Expertise des ponts à étagement de l`autoroute Dufferin
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1. Ground Penetrating RADAR est une m thode d auscultation bas e sur la propagation des ondes lectromagn tiques dans le milieu Elle permet de localiser les diff rentes couches de mat riaux sous jacents de m me que les vides les conduites et la surface des nappes d eau souterraine Dans le cas des structures en b ton le g oradar est principalement utilis pour localiser les aciers d armature identifier les zones alt r es ou d lamin es ainsi qu valuer le degr de corrosion des armatures et l paisseur de la couche d enrob bitumineux La profondeur d investigation de ce proc d varie entre 300 et 400 mm d pendamment du type antenne utilis Les profils g oradar obtenus appel s radargrammes permettent de visualiser le long du chemin parcouru par l antenne une coupe perpendiculaire la surface auscult e Figure 3 Dans ces profils les l ments structuraux apparaissant sous forme d hyperboles correspondent des armatures di 30 000 30 500 31 000 31 500 32 000 32 500 m 0 000 0 100 0 200 n h 0 300 CE D Pt gr Acier d Contact couche de 0 400 Acier d armature Fin de la dalle roulement b ton Figure 3 Profil g oradar mesure de l att nuation normalis e au niveau des armatures du tron on 9 de l autoroute Dufferin Montmorency Logiciel RADAN 7 La probabilit de corrosion est bas e sur la mesure de l amplitude de l onde lectromagn2. dans le cas du b ton pr contraint 3 2 R sultats de la section S1 Tel que pr sent la Figure 5 les cartographies obtenues par le relev de potentiel Figure 5A et par le g oradar Figure 5B sont plut t similaires De fa on g n rale les zones o l activit de corrosion est lev e sont identiques sur les deux cartographies m me si les pourcentages des niveaux d activit de corrosion sont diff rents La Figure 6 pr sente les r sultats de pourcentage Pour la section S1 on peut remarquer que l activit de corrosion mesur e par la m thode du g oradar est g n ralement inf rieure celle obtenue par la m thode du relev de potentiel A Relev de potentiel B G oradar Figure 5 Cartographies de l activit de corrosion des armatures section S1 A Relev de potentiel B G oradar Figure 6 Pourcentage des niveaux d activit de corrosion section S1 Pour la section S1 le relev de g oradar a permis d identifier un plan de d laminage dans un secteur pr cis du tablier au niveau du premier rang d armature une profondeur de 75 80 mm Afin de valider cette information des carottes CR 8 et CR 30 ont t pr lev es dans la zone probl matique Les observations visuelles r alis es sur les carottes CR 8 et CR 30 ont d montr que le premier rang d armature pr sente effectivement des signes de corrosion Figure 7 De plus les essais de teneurs en ions chlorure
3. le b ton est consid r en bon tat pour des valeurs sup rieures 20 dB et est consid r d t rior pour des valeurs inf rieures 28 dB Pour faciliter la comparaison entre les m thodes d auscultation par relev de potentiel et par g oradar le m me code de couleur a t utilis pour produire les cartographies Le Tableau 2 pr sente la m thode qui a t utilis e pour tablir le code de couleurs Tableau 2 Code de couleurs et convention d interpr tation des probabilit s de corrosion Interpr tation Correspond aux valeurs sup rieures la valeur de l amplitude maximale moyenne Correspond aux valeurs se situant entre la valeur de l amplitude maximale moyenne et cette m me valeur 6 dB Probabilit de corrosion Correspond aux valeurs se situant entre la valeur de l amplitude maximale moyenne 6 dB et la valeur de l amplitude maximale moyenne 8 dB O Correspond aux valeurs inf rieures la valeur de l amplitude maximale Tr s lev e moyenne 8 dB tire d exemple si la valeur de l amplitude maximale moyenne est de 10dB nous aurons le code de couleur suivant Elev e Zones vertes valeurs sup rieures 10 dB Zones jaunes valeurs de 10 dB 16 dB Zones rouges valeurs de 16 dB 18 dB Zones noires valeurs inf rieures 18 dB Dans le cadre du projet Dufferin Montmorency quatre chelles diff rentes ont t d finies pour valuer la probabil
4. les tabliers et la pr sence de d sordres L analyse des donn es obtenues par le g oradar coupl es aux r sultats de potentiel de corrosion ont permis d avoir un meilleur aper u de l endommagement caus par la corrosion des armatures tout en diminuant significativement la quantit des essais destructifs n cessaires pour caract riser les tabliers De plus les r sultats ont facilit la prise de d cision quant aux travaux de r habilitation qui devront tre entrepris 2 M thodologie 2 1 M thode de mesure du potentiel de corrosion par m thode lectrique ASTM C876 09 1 La m thode de mesure du potentiel de corrosion repose sur la mesure de la diff rence de potentiel entre un courant circulant dans la cage d acier d armature et une lectrode de r f rence demi cellule Cu CuSO plac e en contact avec la surface en b ton du tablier Figure 1 Pratiquement pour s assurer de la continuit lectrique du r seau d armature chaque trav e du tablier doit tre v rifi e avant la prise des mesures de potentiel Pour effectuer les mesures l enrob bitumineux doit d abord tre perc jusqu au b ton Par la suite les trous sont remplis d eau savonneuse afin d assurer la conductivit lectrique Pour chaque trav e des mesures de potentiel sont prises environ chaque m tre carr Reference electrode touched Negative down at suitable intervals on connection concrete surface to measure potentia
5. tique qui se r fl chit ou se diffracte sur diff rents l ments de la dalle de b ton Les amplitudes mesur es sont exprim es en dB normalis par rapport une valeur de r f rence d pendante de notre syst me de mesure La difficult des m thodes d analyse r side dans l interpr tation des r sultats car de nombreux facteurs autres que la corrosion des armatures peuvent aussi att nuer le signal Parmi ces facteurs on note la g om trie de l ouvrage l paisseur de b ton et d enrob bitumineux recouvrant les armatures les couches multiples de mat riaux les variations de param tres de construction du b ton l endommagement du b ton la pr sence des ions chlorures et les conditions environnementales La norme ASTM D 6087 2 est sp cifiquement con ue pour les tabliers de pont et d finie la fa on dont les relev s et le traitement des donn es doivent tre effectu s Dans le cadre du pr sent projet cette norme a t appliqu e Les chelles de probabilit de corrosion ont t d termin es partir de la norme ASTM D6087 Ces derni res sont tablies en prenant la valeur de l amplitude maximale moyenne laquelle est soustrait 6 et 8 dB Cette valeur correspond la valeur maximale la plus r currente dans l ensemble des relev s et indique la limite partir de laquelle le b ton et ou l acier est jug d t rior tire d exemple si la valeur d amplitude maximale moyenne est de 20dB
6. Expertise des ponts tagement de l autoroute Dufferin Montmorency par m thodes g oradar et relev de potentiel ric B dard ing M Sc Fran ois Saint Pierre ing Ph D Etienne Paradis ing jr et Sofie Tremblay g o M Sc LVM 325 rue de l Espinay Qu bec Qu bec Canada GIL 2J2 eric bedard lvm ca R SUM 1 Introduction tant donn que les ponts du r seau routier qu b cois tendent vers la fin de leur vie utile il devient imp ratif pour les gestionnaires d ouvrages de conna tre l tat actuel de leurs structures afin de planifier ad quatement les travaux de r fection ou parfois m me le remplacement des ouvrages La corrosion des armatures tant l une des principales causes responsables de la d gradation des ouvrages d art plusieurs m thodes d auscultation non destructives ont t d velopp es afin d investiguer l activit de corrosion des aciers d armature ainsi que l endommagement des ouvrages Dans cet article deux m thodes d auscultation relev de potentiel et g oradar utilis es lors de l expertise des tabliers de pont situ s sur l autoroute Dufferin Montmorency sont pr sent es Chacune des m thodes a t utilis e afin de d terminer l activit de corrosion des armatures dans les diff rentes sections de l autoroute De plus le g oradar a permis de d terminer les paisseurs de pavage ainsi que les paisseurs et le nombre de couches de mat riaux pr sentes dans
7. a m thode de relev de potentiel ASTM C876 L valuation du degr d endommagent du b ton a t r alis e partir de diff rents essais r alis s sur des carottes de b ton qui ont t pr lev es diff rents endroits dans chacun des tabliers Les essais r alis s consistaient la d termination de la r sistance la compression CSA A23 2 14C du module d lasticit statique ASTM C469 des caract ristiques du r seau de vides d air ASTM C457 de la porosit et de l absorption ASTM C642 ainsi que de la teneur en ions chlorure totaux ASTM C1152 Dans le cadre de cette tude une comparaison a t effectu e entre les r sultats obtenus pour la m thode de g oradar et par celle du relev de potentiel pour deux sections S1 et S2 de tablier de l autoroute De plus afin de valider les donn es obtenues par ces deux m thodes des comparatifs sont faits avec l tat de corrosion observ visuellement sur les carottes pr lev es et les r sultats de teneur en ions chlorure totaux Pour d terminer quel moment la corrosion peut s initier la valeur critique utilis e est celle mentionn e dans le Manuel d entretien des structures du M nist re des Transports du Qu bec 3 Selon l article 4 4 1 1 de ce manuel la corrosion des armatures est susceptible de s initier lorsque la teneur en ions chlorure est sup rieure 0 03 de la masse volumique du b ton aux environs imm diats des armatures 0 012
8. d entretien des structures Minist re des Transports du Qu bec 2010 10
9. es Les essais de teneurs en ions chlorures r alis s sur les carottes pr lev es dans des zones o l activit de corrosion est lev e pr sentent de fortes concentrations et ce jusqu une profondeur de 130 mm soit pr s de 65 de l paisseur th orique de la dalle Les teneurs en ions chlorure r alis es sur la carotte CR 36 activit de corrosion faible sont inf rieures la valeur limite prescrite par le Manuel d entretien des structures du MTQ 3 sur toute la profondeur du tablier A CR C B CR D Figure 10 Carottes de b ton pr lev es dans une zone o l activit de corrosion est lev e A CR E Figure 11 Carotte de b ton pr lev e dans une zone o l activit de corrosion est faible 4 Conclusion L expertise r alis e sur l autoroute Dufferin Montmorency a permis de comparer l activit de corrosion mesur e par les m thodes de relev de potentiel et de g oradar Dans le cadre de cet article seulement deux sections des tabliers expertis s sont pr sent es Pour la section S1 l activit de corrosion mesur e par la m thode du g oradar est g n ralement plus faible que celle mesur e par la m thode du relev de potentiel tandis que pour la section S2 l activit de corrosion est plut t similaire Malgr les diff rences observ es les deux m thodes ont permis d identifier les zones qui pr sentent une activit de corrosion lev e En plus de mesurer l acti
10. it de corrosion des barres d armature car la valeur moyenne des r sultats obtenus variait de fa on significative entre les diff rentes sections du pont Ces variations taient principalement caus es par l paisseur de la couche de roulement enrob bitumineux En d autres termes l ajustement des chelles de probabilit de corrosion permet de s affranchir de l influence de l paisseur d asphalte sur les donn es 3 tude de cas Autoroute Dufferin Montmorency Aut 440 dans la r gion de Qu bec 3 1 Introduction L expertise r alis e sur l autoroute Dufferin Montmorency comprend l valuation de l endommagement du b ton de six tabliers de pont poutres de b ton pr contraint pr fabriqu ou coul en place Ces structures construites en 1976 dans la r gion de Qu bec Figure 4 totalisent une superficie de 55 416 m sur un maximum de 9 voies dans les deux directions Le d bit journalier moyen annuel DJMA pour les structures est de l ordre de 40 000 Les dalles de b ton ont une paisseur moyenne de 200 mm et sont recouvertes d une couche d enrob bitumineux dont l paisseur peut varier entre 40 et 100 mm e WEN N A N r NO KIN VW Dy SAA V Ae 4 LS 04 EP T aR LE Figure 4 Source Google Earth 2012 Pour chacun des tabliers la d termination des zones de probabilit de corrosion a t r alis e par la m thode g oradar ASTM D4748 ainsi que par l
11. ls of embedded High impedance digital reinforcing steel voltmeter measures the potential difference between metal in reference electrode and steel in concrete Concrete Positive connection Figure 1 Montage pour la mesure de potentiel de corrosion 1 Les r sultats obtenus par l essai de potentiel de corrosion sont ensuite pr sent s sous forme de cartographie Figure 2 Le Tableau 1 pr sente le code de couleurs utilis pour cr er les cartographies Ce code est d fini par le MTQ mais est bas selon les recommandations de la norme ASTM C876 1 Figure 2 Exemple d une cartographie des r sultats de relev de potentiel Tableau 1 Code de couleurs et convention d interpr tation des activit s de corrosion Potentiel Activit de mV corrosion Interpr tation La corrosion de l acier d armature est probablement inexistante L activit de corrosion est incertaine La pr sence de rouille est peu probable mais l activit de corrosion est non nulle et peut voluer vers un tat de corrosion intense 350 500 Avanc e La corrosion de l acier d armature est fort probablement existante Ceci signifie que le processus de corrosion de l acier lt 500 ETA d armature est g n ralement suffisant pour engendrer la formation de rouille et induire une fissuration du b ton 2 2 M thode d auscultation par mesure par g oradar ASTM D4748 10 Le g oradar aussi connu sous le nom
12. s r alis s sur ces m mes carottes pr sentent de fortes concentrations et ce jusqu une profondeur de 110 mm soit plus de la moiti de l paisseur th orique de la dalle B CR B Figure 7 Carottes de b ton pr lev es dans une zone o l activit de corrosion est lev e 3 3 R sultats de la section S2 Pour la section S2 les cartographies obtenues par les m thodes de relev de potentiel et par g oradar sont pr sent es la Figure 8 Les pourcentages des niveaux d activit de corrosion sont pr sent s la Figure 9 Tout comme la section S1 pr sent e pr c demment les zones d activit de corrosion sont g n ralement similaires Par contre on peut remarquer que le g oradar a mis en vidence un secteur o l activit de corrosion est plus lev e Figure 8B section hachur e Cette diff rence est due l alt ration des signaux provoqu e par une variation dans l paisseur de l enrob bitumineux En effet apr s l analyse des carottes pr lev es dans la section S2 une paisseur de pavage pouvant atteindre 60 mm a t mesur e dans la section hachur e alors que l paisseur moyenne observ e sur le reste de la section S2 tait de 35 mm Pour la section S2 l activit de corrosion est g n ralement faible ou initi e Pour les deux m thodes ces deux zones d activit de corrosion repr sentent plus de 90 de la superficie expertis e Tout comme la section S1 on peut con
13. stater que les zones o l activit de corrosion est lev e zones rouges et noires ont similairement t identifi es par les deux m thodes A Relev de potentiel B G oradar En Figure 8 Cartographies de l activit de corrosion des armatures section S2 A Relev de potentiel B G oradar 1 0 42 3 8 Figure 9 Pourcentage des niveaux d activit de corrosion section S2 Les observations visuelles r alis es sur la carotte CR 35 pr lev e dans une zone o l activit de corrosion est tr s avanc e Figure 10A d montrent que le premier rang d armature pr sente des signes de corrosion avec un d but de perte de section La carotte CR 1 pr lev e dans une zone o l activit de corrosion est avanc e ne contient pas d armature mais pr sente de la fissuration transversale au niveau du premier rang d armature qui a g n ralement t observ e sur les autres carottes pr lev es dans la section S2 Figure 10B Aucun signe de corrosion n a t observ sur l armature de la carotte CR 36 qui a t pr lev e dans une zone o l activit de corrosion est faible Figure 11 Cependant comme on peut le constater sur la Figure 11 des produits de corrosion ont t observ s sur la surface de b ton qui entoure l armature Ces produits tant apparus apr s les op rations de carottage 1l faut donc tre vigilant sur l valuation du niveau de corrosion des armatur
14. vit de corrosion le g oradar a permis de visualiser sous forme d image les d gradations reli es la corrosion des armatures dans le tablier Pour la section S1 une zone de d laminage a pu tre identifi e et confirm e par des op rations de carottage En conclusion le choix de la m thode pour valuer l activit de corrosion est principalement fait en fonction des besoins La m thode de relev de potentiel est une m thode robuste qui permet d obtenir une lecture directe de l activit de corrosion tandis que la m thode de g oradar requiert une analyse approfondie des r sultats pour obtenir l activit de corrosion La m thode du g oradar permet par contre d obtenir beaucoup plus d informations sur la dalle Si seulement l activit de corrosion doit tre mesur e la m thode de relev de potentiel risque d tre plus pr cise Si par exemple l paisseur de pavage ou la profondeur des rangs d armature doit tre obtenue la m thode du g oradar risque d tre plus avantageuse et conomique Il est donc tr s important de conna tre ses besoins avant de faire le choix d une des m thodes 5 R f rences 1 ASTM C 876 Standard Test Method for Half Cell Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete Norme ASTM 1991 r approuv e en 1999 2 ASTM D6087 Standard Test Method for Evaluating Asphalt Covered Concrete Bridge Decks Using Ground Penetrating Radar Norme ASTM 2008 3 Manuel
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