Fissuration du béton soumis à la corrosion

 Fissuration du béton soumis à la corrosion

RÉSUMÉ

 Le béton armé est atteint de corrosion de ses armatures pour différentes raisons
connues (carbonatation, pénétration des ions chlores). Nous avons souhaité étudier le processus
de fissuration du béton en conditions contrôlées, c’est à dire sur un matériau modèle (micro
béton type) et une corrosion par imposition de courant. Dans le même état d’esprit les éprouvettes
sont soit des mini poutres (décimétriques) soit des plaques minces, ce qui a l’avantage de
permettre la réalisation d’essais avec mesures optiques de champs de déplacement. Les mesures
ont permis, sur plusieurs configurations d’armatures et sur plusieurs éprouvettes, de mettre en
évidence une cinématique type de fissuration du béton et la détermination de paramètres tels
que le temps de fissuration, le temps de remplissage de la zone poreuse au voisinage de l’acier
et la vitesse de croissance de la couche d’oxydes. En parallèle, des essais simples de caractérisation
et une modélisation par EF avec chargement thermique reproduisant la croissance de la
couche de rouille nous permettent des comparaisons entre les résultats de calcul (cinétique et
faciès de fissuration) et les essais.
ABSTRACT. One of the most current degradations in reinforced concrete structures is related
to the corrosion of the reinforcements. The objective of this work is to study the cracking of
concrete due to the corrosion of the reinforcements. The phenomenon of corrosion/cracking is
studied in experiments through tests of corrosion accelerated by imposing a current density of
100μA/cm2. Follow-ups of the deformation of the concrete, cracking as well as the fracture
topography of the beam are presented. A finite element computation using a damage model for
concrete under the effect of corrosion has been carried out and compared with the experimental
results.
MOTS-CLÉS : Béton armé, corrosion, essais, calculs
KEYWORDS: Reinforced concrete, corrosion, experiment, computations

1. Introduction

La durée de vie des structures en béton armé est conditionnée par la réponse aux
agressions physiques et chimiques de l’environnement, ainsi que par la capacité des
matériaux constitutifs à se protéger contre ces attaques. La corrosion des armatures est
une des causes majeures de dégradation des structures en béton armé. Cette corrosion
induit une modification de l’adhérence acier-béton, une réduction de la section des
barres d’acier, une réduction de la ductilité de l’acier ainsi qu’un endommagement
périphérique du béton dû à la pression des produits de corrosion. Tous ces aspects
peuvent conduire à la diminution de la capacité portante de la structure en béton armé.
L’objectif de ce travail est d’étudier la fissuration du béton due à la corrosion des
armatures. Le présent article est divisé en deux parties. La première partie présente une
étude expérimentale de la fissuration du béton sur une plaque soumise à la corrosion
accélérée par imposition d’une densité de courant de 100μA/cm2. Des suivis de la
déformation du béton, de la fissuration ainsi que du faciès de rupture de la plaque
sont présentés. La deuxième partie représente un calcul par élément finis utilisant
un modèle d’endommagement du béton armé soumis à la corrosion des armatures.
Ce modèle utilise un type d’élément de contact pour modéliser la couche de rouille.
Les paramètres dans le modèle sont calés en se basant sur la date d’apparition de la
première fissure débouchante. Le calcul se fait sur le code CAST3M. La comparaison
entre les résultats numériques et les résultats expérimentaux nous donne la première
validation de ce modèle.

2. Etude expérimentale

Lorsque les conditions de dépassivation de l’acier sont réunies (pH, chlorures),
des produits (rouille) peuvent se former à l’interface de acier/béton. Selon Y. Lui, il
existe une zone poreuse à l’interface acier/béton. Le volume de cette zone est lié à
la surface des armatures, au rapport massique eau/ciment (E/C), au degré d’hydratation.
Quand la quantité totale des produits de corrosion est inférieure à la quantité
nécessaire pour remplir toute la zone poreuse à l’interface acier/béton, les produits
de corrosion n’exercent aucune pression sur le béton d’enrobage. En revanche, quand
la quantité totale des produits de corrosion atteint une quantité critique pour remplir
toute la zone poreuse, un effet mécanique apparaît sur le béton d’enrobage et des fissures
apparaissent à la surface du béton. L’objectif de cette étude est de déterminer
expérimentalement l’évolution spatio-temporelle des fissures ainsi que la déformation
dans le béton armé induite par le processus de corrosion des armatures.

2.1. Protocole expérimental

Les essais sont réalisés sur des plaques de béton armé de dimensions
(150x100x20mm3). Le mortier est composé de 808kg/m3 de sable (0 − 4mm),
de 380kg/m3 de ciment type CEM 1, le rapport de E/C étant de 0, 47. Pour accéléFissuration
du béton soumis à la corrosion 3
rer les phénomènes de corrosion, on ajoute dans l’eau de gâchage une quantité de sel
(NaCl = 74g/l). Les barres d’armature utilisées sont des barres d’acier de nuance
E24, rondes et lisses et de diamètre 10mm. Les armatures sont partiellement recouvertes
d’Araldite (en partie inférieure qui est immergée). La barre d’acier est mise au
coin de la plaque ou au milieu comme cela est indiqué dans la figure 2 pour représenter
deux configurations classiques. Les éprouvettes subissent une cure dans l’eau pendant
au moins de 28 jours avant de lancer les essais.