Développement d'une méthode non destructive pour l'évaluation de l'intégrité des boulons de consolidation affectés par la corrosion

Abstract

L’utilisation de boulons de consolidation et d’épingles comme moyen de soutènement, support et de renforcement des infrastructures et des treillis métalliques, est très répandue dans le domaine du génie civil. Ils ont pour but d’offrir une protection des aménagements et des personnes contre les glissements, les chutes des débris de roches et autres. À la suite d’inspections effectuées par l’équipe d’Hydro-Québec (HQ) sur des aménagements de la Baie-James et de la Côte-Nord, il a été constaté que la majorité de ces éléments de consolidation ont été installés dans des environnements extrêmes (ex. : milieu agressif chimiquement, glissement de la paroi rocheuse et autres). Dans ce contexte, des dégradations causées principalement par la corrosion ont été identifiées sur la partie extérieure visible de la majorité de ces éléments. Aussi au cours de ces inspections, l’équipe d’HQ a relevé plusieurs anomalies au niveau de la couche de protection en zinc des boulons et des épingles galvanisés, à savoir, l’endommagement de cette couche sur certaines parties des boulons et des épingles en raison de leurs frottements lors des opérations de stockage et de transport. Ce travail de doctorat a été entrepris afin de répondre aux problématiques suivantes : la nécessité de détecter la corrosion des boulons endommagés et d’évaluer leur performance résiduelle et si l’endommagement de la couche de zinc réduit les performances de l’épingle face à la corrosion. Des méthodes de contrôle non destructif (CND) ont été développées et utilisées afin de poser un diagnostic de l’état de ces éléments de consolidations déjà installés. La méthode développée se base principalement sur la technique de pulse-écho (PE) et propose une nouvelle procédure d’analyse de signal qui consiste à exploiter l’énergie des signaux enregistrés sur différents boulons qui ont subi un processus de corrosion accélérée dans le temps. Cette méthode a été utilisée en combinaison à d’autres méthodes de CND : l’émission acoustique (EA), l’estimation de la perte de masse par la mesure de courant de corrosion et le potentiel de corrosion (PC). Dans un premier temps, une validation du processus de corrosion accélérée a été réalisée en laboratoire sur des boulons de consolidation d’une longueur variant de 1,0 m à 4,0 m injectés ou non dans le béton ou le coulis de ciment. Pendant cette étape, des essais préliminaires ont été réalisés utilisant les différentes techniques citées plus haut et les résultats obtenus à partir d’essais préliminaires ont permis de conclure que la technique PE est la mieux adaptée pour la localisation, la détection et le suivi de la corrosion dans les boulons de consolidation. Cette étape a aussi permis d’identifier les limites de la technique PE en ce qui concerne l’estimation de la longueur et le diamètre des boulons avec le matériel utilisé. La méthode développée a par la suite été adaptée afin d’évaluer la performance de la couche de zinc autour d’épingles galvanisées. Une série d’essais similaires à ceux réalisés sur les boulons corrodés en accéléré a été effectuée sur des épingles d’une longueur de 60 cm. Dans chaque série d’essais, trois types d’épingles ont été testés : épingles galvanisées non endommagées (NDGP), épingles galvanisées endommagées (DGP) et épingles non galvanisées (NGP). Les résultats des essais ont révélé que les DGP qui sont recouvertes ou non d’une couche de coulis de ciment offrent une faible protection contre la corrosion. L’endommagement causé au niveau de la couche de galvanisation avant l’installation révèle que ces derniers diminuent la protection et augmentent les risques d’une corrosion localisée accélérée. Aussi, à partir des résultats obtenus sur les épingles, nous avons recommandé de protéger la couche de galvanisation par une couche supplémentaire de coulis de ciment ou d’époxy afin de prolonger la durée de vie des éléments. Finalement, la technique de PE a fait l’objet de travaux en laboratoire afin de l’adapter pour estimer le niveau de tensionnement résiduel dans un boulon en service. Un dispositif de test a été conçu spécifiquement pour cette thèse, permettant d’appliquer sur les boulons une charge axiale contrôlée par des vérins hydrauliques. La variation de la vitesse de propagation de l’onde ultrasonore en fonction de la tension au boulon a été suivie. Les résultats ont indiqué que cette variation est très minime pour relier à chaque intervalle de charge, un intervalle de vitesse de propagation ou d’énergie qui est calculé à partir du signal temporel avec lequel on peut déduire la valeur de la tension des boulons de consolidation déjà mis en service. Nous avons conclu que la vitesse de propagation est peu sensible à la variation de charge ce qui rend cette technique non applicable pour l’évaluation de tension dans les boulons. Les résultats de ces travaux ont permis de conclure que l’analyse de l’énergie des signaux de pulse-écho ultrasonore appliquée à des boulons de consolidation peut être utilisée comme outil de détection, de localisation et de suivi de la corrosion dans les boulons. Aussi, la technique de pulse-écho a été appliquée sur site, ce qui nous a permis de mesurer la longueur et le diamètre des boulons. Toutefois, il faut respecter les limites de la méthode et de l’équipement utilisé au niveau de la longueur et du type de l’échantillon testé en elle-même et leurs conditions d’installation.