2003 am Institut für
Erhaltung und Sicherheit (MCS) der ETH Lausanne (EPFL) bearbeitet wurde. Die Ergebnisse
dieser Forschungsarbeiten wurden in zwei Dokumenten festgehalten, den vorliegenden
Bericht und Empfehlungen zu Handen des ASTRA:
- Zunächst wurden vier als wesentlich erachtete Themenbereiche anhand einer
Literaturauswertung und mit eigenen Arbeiten vertieft untersucht. Es handelt sich um
folgende Themen, die im vorliegenden Bericht als in sich abgeschlossene Teile behandelt
werden:
o Permeabilitötsmessung nach der Methode Torrent: Dieses Kapitel kann als
Hintergrunddokumentation (background document) zt den Normartikeln SIA 262
art. 6.4.2.2 und SIA 26211 (Anhang E), verwendet werden, in welchen die
messtechnische Überprüfung der Dichtigkeit des Überdeckungsbetons gefordert
o
o
I
wird.
Korrosion in Rissen: In diesem Berichtteil wurde der Stand der Kerurürisse zu
dieser Thematik zusalnmengetragen.
Massnahmen gegen Korrosion: Die Norm SIA 262, art. 2.4.3, schlägt
verschiedene Massnahmeî zlrr Gewåihrleistung eines genügenden Widerstands
Bundesamt für Strassen, ,,Erhaltung des Nationalstrasseruretzes", Schlussbericht der Arbeitsgrupp e 21 .7 .1998
MCS EPFL 88.00
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tv
o
gegen Bewehrungskorrosion vor. Dieses Kapitel zeig¡ nhand von numerischen
Simulationen die V/irksamkeit solcher Massnahmen auf.
Vermeidung von Trennrissen: Die Norm SIA262 art.6.4.1, verlangt, Massnahmen
zrn Vermeidung von Rissen,
insbesondere Trennrisse, infolge
Verformungsbehinderung zu treffen. Dieser Berichtteil liefert entsprechende
Hintergrundinformationen.
-
Der vorliegende Bericht ,,Dauerhafte Kunstbauten bei geringem Unterhalt - Ausgewåihlte
Kapitel" stellte eine wesentliche Basis für die Ausarbeitung des zweiten Berichts, welcher
,,Empfehlungen für dauerhafte Kunstbauten bei geringem Unterhalt" enthält und in Form
eines internen Berichts veröffentlicht wurde. Dieser Bericht dient als Grundlage für die
vom ASTRA festzulegenden Standards.
Die Autoren
bedanken sich beim Bundesamt für Strassen (ASTRA) für den
Forschungsauftrag. Ein spezieller Dank wird aî die Mitglieder der Arbeitsgruppe
Brückenforschung (AGB) des ASTRA gerichtet, im speziellen den Herren M. Donzel
(vorsitz), H. Figi, H. Fleischer, J.P. Joris, Dr. M. Käser, p. Matt, prof. A. Muttoni, Dr. p.
Schmalz, Dr. D. Somaini, Prof. F.H. Wittmann und P. Wüst, welche das Projekt begleiteten.
Lausanne, April2005
Prof. Eugen Bnihwiler
MCS EPFL 88.00
v
PréÍace
La conservation du réseau des routes nationales, aussi bien que de l'ensemble du
réseau
en
été
marquée
a
portée
cette
thématique
La
de
économique.
grande
importance
routier, a une
la
de
1996 par la création par le Conseil fedéral d'un groupe de travail s'occupant
conservation du réseau des routes nationales. La question principale posée au groupe de
travail était: "Comment assurer une conservation du réseau des routes natíonales
satisfaisante du point de vue technique à moindre coût ?"
En réponse à cette question, le groupe de travail a proposé, au total, 17 mesures différentes
concernant la conservation¿ de la valeur du réseau routier national. Une de ces mesures - la
mesure l7 - mentiorure la nécessité d'effectuer des recherches supplémentaires bien ciblées,
dans les domaines suivants :
Des matériaux plus durables et des procédures : dans I'intérêt du maintien de
l'état des routes, un programme de recherche coordonné au niveau national doit
être élaboré et préparé rapidement. Une première proposition est déjà contenue
dans le rapport "Opportunité et efficience des chantiers d'entretien des routes
nationales".
Procédures d'entretien zéro (mesures avec un faible besoin en entretien) : une
appréciation des procédures de construction engendrant des frais d'entretien plus
faibles pour des chaussées (réalisées selon les deux méthodes de construction de
revêtement) et pour les ouvrages d'arts doit être entrepris à l'aide des documents
de la littérature et sur la base des expériences réalisées à l'étranger.
Cette meswe 17 du rapport "conservation du réseau" sera réalisée par deux tlpes de
recherche :
Par une évaluation de la littérature récente et de la recherche, l'état de l'art doit être
mis à jour et appliqué dans lapratique.
Ladurée du projet permet la réalisation de nouveaux travaux de recherche qui vont
également dans la direction des sujets précités'
Latransposition de la mesure 77 a été effectuée dans cinq lots de recherche, dans lesquels le
lot de recherche FP5 traitant le thème des "ouvrages d'arts" a été élaboré dans les années 2000
- 2003 par le Laboratoire de Maintenance, Construction et Sécurité (MCS) de l'Ecole
Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Les résultats de ces travaux de recherche ont été
représentés dans deux documents,.le présent rapport et des recommandations à l'attention de
I'OFROU:
-
Quatre sujets pertinents sont examinés de manière approfondie au moyen d'une
étude bibliographique et avec de propres travaux. Les sujets suivants sont traités
dans le présent document comme des chapitres indépendants :
o
Mesure de perméabilité selon la méthode Torrent .' cette partie peut servir
comme documentation de référence (background document) aux articles de la
noÍne SIA262, art. 6.4.2.2 et SIA 26211(annexe E), dans lesquels le contrôle
de la perméabilité du béton d'enrobage est demandé.
o
Corrosion dans les fi.ssures
;
dans cette partie du rapport, l'état
des
connaissances est décrit.
2
Office fédéral des routes, ,,Conservation du réseau des routes nationales", Rapport final du groupe de travail du 27 -1.1998.
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o
Mesures contre la corrosion : la noÍne 3IA262, art.2.4.3, propose différentes
mesures pour garantir une résistance suffisante contre la corrosion des ba:res
d'armature. Cette partie précise I'efficacité de telles mesures au moyen des
simulations numériques.
o
Prévention des fissures traversantes : la norme SIy'*262, art. 6.4.1, exige des
mesures pour éviter des fissures et spécialement des fissures traversantes suite
à un empêchement de déformation. Cette partie du rapport livre des
informations de fond correspondantes.
Le présent rapport "Ouvrages d'art durables à faible entretien - Chapitres choisis"
constitue une base essentielle pour l'élaboration du deuxième rapport
"Recommandations pour des ouwages d'art durables à faible entretien" qui a été
publié sous la forme d'un rapport interne. Celui-ci servira de réference à I'OFROU
pour définir des standards.
Les auteurs remercient l'Office fédéral des routes (OFROU) pour le mandat de recherche. Un
remerciement spécial s'adresse aux membres du groupe de travail recherche de pont (AGB) de
I'OFROU, dans 1e spécial MM. M. Donzel þrésidence), H. Figi, H. Fleischer, J.P. Joris, Dr.
'Wittmann
et
M. Käser, P. Matt, Prof. A. Muttoni, Dr. P. Schmalz, Dr. D. Somaini, Prof. F.H.
P. Wüst qui ont accompagné le projet.
Lausanne, awil2005
Prof. Eugen Brühwiler
MCS EPFL 88.00
v11
Inhaltverzeichnis I T able des matières
DAUERIIAFTE KUNSTBAUTEN BEI GERINGEM UNTERIIALT _ AUSGEWÄIILTE
KAPITEL
Grundlage 1
Applicabilité de la mesure de perméabilité selon Torrent pour le contrôle de qualité du béton
..1
d'enrobage
1.
2.
J.
4.
5.
6.
1
8.
Introduction
Essai de perméabilité
Essais en laboratoire
Application in situ
...1
à
I'air...
3
..13
2t
Comparaison avec d'autres méthodes de mesure
Contrôle de la qualité sur ouvrage
Conclusions ..
Références ....
32
33
.39
.40
Grundlage 2
Effet de la fissuration sur les phénomènes de transport et la corrosion du béton armé
(état de I'art)..
1
Phénomènes responsables de la fissuration du béton........
2
Conséquences de la fissuration ...............
J
Références bibliographiques ........
Grundlage 3
Numerische Simulationen der V/irksamkeit von Massnahmen gegen chloridinduzierte
Bewehrungskorrosion.
1.
Einleitung
2.
Modell fÌir Chlorideintrag
J.
Einflussgrössen
4.
Ergebnisse der numerischen Simulationen .....
5.
Korrosionsgefahr in Zonen mit Rissen
6.
Konzeptue[e Überlegungen............
7.
Literatur
49
49
53
62
65
65
65
68
72
76
77
88
Grundlage 4
Vermeidung der Rissbildung (insbesondere von Trennrissen) in zusammengesetzten Bauteilen
89
1.
Einleitung
94
2.
Beispiel - Reduktion der Frischbetontemperatur........
...... 101
Beispiel - Vermindenrng
............ 108
4.
Beispiel - Kontrolle der Umgebungstemperatur
..... 119
Beispiel - Erhöhung der
5.
.,....I21
6.
Begrenzung der Rissbildung durch
t22
7.
Folgerungen
...722
Literatur...
8.
der'Wärmeentwicklung...............
...........
Umgebungstemperatur
Nachbehandlung..........
MCS
- EPFL 88.00
vlll
Zusammenfassung
In diesem Bericht werden vier als wesentlich erachtete Themen nx Dauerhaftigkeit von Kunstbauten
anhand einer Literaturauswerlung und mit eigenen Untersuchungen behandelt. Diese vier Themen sind
in sich abgeschlossen und werden nachfolgend als ,,Grundlagen,,bezeichnet.
In der Grundlage 1 wird die Anwendbarkeit der Permeabílitätsmessung nach Torrent fi.ir die
Qualitätsüberwachung des Ûberdeckungsbetons untersucht. Eine hohe Dichtigkeit des
oberflächennahen Betons
Stahlbeton
zv
ist eine
gewährleisten.
Grundvoraussetzung, um die Dauerhaftigkeit von Bauteilen aus
Die Torrent
Permeabilitätsmessung
ist eine zerstörungsfreie
Prüfmethode, die am Bauwerk angewendet werden kann, um die Dichtigkeit des Ûberdeckungsbetons
messtechnisch zut bestimmen. Es werden die Messmethode und zahlreiche Messergebnisse
beschrieben, welche Angaben über die Auswerfung und Interpretation der Messergebnisse sowie über
die Grenzen der
Anwendbarkeit
der Methode liefern. Diese Grundlage ist somit
ein
Hintergrunddokument zu denNormen 3IA262 (2003), Artikel 6.4.2.2,und SIA 262/l (2003), Anhang
E, in welchen die messtechnische Ûberprüfung der Dichtigkeit des tlberdeckungsbetons gefordert
wird.
In der Grundlage 2 wird der Themenbereich d,es Einflusses der Rissbildung auf Transportphänomene
und die Bewehrungskorcosion von Stahlbeton anhand einer Literaturstudie behandelt. Aus diesem
Sachstandbericht kann gefolgert werden, dass einzig bei Wasser führenden Tren¡rissen ein grosses
Risiko der Bewehrungskorrosion besteht. Risse erleichtern das Eindringen von Wasser und
chemischen Substanzen. Dabei sind Trennrisse besonders schädlich, weil sie den Wasserfluss
ermöglichen. Die Auswirkungen auf die Bewehrungskorrosion hängen von der Art und der Geometrie
der Risse, den TransporLphänomenen und der Exposition gegenüber Umwelteinflüssen ab. Risse sind
wohl ein beschleunigender Faktor frir die Initiierung der Bewehrungskorrosion. Jedoch scheint die
Rissöffnung bei Werten kleiner als 0.3-0.4 mm die Korrosionsgeschwindigkeit nicht zu beeinflussen,
denn Korrosionsprodukte bilden eine Barriere, die den weiteren Korrosionsfortschritt während eine
,,schlafenden" Phase bremst. Die Dauer dieser Phase hängt wesentlich von der Dichtigkeit des
Ûberdeckungsbetons ab.
Die Grundlage 3 geht auf Massnahmen zur Gewcihrleistung
eines gentigenden lliderstands gegen
Bewehrungskorrosion ein, wie sie neu die Norm SIA262 (2003), Artikel 2.4.3, einfiihrt. Anhand einer
Parameterstudie und unter Verwendung eines numerischen Modells wird die Dauer der
Initiierungsphase des chloridinduzierten Korrosionsvorgangs ermittelt. Die Ergebnisse erlauben,
Rückschlüsse auf die Wirksamkeit einzelner Massnahmen zu ziehen Daraus gehen die Wichtigkeit
eines möglichst dichten Überdeckungsbetons sowie der vorteilhafte Einsatz von Betonstahl mit einem
höheren Korrosionswiderstand für stark exponierte Bauteile hervor. Aufgrund dieser Ergebnisse
werden entsprechende Hinweise auf den Entwurf von Massnahmen zur Gewährleistung der
Dauerhaftigkeit gemacht.
Aus der Grundlage 2 geht hervor, dass vor allem die Wasser führenden Trennrisse eine erhöhte
GefÌihrdung fiir Bewehrungskorrosion aufweisen und somit vermieden werden sollten. Die Grundlage
4 liefert entsprechende Hinweise auf Massnahmen zur Vermeidung der Rissbildung in
zusammengesetzten Bauteilen wie sie die Norm SIA 262 (2003), Artikel 6.4.I, verlangt. Diese
Rissbildung erfolgt in einem Verbundbauteil aus Betonen unterschiedlichen Alters, indem die
Verformungen infolge Erhärtung des jüngeren Betons durch den älteren Beton behindert werden und
sich dadurch ein Eigenspannungszustand mit Zugspannungen im neuen Beton aufbaut. Mit Hilfe von
Fallbeispielen wird gezeigl, dass die Grösse dieser Eigenspannungen vor allem vom Unterschied
zwischen der Maximaltemperatur des erhärtenden jüngeren Betons und der Umgebungstemperatur
sowie von Einflüssen infolge Kriechen und Schwinden abhängt. Diese Zugeigenspannungen können
bereits während der Bauphase oder aber während der Nutzungsphase zu einer Rissbildung,
insbesondere von Trennrissen, im neuen Beton führen. A¡hand der Fallbeispiele wird die Wirksamkeit
verschiedener Massnahmen zur Verringerung des Eigenspannungszustands aufgezeigt.
MCS EPFL 88.00
Résumé
Le présent rapport traite quatre thèmes pertinents concernant la durabilité des ouwages d'art à l'aide
d'une valorisation de la littérature et de nos propres études. Ces quatre thèmes sont conclusifs en soi et
seront désignés ci-après comme
<<
bases
>>.
L'applicabilité de la mesure de perméabílité selon Torrent pour le conftôle de la qualité du béton
d'enrobage est le sujet de la Base 1. Une étanché,ité élevée du béton d'enrobage est une condition de
base afin de garantir la durabilité d'éléments structuraux en béton armé.La mesure de perméabilité
selon Torrent est une méthode de mesure non destructive applicable sur un ouvrage pour déterminer, à
l'aide d'une mesure, l'éIanchéité du béton d'enrobage. La méthode de mesure et de nombreux résultats
de mesure sont présentés et exploités pour foumir les indications nécessaires au dépouillement et à
I'interprétation des résultats de mesure ainsi que les limites d'applicabilité de la méthode. Cette base
est donc un document de référence relatif aux noÍrnes SI1' 262 (2003), article 6.4.2.2, et SIA 2621I
(2003), annexe E, dans lesquelles le contrôle par mesure de la perméabilité du béton d'enrobage est
exigé.
Le thème del'influence de lafissuration sur les phénomènes de transport et la corrosion d'armature
du béton armé est traité dans la Base 2 àl'aide d'une étude de la littérature. Ce rapport sur l'état de
connaissance permet de conclure que seul un risque de corrosion considérable existe dans le cas de
fissures traversantes avec écoulement d'eau. Des fissures facilitent certes la pénétration d'eau et de
substances chimiques mais les fissures traversantes sont particulièrement nuisibles car elles permettent
l'écoulement de I'eau sans grosse résistance. La vitesse de corrosion des armatures dépend du t1.pe et
de la géométrie des frssures, des phénomènes de transport et de l'exposition de l'élément d'ouwage
aux sollicitations climatiques. L'initiation de la corrosion d'armature est accélérée par la présence des
fissures. Cependant l'ouverfure des fissures ne semble pas influencer la vitesse de corrosion pour des
valeurs inférieures à 0.3 - 0.4mm, car 1es produits de corrosion forment une barrière freinant fortement
la propagation ultérieure de la corrosion pendant la phase < dormante >. La durée de cette phase
dépend, d'une manière significative, de l'étanchéité du béton d'enrobage.
La Base 3 comporte des mesures pour garantir une résistance sffisante contre la
corrosion
d'armature telles qu'elles ont été récemment introduites par la norme 5IA262 (2003), article 2.4.3.La
durée de la phase d'initiation de la corrosion due à la présence de chlorures est déterminée au moyen
d'une étude paramétrique en utilisant un modèle numérique. Les résultats permettent d'établir des
enseignements concernant l'efficacité de certaines mesures. Il en découle f importance d'un béton
d'enrobage étanche ainsi que I'utilisation avantageuse d'aciers d'armature avec une résistance plus
élevée à la corrosion pour des éléments structuraux sévèrement exposés. Par conséquent, des
indications sont déduites de ces résultats en vue du choix de mesures pour garantir la durabilité.
La base 2 montre que les fissures traversantes avec écoulement d'eau comportent avant tout un danger
élevé face à la corrosion d'armature, et qu'en conséquence, la formation de fissures traversantes
devrait être empêchée. La Base 4 foumit des indications pour des mesures d'empêchement de Ia
fissuration dans des éléments composës telles que la norme SIA 262 (2003), article 6.4. 1, les prescrit.
Cette fissuration a lieu dans un élément composé de bétons d'âges differents lorsque les déformations
dues au durcissement du béton plus jeune sont empêchées par le béton plus vieux. Un état
d'autocontrainte est ainsi créé avec des contraintes de traction dans le nouveau béton. I1 est démontré à
l'aide d'études de cas que l'amplitude de ces autocontraintes dépend avant tout de la différence entre
Ia température maximale du jeune béton en phase durcissante et la température ambiante, ainsi que du
retrait et du fluage. Ces contraintes de traction peuvent provoquer une fissuration intense, notamment
des fissures traversantes, dans le jeune béton, lors de la construction ou encore pendant la phase
d'utilisation. L'efficacité de diverses mesures pour réduire l'état d'autocontrainte est démontrée à
l'aide des études de cas.
MCS EPFL 88.00
x
Summary
In this report, four topics relevant to the durability of road structures
are treated
by means of
a
literature study and original research. These four topics are conclusive on their own and are
individually named in the following as "basis".
Basis 1 investigates the application of thepermeability measurement according to the Tonent Method
for concrete cover quality assurance. A high density of the cover concrete is a basic condition to
guarantee the durability of reinforced concrete structural elements. The Torrent permeability
measurement is a non-destructive testing method applicable to in situ-elements to measure the
concrete cover density. This testing method and numerous testing results are documented in this report
to provide the necessary foundation to define the method application limits and for anaTyzing and
interpreting testing data. This basis is thus a supporting document for the concrete cover density
verification according to standards 3IA262 (2003) article 6.4.2.2, and SIA 262/I (2003) Appendix E.
The ínfluence of cracking on transport phenomena and rebar corrosion in reinforced concrete is
treated in Basis 2 by means of a literature survey. This survey highlights the considerable rebar
corrosion risk resulting from water flow in transverse cracks. Cracks allow easy ingress of water and
chemical substances but transverse cracks are particularly vulnerable since they permit water flow.
The impact on rebar corrosion depends on the transport phenomena, the crack type, the crack
geometry, and the tlpe of exposure. Cracks are, in general, an accelerating factor for the initiation of
rebar corrosion. However crack openings smaller than 0.3-0.4 mm do not seem to influence the
corrosion rate because corrosion products form a barner considerably slowing down further corrosion
propagation during the "dormant" phase. The duration of this phase depends significantly on the
density of the cover concrete.
Basis 3 deals with measures to guarantee sfficient resistance against rebar corrosion as introduced
recently by the standard SlA262 (2003) article 2.4.3.The duration of the chloride induced conosion
initiation phase is determined by means of a parameter study and a numerical model. The findings
facilitate the formation of conclusions regarding the effectiveness of single provisions. For example,
the results emphasize the importance of employing a dense concrete cover or improved corrosion
resistant reinforcing steel in structural elements exposed to severe environments. Finally, conceptual
ideas to guarantee durability are formulated from these results.
In Basis 2 it is shown, that transverse cracks experiencing water flow exhibit an increased danger of
rebar corrosion and thus transverse crack formation should be avoided. Basis 4 details provisions to
avoid crackformation in composite elements as required by the standard SIA262 (2003) article 6.4.L
Transverse crack formation occurs in a composite element consisting of different aged concretes when
the hardening deformations of the younger concrete are reshained by the older concrete, producing
built-in tensile stresses in the younger concrete. Case studies are used to show that the amplitude of the
built-in stresses depends mostly on the maximum temperature difference between the hardening
younger concrete and the ambient temperature of the older concrete. These built-in tensile stresses
may lead to crack formation in the younger concrete, in particular transverse cracks, during the
construction phase or later during service life. The effectiveness of various provisions to reduce the
built-in stresses is highlighted using the case studies.
MCS EPFL 88.00
Applicabilité de la mesure
de
perméabilité selon
Torrent
I
Grundlage 1:
Applicabilité de la mesure de perméabilité selon Torrent pour le
contrôle de qualité du béton d'enrobage
Anwendbarkeit der Torrent Permeabilitätsmessung
Überdeckungsbetons
I
flir die Qualitätsüberwachung des
lntroduct¡on
L'initiation et la propagation de la corrosion des armatures du béton armé sont
gouvemées par I'apport d'eau, de substances agressives et d'oxygène au travers du
béton d'enrobage, jusqu'au niveau des bares d'armatures. Le transport de ces
substances jusqu'au niveau des aciers d'armature dépend essentiellement des
conditions du milieu environnant (exposition), de la perméabilité du béton
d'enrobage, et de son épaisseur. La perméabilité du béton d'enrobage est conditionnée
par Ia perméabilité intrinsèque du béton et par son état global de fissuration (micro et
macro-fissuration).
On trouvera dans le chapitre "Grundlage 2" dl présent rapport qui se base sur
Denarié E. (2000), une synthèse récente sur les conséquences de la fissuration du
béton armé sur sa durabilité. Selon le mécanisme de transport impliqué, des fissures
fines peuvent être soit plus favorables (cas de la perméabilité à l'eau sous pression)
soit au contraire plus défavorables (cas de lapénétrafion d'eau par capillarité, Lunk et
al. (1998)) vis à vis de la pénétration des liquides. Dans le cas de fissures non
traversantes, d'ouvertures inférieures à 0.4 mm, la qualité du béton d'enrobage
(perméabilité et épaisseur) avoisinant les fissures est le paramètre déterminant de
l'évolution des processus de corrosion, Arliguie et aI. (1999), François et al. (1999),
Käser (1988), Keller (1991).
La perméabilité du béton d'enrobage vis-à-vis de I'eau et des gaz est unfacteur
déterminant pour I'initiation et la propagation de la conosion dans le béton armé,
fissuré ou non fissuré, et plus généralement pour le développement de l'ensemble des
m é canismes d e d ét éri orati on.
La perméabilité du béton et tous les phénomènes de transport agissant dans le
béton dépendent directement de la microstructure poreuse (volume total des pores et
distribution) de ce matériau. On constate une corrélation plus ou moins forte entre les
résultats des différentes méthodes de mesure de ces phénomènes de transport. En
particulier, la perméabilité a:ux gaz (oxygène et air) est fortement corrélée à la
perméabilité à l'eau mesurée sous forme de coefficient d'absorption par capillarité,
Torent al. (1995), Austin et aI. (2000), ou de perméabilité à I'eau, Figg (1973),
Bamforth (1987), Dhir et al. (1989). La perméabilité du béton d'enrobage est
également liée à son niveau de microfissuration. Cette dernière peut être induite entre
autres par une cure insuffisante, Lunk et al. (1998), ou par un niveau de sollicitation
élevé dans les bares d'armatures, Arliguie et al. (1999), François et al. (1999),
François et al. (2000).
La nouvelle norme SIA 262 (2003) propose une palette de mesures qui
permettent d'améliorer la résistance des structures aux sollicitations physicochimiques et en particulier à la corrosion: choix de l'épaisseur et de la perméabilité du
MCS _ EPFL 88.00
A
2
)^
so nerméahilitá.
r^
Torrent
béton d'enrobage, application d'une protection de surface, et choix 9o b,p" d'acier
d'armature. Il importe de contrôler sur I'ouvrage I'application correcte de ces mesures.
La perméabitité d.u béton d'enrobage þar exemple à l'air) doit être contrôlée
directement Sur ouvrage ou à partir de carottes prélevées dans l'ouvrage, selon la
nouvelle notme SIA 262, art. 6.4.2-2Dans ce contexte, f intérêt s'est porté sur la caractérisation sur ouvrages, in situ,
ilité à l'air
de la perméabilité du béton d'enrobage
exe E de la
Torrent associé à l'essai de résistivité
al' (1993)'
noÍne SI1- 26211 (2003). Sur la base
(lggs),Adey et al. (1998), Roelßtra (2001), et des travaux en cours actuellement en
particutier au sein du comité RILEM TC-189 NDT, une étude menée en laboratoire et
in situ sur ouvrages a été réalisée afin de définir I'ensemble des données nécessaires
pour l'applicatioi in situ de ces méthodes. Les principaux objectiß de cette étude
au
électri
des
étaient:
o
c
o
o
c
.
d'établir une méthodologie pour le contrôle de la qualité sur ouwages in situ,
de proposer une méthodologie pour les essais préliminaires de validation de
recettes de bétons et de méthodes d'exécution,
de défïnir les limites d'application de la mesure de perméabilité à I'air,
de donner les éléments nécessaires à f interprétation des résultats de mesures,
d'établir une méthodologie de contrôle de qualité, in situ comprenant des
directives sur la manière de choisir les points de mesure sur la base d'un plan
d'échantilloflrage,
de comparer et corréler les mesures de perméabilité à I'air selon Torrent avec
d'autres méthodes d'essai.
8êtonhaut
Úberdækunqsbelon
Be
oßtah
Figure l-1: Contrôle de la perméabilité du béton d'enrobage in situ.
à la
eu,il s'agisse d'un ouvrage existant ou à construire, les exigences relatives
permeÀifté d; béton d'enrobãge doivent être établies en considérant à la fois la
MCS _ EPFL 88.00
Applicabilité de la mesure de perméabilité selon Torrent
3
fonction que l'élément de béton doit remplir et l'exposition (éclabousswes, brouillard
salin, milieu marin, etc) à laquelle il est soumis. Dans ce contexte, la mise sur pieds
d'un contrôle de qualité préalable à la construction (choix du matériau, de la méthode
d'exécution et essai de validation sur éléments représentatifs) et post-projet (contrôle
in situ) s'avère indispensable. Il s'agit d'apporter une réference supplémentaire à la
qualité des ouwages afin de confirmer ou d'infirmer leur aptitude à satisfaire les
exigences prévues et, le cas échéant, de permettre d'y faire face suffisamment tôt. La
perméabilité du béton d'enrobage est spécialement sensible aux conditions thermiques
et hydriques de cure auxquelles les surfaces de béton sont soumises au jeune âge. De
ce fait, des conditions de manutention, de coffrage et de cure identiques à ce qui sera
effectivement appliqué sur le chantier doivent être prévues lors de la préparation
d'essais pour le contrôle de conformité sur des éprouvettes, avant la réalisation de
I'ouwage.
Dans ce qui suit on donnera d'abord les base physiques des méthodes de mesure
utilisées, puis I'influence de differents paramètres sur les résultats de mesure, sur la
base d'essais effectués au laboratoire et de la littérature. On présentera et discutera
ensuite divers exemples d'application sur ouvrages, in situ. Finalement, une
méthodologie de contrôle de qualité, Denarié et al. (2004), basée sur une approche
segmentielle des ouwages, Roelfstra (2001), et inspirée de la démarche couramment
utilisée pour la détermination de la résistance mécanique du béton sur ouvrages,
Euronorme prBn 7379I-F (2003) sera proposée.
2 Essai de perméabilité à I'air
2.1
Ghoix du type d'essai
Divers types de méthodes de mesures de la perméabilité à I'air du béton
d'enrobage, in situ, existent sur le marché. On trouvera dans Torrent et al. (2002), une
présentation comparative détaillée de toutes ces méthodes. Contrairement à d'autres
essais nécessitant le forage de trous, I'essai de perméabilité à l'air selon Torrent
présente les avantages d'être entièrement non destructif, rapide et peu encombrant, ce
qui facilite les mesures in situ. Afin de tenir compte du degré de saturation en eau du
béton d'enrobage, l'essai de perméabilité à I'air est complété par une mesure de
résistivité électrique qui, elle-même, est en relation avec I'eau présente dans la pâte de
ciment durcie du béton d'enrobage, sous forme de liquide ou de vapeur.
2.2
Principe
La perméabilité à I'aft kT du béton d'enrobage est déterminée à I'aide de
I'appareil TORRENT Permeability Tester, PROCEQ 0997), Torrent (1992), Torrent
et al. (1995). La mesure est réalisée à I'aide d'une cellule à vide à 2 chambres
appliquée sur la surface du béton au moyen de joints toriques en caoutchouc, et reliée
à un régulateur de pression, lui-même relié à une pompe à vide. La Figure 2-1 montre
la cellule à vide avec le principe de mesure. Le fait d'utiliser 2 chambres
concentriques permet de minimiser les effets de bord et d'obtenir un flux d'air
perpendiculaire à la surface, dans la chambre interne (1). La mesure consiste à
imposer un vide d'air dans la chambre inteme et à mesurer I'augmentation de pression
dans un temps donné (720 secondes). Par ailleurs, la mesure est interrompue dès que
la différence de pression mesurée dépasse 20 mb par rapport à la valeur initiale de |a
pression dans la chambre inteme p;. Dans ce cas, la durée de la mesure est inférieure à
MCS _ EPFL 88.00