Guide technique : Les essais du béton – destructifs et non destructifs

Le béton est le matériau de construction le plus utilisé au monde. Sa qualité et ses propriétés sont essentielles pour garantir la sécurité et la durabilité des ouvrages de génie civil. C’est pourquoi les essais sur béton, qu’ils soient destructifs ou non destructifs, jouent un rôle crucial dans le contrôle qualité et l’évaluation des structures en béton.

Ce guide technique complet vise à présenter en détail les différents types d’essais réalisés sur le béton, leurs principes, leur mise en œuvre et leur interprétation. Il s’adresse aux élèves ingénieurs et aux professionnels du génie civil souhaitant approfondir leurs connaissances dans ce domaine essentiel.

Définition et importance des essais béton

Les essais sur béton regroupent un ensemble de techniques permettant de caractériser les propriétés du béton à l’état frais et durci. Ils visent trois objectifs principaux :

Ces essais sont indispensables pour :

Les deux grandes familles d’essais sur béton

On distingue deux catégories d’essais sur béton :

#1. Les essais destructifs de béton

#2. Les essais non destructifs de béton

Cadre réglementaire

En France, les essais sur béton sont encadrés par un ensemble de normes, dont les principales sont :

Ces normes définissent les protocoles d’essai, le matériel à utiliser et les critères d’interprétation des résultats.

Partie 1 : Les essais destructifs de béton

Chapitre 1 : Les essais sur béton frais

Objectifs des essais sur béton frais

Les essais sur béton frais visent à contrôler les propriétés du béton avant sa prise et son durcissement. Ils permettent de :

#1. Essai d’affaissement au cône d’Abrams

Principe : Mesurer l’affaissement d’un échantillon de béton frais sous son propre poids.

Matériel :

Procédure :

1. Remplir le cône en 3 couches, chacune piquée 25 fois
2. Araser la surface et soulever le cône verticalement
3. Mesurer l’affaissement du béton par rapport à la hauteur initiale

Interprétation :

#2. Essai d’étalement à la table à chocs

Principe : Mesurer l’étalement d’une galette de béton soumise à des chocs normalisés.

Matériel :

Procédure :

1. Remplir le cône posé au centre de la table
2. Soulever le cône et appliquer 15 chocs en 15 secondes
3. Mesurer le diamètre de la galette dans deux directions perpendiculaires

Interprétation :

#3. Essai de teneur en air

Principe : Mesurer le volume d’air occlus dans le béton frais par une méthode pressiométrique.

Matériel :

Procédure :

1. Remplir l’aéromètre de béton en 3 couches piquées
2. Fermer hermétiquement et remplir d’eau l’espace au-dessus du béton
3. Appliquer une pression d’air et mesurer la variation de volume

Interprétation :

Chapitre 2 : Les essais sur béton durci

Objectifs des essais sur béton durci

Les essais sur béton durci permettent de :

#4. Essai de compression uniaxiale sur béton durci

Principe : Soumettre une éprouvette à un effort de compression croissant jusqu’à la rupture.

Matériel :

Procédure :

1. Rectifier les faces d’appui de l’éprouvette
2. Centrer l’éprouvette sur le plateau de la presse
3. Appliquer un chargement à vitesse constante (0,5 MPa/s)
4. Enregistrer la force maximale à la rupture

Calcul : Résistance = Force max / Section de l’éprouvette

Exemple :

#5. Essai de fendage (traction indirecte) sur béton durci

Principe : Appliquer un effort de compression selon deux génératrices opposées d’une éprouvette cylindrique.

Matériel :

Procédure :

1. Positionner l’éprouvette horizontalement entre les plateaux de la presse
2. Interposer des bandes de contreplaqué
3. Appliquer un chargement à vitesse constante jusqu’à la rupture

Calcul : Résistance = 2 x Force max / (π x Diamètre x Hauteur)

Exemple :

#6. Essai de flexion 3 points sur béton durci

Principe : Soumettre une éprouvette prismatique à un effort de flexion jusqu’à la rupture.

Matériel :

Procédure :

1. Positionner l’éprouvette sur deux appuis distants de 30 cm
2. Appliquer une charge au centre de la portée
3. Augmenter la charge jusqu’à la rupture

Calcul : Résistance = (3 x Force max x Distance entre appuis) / (2 x Largeur x Hauteur²)

Exemple :

#7. Essais de durabilité

Pénétration d’eau sous pression (NF EN 12390-8)

Résistance au gel-dégel (NF P 18-424)

Carbonatation accélérée (XP P 18-458)

Pénétration des chlorures (NT Build 492)

Chapitre 3 : Préparation des éprouvettes béton et interprétation des résultats

Préparation des éprouvettes béton

Le choix et la préparation des éprouvettes sont cruciaux pour la fiabilité des résultats :

Choix du type d’éprouvette

Prélèvement des carottes sur ouvrages existants :

Conservation et conditionnement :

Interprétation des résultats

Limites de validité

Corrélations entre essais

Influence des facteurs environnementaux 

Partie 2 : Les essais non destructifs de béton

Chapitre 4 : Principes généraux des essais non destructifs de béton

Avantages des essais non destructifs de béton

Limites des essais non destructifs de béton

1. Mesures indirectes nécessitant une interprétation
2. Précision généralement inférieure aux essais destructifs
3. Influence de nombreux paramètres (humidité, carbonatation, etc.)
4. Nécessité d’une calibration sur le béton testé

Méthodes d’essais non destructifs

1. Propagation d’ondes : Ultrasons, impact-écho
2. Mesure de dureté : Scléromètre, pistolage
3. Résistance électrique : Résistivité, potentiel de corrosion
4. Méthodes électromagnétiques : Radar, courants de Foucault

Chapitre 5 : Les principaux essais non destructifs du béton

#1. Essai non destructif du béton : Scléromètre (ou marteau de Schmidt)

Principe : Mesurer le rebond d’une masse projetée sur la surface du béton

Matériel :

Procédure :

1. Préparer une zone plane et lisse de 30×30 cm
2. Réaliser au moins 9 impacts espacés de 2,5 cm
3. Calculer la moyenne des rebonds en excluant les valeurs extrêmes

Interprétation :

Avantages :

Limites :

#2. Essai non destructif du béton : Ultrasons

Principe : Mesurer la vitesse de propagation d’ondes ultrasonores dans le béton

Matériel :

Procédure :

1. Calibrer l’appareil avec une tige étalon
2. Appliquer du gel de couplage sur les transducteurs
3. Mesurer le temps de transit entre émetteur et récepteur

Interprétation :

Exemple de calcul :

Avantages :

Limites :

#3. Essai non destructif du béton : Résistance électrique

Principe : Mesurer la résistivité électrique du béton, liée à sa porosité et son degré de saturation

Matériel :

Procédure :

1. Humidifier légèrement la surface du béton
2. Appliquer la sonde perpendiculairement à la surface
3. Effectuer plusieurs mesures en faisant pivoter la sonde de 90°

Interprétation :

Avantages :

Limites :

Autres méthodes & Essais non destructifs du béton

Thermographie infrarouge

Radar (ou GPR – Ground Penetrating Radar) 

Impact-écho

Chapitre 6 : Interprétation des résultats et applications

Corrélation entre essais destructifs et non destructifs

Pour obtenir des résultats fiables, il est essentiel d’établir des corrélations entre les essais non destructifs et les résistances réelles mesurées par essais destructifs :

1. Réaliser des essais non destructifs sur un échantillon représentatif
2. Prélever des carottes aux mêmes emplacements
3. Effectuer des essais de compression sur ces carottes
4. Établir une courbe de corrélation spécifique au béton testé

Exemple : Pour un béton donné, on obtient la corrélation suivante entre la vitesse des ultrasons (V en m/s) et la résistance en compression (R en MPa) :

R = 0,0518 V – 185,7

Avec un coefficient de détermination R² = 0,92

Applications des essais non destructifs de béton

Contrôle de la qualité en cours d’ouvrage

Réévaluation de la résistance des structures existantes

Localisation des défauts

Estimation de la durabilité 

Limites d’interprétation

Malgré leurs avantages, les essais non destructifs présentent certaines limites d’interprétation :

Conclusion

Les essais sur béton, qu’ils soient destructifs ou non destructifs, sont des outils indispensables pour garantir la qualité et la durabilité des ouvrages en béton. Chaque type d’essai présente des avantages et des limites :

Choix des essais en fonction des objectifs

Le choix des essais dépend des objectifs du contrôle ou du diagnostic :

En conclusion, la maîtrise des différentes techniques d’essais sur béton est essentielle pour tout ingénieur en génie civil. Elle permet d’assurer la qualité des ouvrages neufs et de garantir la sécurité des structures existantes. La combinaison judicieuse des méthodes destructives et non destructives offre une approche complète et efficace pour caractériser les propriétés du béton à toutes les étapes de la vie d’un ouvrage.