Prparation de surface et qualit du substrat avant rparation

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Préparation de surface et qualité du substrat
avant réparation

• Andrei NutaB. Bissonnette
• L. Courard
• J. Marchand
• (RF)2B 2008
• ÉPFL, Lausanne

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Objectifs généraux

• Optimisation de la préparation de surface avant
  les travaux de réparation
• Fournir à l'ingénieur travaillant in situ
• Des critères de performance
• Des outils pour l'évaluation (acceptation)
• Des recommandations et des tableaux pour
  loptimisation du choix de la préparation de
  surface
• Lextension des valeurs de référence CSP (ICRI)
  pour couvrir la plupart des types de préparation
  de surface

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Objectifs spécifiques

• Évaluer une procédure de mesure et de
  caractérisation de la rugosité de surface et
  linfluence de cette dernière sur l'adhérence
• Comparer des méthodes permettant dévaluer
  quantitativement la cohésion de surface après
  préparation
• Caractériser de manière rationnelle les
  techniques de préparation les plus courantes

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Méthodologie

• Corps dépreuve
• Dalles en béton non armé (1250 625 150 mm)
• fc 25 MPa, 35 MPa
• Préparation de surface utilisées
• Jet de sable (référence)
• Jet de billes
• Scarification
• Hydrodémolition
• Marteau-piqueur

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Méthodologie

• Caractérisation de la rugosité de surface
• Profilomètre optique (InSpeck 3D)
• Méthode danalyse
• RugoID
• Paramètres dévaluation
• Ra et Sm

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Méthodologie

• Évaluation de la cohésion de surface
• Méthodes destructives
• Arrachement (pull-off)
• Méthodes non destructives
• Marteau Schmidt
• Examen au microscope optique

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Méthodologie

• Campagne expérimentale

• Préparation de surface
• jet de sable
• jet de billes
• scarification
• hydrodémolition
• marteau-piqueur

• Réalisation des spécimens
• Vieillissement prolongé
• Caractérisation des mélanges

• Caractérisation de la rugosité
• Caractérisation de l'intégrité mécanique

• Essais d'adhérence
• pull-off
• torsion
• traction directe

• Réparation des dalles
• Vieillissement pendant 28 jours
• Caractérisation du matériau

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Campagne expérimentale

• Extension des profils CSP de lICRI
• Les profils CSP ne couvrent pas tout le spectre
  de rugosité rencontré en pratique
• Extension des valeurs CSP à des rugosités plus
  élevées

(profils artificiels)
1
2
3
4
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Campagne expérimentale

• Préparation de surface (novembre 2006 - avril
  2007)
• Caractérisation de la surface (juin 2007)
• Mise en place du matériau de réparation pour
  toutes les dalles (juillet 2007)

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Campagne expérimentale

• Carottage des dalles en béton
• Avant réparation
• Cohésion (C)
• Prélèvement 100 mm diamètre (S)
• Après réparation
• Pull-off (P)
• Torsion (T)
• Traction directe (D)

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Campagne expérimentale

• Carottage des dalles après réparation
• Essais darrachement (pull-off )
• Essais de torsion
• Essais de traction directe

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Campagne expérimentale

• Essai de traction directe
• Les éprouvettes pour essais de traction directe
  ont une section réduite à linterface pour y
  localiser la rupture
• Les résultats sont en principe plus
  représentatifs de l'adhérence en traction (vs.
  arrachement)

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Résultats

• Caractérisation de la rugosité - plaques CSP
  (ICRI)

14
Résultats

• Caractérisation de la rugosité dalles en béton

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Résultats

• Caractérisation de la rugosité méthode optique
• Caractérisation des plaques CSP
• Pour les trois premières plaques, les valeurs
  sont similaires
• Il est possible de distinguer les plaques entre
  elles à partir de la valeur CSP no. 4
• Identification de la rugosité propre aux
  différents types de préparation de surface
• La scarification et le jet de sable ont une
  plaque CSP correspondante
• Les profils artificiels couvrent lensemble du
  spectre de rugosité étudié, sauf en ce qui a
  trait au marteau-piqueur
• Des paramètres de rugosité plus élevés sont
  nécessaires pour ce type de préparation de surface

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Résultats

• Essai de cohésion et type de rupture
• Jet de sable / Jet de billes les valeurs de
  cohésion sont similaires à la résistance en
  traction du substrat
• Scarification 1 la rupture survient à environ 12
  mm de profondeur
• Marteau-piqueur la couche de surface est
  fissurée

100
haut
80
bas
60
40
20
0
Hydro 1
Hydro 2

• Jet de billes 2

Jet de billes 1
Jet de sable 1
Jet de sable 2
Scarification 1
Scarification 2
Marteau-piqueur 1
Marteau-piqueur 2
1 substrat 35 MPa 2 substrat 25 MPa
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Résultats

• Essai de cohésion et type de rupture
• Jet de sable / Scarification / Jet de billes
  substrat non endommagé
• Hydrodémolition valeurs de cohésion plus faibles
• problèmes avec lessai de cohésion sur des
  surfaces irrégulières

?
2,67
3.00
2,60
2,42
2,03
1,92
1,73
1,71
2.00
1,60
1,40
1,37
Cohesion (MPa)
1.00
0.00
Hydro 1
Hydro 2

• Jet de billes 2

Jet de billes 1
Jet de sable 1
Jet de sable 2
Scarification 1
Scarification 2
Marteau-piqueur 1
Marteau-piqueur 2
1 substrat 35 MPa 2 substrat 25 MPa
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Résultats

• Propriétés mécaniques des bétons
• Substrat 1
• Béton de 35 MPa (E/C 0,57 ciment CSA GU)
• Substrat 2
• Béton de 25 MPa (E/C 0,65 ciment CSA GU)
• Matériau de réparation
• Béton de 45 MPa (E/C 0,40 ciment CSA GU)
• Pigment noir (6 de la masse de ciment) pour
  faciliter l'identification linterface et de la
  progression des fissures

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Résultats

• Essai darrachement (pull-off) vs. type de
  rupture

100
90
80
réparation
70
60
interface
Occurrence ()
50
substrat
40
fond
30
20
10
0
Hydro 1
Hydro 2

• Jet de billes 2

Jet de billes 1
Jet de sable 1
Jet de sable 2
Scarification 1
Scarification 2
Marteau-piqueur 1
Marteau-piqueur 2
1 substrat 35 MPa 2 substrat 25 MPa
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Résultats

• Essai darrachement (pull-off)
• Sur la même dalle, les valeurs sont semblables,
  peu importe le type de rupture (peu de défauts -
  préparation bien contrôlée)
• En absence dendommagement, les valeurs sont
  systématiquement plus basse à linterface
• En général bonne corrélation avec lessai de
  cohésion
• Les valeurs les plus faibles sont obtenues avec
  le marteau-piqueur
• Situation différente pour lhydrodémolition
  (biais?)

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Résultats

• Traction directe - rugosité vs. adhérence

22
Résultats

• Traction directe ()
• En labsence de défauts sur la surface, une
  rugosité plus élevée se traduit par une adhérence
  plus élevée
• La relation nest pas linéaire
• Pour le marteau-piqueur, la rugosité plus élevée
  ne donne pas de meilleurs résultats, en raison de
  lendommagement du substrat

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Conclusions

• Caractérisation de la surface - rugosité
• Lutilisation de la méthode optique (InSpeck 3D)
  donne des bons résultats sur les surfaces
  préparées
• Distinction des plaques CSP de lICRI
• Différence entre les deux séries de dalles
• Pour la même préparation de surface, les
  paramètres de rugosité sont différents

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Conclusions

• Caractérisation de la surface - intégrité
  mécanique
• Marteau Schmidt
• Les résultats sont comparables avec ceux
  d'adhérence
• La fréquence très élevée de la rugosité sur les
  dalles hydrodémolies donne des résultats
  inconsistants
• Cest une technique appropriée pour l'évaluation
  dune préparation de surface modérément rugueuse
  si elle est effectuée avec soin
• Analyse au microscope optique
• Identification des fissures et des vides de
  remplissage à linterface
• Les techniques pour l'évaluation ne sont pas
  suffisamment développées pour un usage in situ
  universel

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Conclusions

• Evaluation de l'adhérence
• Essai darrachement (pull-off)
• La variabilité des résultats rend nécessaire un
  grand nombre dessais
• Essai de traction directe
• Aussi précis que le pull-off, il requiert moins
  déprouvettes
• Une préparation minutieuse des corps dépreuve
  est toutefois nécessaire

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Conclusions

• Techniques de préparation de surface
• Jet de sable / Scarification / Jet de billes
• Lincidence sur lintégrité mécanique est
  négligeable
• Ladhérence croît avec la rugosité
• Hydrodémolition
• Lincidence sur lintégrité mécanique est
  négligeable, voire nulle
• Les niveau de rugosité et les valeurs dadhérence
  maximaux sont obtenus
• Avec léquipement approprié, la mise en uvre est
  relativement flexible et concurrentielle

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Conclusions

• Techniques de préparation de surface ()
• Marteau-piqueur
• Le substrat est endommagé, l'intégrité mécanique
  compromise
• Malgré une surface très rugueuse, l'adhérence est
  significativement réduite
• Une opération de préparation supplémentaire avec
  une technique différente est nécessaire pour
  minimiser les conséquences de lendommagement

28
Conclusions

• Merci pour votre attention !
• Questions ?

29
Annexe

• Propriétés mécaniques des bétons

30
Annexe

• Fabrication de profils de rugosité artificiels
• Simulation par moulage de 4 niveaux de rugosité
  représentatifs
• Paramètres de rugosité imposés (Ra and Sm)

1
2
3
4
Roughness
31
Annexe

• Traction directe rugosité artificielle