1. Par: Aïssam FERDJANI
Enseignant à l’Université: Saad Dahlab de Blida
CNERIB, AVRIL 2011

2. 1. Position du problème
– Pourquoi tester un béton en place ?
– Problématique de la corrélation
2. Historique de l’effet d’échelle
3. Etat des connaissances
– Les recherches menées sur le sujet
• Expérimentation
• Corrélation
– Exploitation à des fins règlementaires
• La norme NA 17004
4. Conclusions

4. • Pour découvrir la qualité du béton mis en place
• Pour vérifier la qualité des réparations des structures
• Pour évaluer la résistance des vieux bétons (chute de
résistance inhérente aux vieux bétons)
• Lorsqu’une structure existante doit être modifiée ou
redimensionnée
• Pour évaluer la conformité de la résistance de la
résistance des structures en cas de doute
(dégradation, incendie, …)
• Pour évaluer la résistance de la structure en cas de
non-conformité avec les résultats des essais sur
éprouvettes normalisées

5. • Le paramètre le plus commun utilisé pour
mesurer la qualité du béton
• La qualité la plus valable pour les projeteurs et
les ingénieurs
• Reconnue universellement comme l’outil de
contrôle de la qualité du béton
• Très facile et très avantageuse
• Mais, peut ne pas donner toute l’histoire

6. 1. Tests destructifs
2. Tests semi destructifs
3. Tests non destructifs

7. • Essais destructifs
– Ecrasement de cylindres coulés en forme de spécimens
accompagnant la construction
– Pas très utiles dans la majorité des cas
• Essais semi-destructifs
– Ecrasement de carottes extraites à partir de la structure
en service, causant des dommages mineurs mais
réversibles à la structure
• Essais non destructifs
– Purement non invasifs, pas besoin de faire souffrir la
structure d’aucune manière (scléromètre, ultrasons)

8. Résistance à la compression =
charge/surface de la section transversale
Chargement aux deux tiers
Chargement à mi-travée

9. • Extraction de carottes
• Dimension de carottes
• Essais de carottes

10. • Comment faire le choix ?
– Inspection visuelle
– Échantillonnage
– Zone d’essai
– Aire d’essai
– Diamètre des carottes

11. • Savoir reconnaitre les dommages qui peuvent
être induits par un échantillonnage
• Tracer un plan d’échantillonnage, identifier une
méthode
• Identifier les échantillons immédiatement par des
labels
• Manipuler et transporter avec précaution
• NA 5071, norme d’essai pour obtenir et tester des
carottes extraites du béton de structures

12. • Il devrait être aléatoire et objectif
– Devrait refléter les propriétés et variabilité globales
• Il a besoin d’un équilibre délicat entre:
–
–
–
–
–
Le coût
Le temps
L’effort
Le dommage
La précision

13. • Identification des carottes
– Décrire les locations sur plans / photos
– Les conditions de surface
– Profondeur des détériorations visibles
– Ruptures et conditions des surfaces cassées
– Dépôts bizarres
– Distribution des vides
– Position des joints constructifs
– Contact avec les fondations ou autres surfaces

14. • Nombre, dimension, position
• Relevé d’état des lieux déjà effectué
• L’analyse visuelle met en évidence les zones
détériorées ou affectées de la structure
• L’approche appropriée est l’échantillonnage
ciblé

15. • Performés sur des échantillons obtenus à
partir du terrain à partir de structures
existantes
• Petites parties d’une structure existante
• Supposées être représentatives de la structure
– Combien représentative?
– Cela dépend de l’investigateur et de son jugement
• Peuvent mener vers une information cruciale
qui mènera vers d’autres tests

16. • Échantillon de carottes doivent inclure toute
l’épaisseur du béton
– Développement de fissures, détérioration de la
pate de ciment, progression des réactions cimentagrégats, et d’autres phénomènes peuvent varier
significativement avec la profondeur

17. • Manipulation correcte et protection
– Couverte de manière à préserver le taux
d’humidité représentatif de la structure
– Emballée de manière à lui fournir une protection
contre le gel ou la dégradation pendant le
transport ou le stockage, spécialement si le béton
est faible

18. • Dépend de:
– Erreur maximale acceptée entre l’échantillon et la
valeur réelle
– Variabilité de la procédure d’essai
– Risque acceptable si l’erreur admissible est
dépassée

19. • Elles constituent un volume représentatif de la
qualité du béton de la structure
– Même composition
– Même compacité
– Même cure (humidité)
– Même histoire de chargement

20. • Dimensions des carottes
– Profondeur minimale d’échantillon de béton pour
structures massives doit être au moins de 600 mm
– Diamètre de carotte 150 mm pour agrégats de 40
mm, diamètre 100 mm pour agrégats de 20 mm ou
moins
– Diamètre de carotte jamais plus petit que 75 mm
– Rapport du diamètre de ma carotte à la dimension
maximale des agrégats jamais inférieur à 3,0
– Longueur de l’échantillon scié de la carotte devrait
être au moins égal à 95% du diamètre
– Longueur / Diamètre de 2.0

21. • Les carottes ne doivent pas montrer des traces de
ségrégation de matériaux
• Les carottes ne doivent pas montrer des vides en forme de
nids d’abeilles indiquant un déficit de compactage ou
manque de mortier
• Pour tout ensemble de carottes représentant une position
de tests, la valeur estimée in situ de la résistance de chaque
spécimen cubique doit être au moins égale à 75% de la
résistance caractéristique spécifiée
• La valeur estimée in situ de la résistance moyenne de
l’ensemble des spécimens cubiques doit être au moins
égale à 85% de la résistance caractéristique spécifiée

22. →
L’Effet d’échelle

23. – Les propriétés du béton en place peuvent varier
significativement de celles des cylindres normalisés
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Sens du coulage
Elancement de la carotte (L/D)
Les différences au niveau des vitesses de cure
Le changement dans la qualité du béton
La dimension maximale des agrégats
Le taux de séchage différent entre les différents spécimens
L’effet de restreinte du aux platines
L’effet du matériau de surfaçage
La vitesse de chargement
La variation statistique des résistances du béton

24. LONG TERM BEHAVIOR
NON-DESTRUCTIVE TESTING

26. Cylindre
Cube

29. Résistance à la compression
du cylindre
Valeur du test du
prototype

30. Historique de l’effet d’échelle
• Da Vinci L. (les manuscrits de L. Da Vinci, 1500)
• Galiléo G. (Discorzi i Demonstrazioni Matematiche interno à due Nuevo
Science 1638)
• Mariotte E. (traité du mouvement des eaux, 1718)
• Weibull (1939) (théorie statistique)
• Tucker (1941)
• Wright et Garwood (1952)
• Nielsen (1954)
• Glucklich et Cohen (1968)
• Sabnis and Aroni (1971)
• Sabnis and Mirza (1979)
• Bazant and Kazemi (1988) (théorie énergétique et de la mécanique de la
rupture)
• Bazant (1992) (théorie énergétique et de la mécanique de la rupture)

31. Etat des connaissances
• Expérimentation
• Lois de corrélation

32. Expérimentations
• Indelicato, Torino, Italie, 1993:
– Une approche statistique pour la détermination
de la résistance du béton à travers les microcarottes de diamètre 28 mm
•
•
•
•
•
(240 cubes 150x150 mm, 480 micro-carottes D=28 mm)
16 types de béton (20 à 50 Mpa)
Agrégats de dimensions 30 et 25 mm
Quantité de ciment variant de 250 à 380 kg/m3
E/C variant de 0.50 à 0.75

33. Expérimentations
• Indelicato, Torino, Italie, 1997:
– Une estimation de la résistance du cube au moyen
de carottes de différents diamètres: une approche
statistique
• 1270 essais (240 cubes 150x150 mm, 160 carottes D=70
mm, 390 petites carottes D=45 mm, 480 micro-carottes
D=28 mm)
• 16 types de béton (20 à 50 Mpa)
• Agrégats de dimensions 30 et 25 mm
• Quantité de ciment variant de 250 à 380 kg/m3
• E/C variant de 0.50 à 0.75

34. Expérimentations
• Séong, Séoul, Korée du sud, 2005:
– Effet de la taille du spécimen, de la forme du
spécimen et de la direction du coulage sur la
résistance à la compression du béton
•
•
•
•
•
•
282 essais (cylindres, cubes et prismes 50 à 400 mm)
04 types de béton (27.0 à 78.1 MPa)
Agrégats de dimension maximale 13 mm
S/A variant de 0.44 à 0.50
E/C variant de 0.28 à 0.67
Adjuvents (superplastifiants)

35. Expérimentations
• Yazici, Izmir, Turquie, 2006:
– Effet de la taille du spécimen cylindrique sur la
résistance à la compression du béton
•
•
•
•
384 essais (cylindres 150x300 mm et 100x200 mm)
08 types de béton (14 à 47 MPa)
E/C variant de 0.37 à 0.77
Surfaçage (sans surfaçage, ciment, gypse, sulfure)

36. Expérimentations
• Del Viso, Ciudad Real, Espagne, 2007:
– Effets de la dimension et de la forme du spécimen
sur la résistance à la compression des bétons de
haute résistance
• Essais sur des cylindres 75x150 mm et 100x200 mm et
sur des cubes de côtés 33, 50, 67 et 100 mm
• 01 seul type de béton de haute résistance
• Agrégats de dimension maximale de 12 mm
• Adjuvents (fumée de silice)
• E/C fixé à 0.28
• Mesure de f’c, ft, E, énergie de rupture

37. Corrélations
• Indelicato, Torino, Italie, 1993
– Fcarotte / fcube = 0.79 à 1.22 (prévalence de valeurs < 1)
• Indelicato, Torino, Italie, 1997
– Fc=0.647+1.017f70
– Fc=1.048+1.059f45
– Fc=-4.617+1.255f28
• Séong, Séoul, Korée du sud, 2005
– Effet d’échelle pour cube et prisme est plus fort que pour cylindres
– Effet de la forme est présent pour NSC et tend à disparaître pour HSC
• Yazici, Izmir, Turquie, 2006
– Fc100 / fc150 = 1.03
• Del Viso, Ciudad Real, Espagne, 2007
– Effet d’échelle pour cube est plus fort que pour cylindres

38. Exploitations à des fins règlementaires
(NA 17004)
• Les carottes doivent être prélevées conformément à la
norme NA 5071
• La résistance d’une carotte ayant L=D=100 mm est
équivalente à celle d’un cube de côté 150 mm confectionné
et conservé dans les mêmes conditions
• La résistance d’une carotte ayant L/D=2 et dont le diamètre
est de 100 ou 150 mm est équivalente à celle d’un cylindre
de dimensions 150x300 mm confectionné et conservé dans
les mêmes conditions
• La transposition des résultats d’essais obtenus sur des
carottes ayant des diamètres compris entre 50 et 150 mm
au maximum et d’autres élancements doit reposer sur des
facteurs de conversion appropriés

39. Exploitations à des fins règlementaires
(NA 17004)
• Le nombre de carottes à prélever dans une seule
zone d’essai doit être déterminé en fonction d
carottes doivent être du volume de béton
concerné et de l’es sai sur carottes
• Il convient de soumettre à essai autant de
carottes que possible pour évaluer la résistance à
la compression sur site pour des raisons
statistiques et de sécurité
• Une évaluation de la résistance à la compression
sur site pour une zone d’essai particulière doit
reposer sur au moins trois carottes.

40. Evaluation
(Approche A: minimum 15 carottes)
La résistance caractéristique sur site est estimée à
la plus faible de:
• Fck,is = fm(n),is – k2 x s
Ou
• Fck,is = fis,plus faible + 4
Où :
s = max (s;2 Mpa)
k2 = 1.48 (en l’absence de valeur)

41. Evaluation
(Approche B: entre 3 et 14 carottes)
La résistance caractéristique sur site est estimée à la plus
faible de:
• Fck,is = fm(n),is – k
Ou
• Fck,is = fis,plus faible + 4
Où :
k = 7 pour n = 3 à 6
k = 6 pour n = 7 à 9
k = 5 pour n = 10 à 14
Nota: cette approche donne des valeurs pessimiste s de f’c (de
préférence utiliser un plus grand nombre de carottes ou
bien utiliser une approche combinée

42. Evaluation
(Approches combinées)
Les méthodes indirectes peuvent être utilisées
après étalonnage sur carottes de la manière
suivante:
• Seules
• En combinant des méthodes indirectes
• En combinant des méthodes indirectes et des
méthodes directes (carottes)

43. Approches combinées
• Variante 1 : Corrélation directe avec les
carottes
• Variante 2 : Etalonnage avec des carottes pour
un intervalle de résistance limité en utilisant
une relation établie

44. Conclusions et
Recommandations

45. Conclusion
1. Malgré les nombreuses recherches, le
problème de l’effet d’échelle reste ouvert.
2. L’exploitation aux fins de l’ingénierie reste
assez empirique (corrélation sans
interprétations physiques ou modélisation
phénoménologique)