Mise à jour et amélioration du protocole existant afin d'évaluer les dommages actuels (diagnose) et futurs (prognose) causés par la réaction alcalis-silice

Abstract

L'évaluation et la gestion des infrastructures endommagées par la réaction alcalis-silice (RAS) constituent un défi majeur pour les ingénieurs en génie civil, particulièrement au Canada où les carrières exploitées contiennent des granulats réactifs propices à cette réaction. Cette réaction compromet la durabilité des ouvrages et leur intégrité structurelle en provoquant une expansion interne amenant à la fissuration du béton (granulat et pâte de ciment). Cette recherche vise ainsi à mettre à jour et à améliorer le protocole existant FHWA (Fournier et al., 2010) pour la gestion des infrastructures touchées par la RAS.

Lorsque la RAS affecte une structure, les dommages actuels causés au béton sont évalués, une étape connue sous le nom de "diagnose", qui s'appuie sur deux tests spécifiques : l'indice pétrographique d'endommagement du béton (DRI) et l'essai de chargement cyclique en compression (SDT). Ces deux méthodes fournissent des paramètres liés au niveau d'expansion du béton. Parallèlement, il est essentiel d'anticiper le potentiel futur de dommages à la structure, une démarche appelée "prognose", qui utilise des tests d'expansion résiduelle en air humide (HR > 95$\%$ et T = 38 +/-°C) et en solution alcaline (NaOH 1N, 38 +/-°C) ainsi que des tests d'alcalis solubles. À ce jour, les mécanismes d'endommagement généré lors de ces tests d'expansion n'ont jamais été étudiés, ce qui remet en question leur pertinence pour évaluer la prognose. L'évaluation des dommages et la prédiction de la détérioration future reposent ainsi principalement sur les mesures d'expansion. Cependant, ces mesures seules ne suffisent pas aux gestionnaires d'infrastructures qui ont besoin de comprendre l'impact structurel de la RAS sur les ouvrages en béton.

Dans ce projet, des carottes prélevées sur des ponts affectés par la RAS ont été extraites, et soumises à des tests de prognose, et de diagnose des tests de résistance en compression sur les carottes après leur extraction et après les tests d'expansion, respectivement. Cette approche permet d'évaluer les dommages supplémentaires réels dus à la RAS générés lors des tests d'expansion résiduelle, contribuant ainsi à une meilleure compréhension de ces tests, ainsi que déterminer de potentielles relations avec les propriétés mécaniques, dans le but d'utiliser de nouveaux paramètres autres que l'expansion.

Les tests d'expansion dans l'air humide se sont révélés non concluants et cette méthode considérée comme la plus "réaliste" depuis des dizaines d'années est remise en question. Il est proposé que ces résultats soient considérés comme une limite inférieure. Les tests d'expansion résiduelle en solution alcaline se sont montrés plus pertinents pour évaluer le potentiel d'endommagement futur du béton, et fournissent une limite supérieure du potentiel résiduel du béton. Il a été montré que le test ne créée pas de mécanismes supplémentaires dus à l'ajout d'alcalins. Les résultats ont montré que la fissuration des granulats augmentait linéairement sur site avec le niveau d'expansion : cette tendance a également été observée pour les échantillons testés en solution de NaOH. Une tendance approximativement linéaire a été identifiée pour la résistance à la compression, corrélant avec les valeurs DRI dans les carottes testées après extraction, établissant indirectement un lien avec le niveau d'expansion du béton. Le module de Young a également diminué linéairement avec l'expansion supplémentaire pendant les tests. Les résultats se sont ainsi montrés complémentaires entre la méthode DRI et SDT appuyant la fiabilité des résultats et des tests. Étant donné que la fissuration des granulats ne s'est pas stabilisée à des niveaux d'expansion élevés, il est pensé que la diminution de ces paramètres se poursuivra sur site jusqu'à ce que toute la silice réactive contenue dans les granulats soit consommée.