granulats - Association Béton Québec

Les journées de l’ABQ
Pétrographie – exigences de base et
recommandations
Benoit Fournier
Université Laval
Québec, Canada
6 novembre 2014
Ajouts cimentaires
Aduvants chimiques
Eau
potable
PCA (2011)
Granulats
Eau
Ciment
Impact critique
des propriétés
Ingrédients
du bétondes granulats
sur la performance du béton !!!
Granulats fins et grossiers:
60 à 75% (volume)
PCA (2011)
3
Propriétés, exigences des matériaux granulaires
assurant la "performance" du béton
Stabilité
Composition
volumétrique
Résistance
aux
Forme
(RAG,
sollicitations
GD)
Texture
mécaniques
chimique
Structure
Absence de
particules
nuisibles
$
Rentabilité
vs économie
Stabilité
(source,
production)
Exigences relatives aux granulats
Apports de la
géologie et de la
pétrographie ?
• Aider au niveau
de l’exploitation
des sources de
granulats
• Évaluation de la
qualité globale
des granulats
• Coefficient de polissage par projection (CPP)
• Stabilité chimique (alcali-réaction, sulfures de fer, sulfates
solubles)
Cycle des
roches
© P.-A. Bourque
Croûte
Manteau
Noyau
Les plaques
lithosphériques
Eurasie
Amérique
du Nord
Caraïbes
Juan de
Fuca
Philippines
Cocos
Pacifique
Nazca Amérique
du Sud
Australie
Scotia
Antarctique
Eurasie
Afrique
La Pangée – il y a 250 Ma !!
© P.-A. Bourque
Assemblage actuel des continents
© P.-A. Bourque
Convection
 chaleur 
magma
Dynamique
planétaire !!
© P.-A. Bourque
Bouclier
précambrien
Amérique
du Nord
© P.-A. Bourque
Sous-province géologique de l’Abitibi
• volcaniques (andésite, basalte, rhyolite)
• métasédimentaires (grauwacke, argillite)
• amas granitoïdes et complexe anorthositiques
• Sable et gravier  composition lithique
Province géologique du Grenville
300-600 km
Vestiges d’une chaîne de montagne formée il y a plus
d’un milliard d’années (Himalaya !!)
Formation d’une chaîne de montagne
Prisme
d’accrétion
Collision entre 2
plaques continentales 
étau se referme
© P.-A. Bourque
Roches déformées
(failles et plis)
Lambeaux
de croûte
océanique
Batholites
& plutons
Lithosphère
« digérée »
© P.-A. Bourque
Roches métamorphiques
très déformées (racines)
 To et P
Granite
Roches déformées
(failles et plis)
Lambeaux
de croûte
océanique
Batholites
& plutons
Roches métamorphiques
très déformées (racines)
 To et P
© P.-A. Bourque
Granite
Province géologique du Grenville
300-600 km
• Principaux granulats: granite et gneiss, amphibolites
et anorthosites
Province géologique des Appalaches
Deux séquences de formation de chaines de montagnes
(entre -500 et -300 Ma) → failles, roches très variées et
déformées
Il y a 420 Ma
Fusion partielle
Bourque (2010)
© P.-A. Bourque
© P.-A. Bourque, 1994
© P.-A. Bourque
Les processus sédimentaires
© P.-A. Bourque
© P.-A. Bourque
Il y a 420 Ma
Fusion partielle
Il y a 390 Ma
Bourque (2010)
Province géologique des Appalaches
• Principales roches exploitées comme sources de granulats:
grès, grauwackes, roches volcaniques (andésites, basaltes,
tuffs), schistes, ardoises et calcaires, quartizites
• Sables et graviers : composition lithique
Province géologique des Basses-Terres du St-Laurent
Région la plus peuplée du Québec, coincée entre les
provinces du Grenville et des Appalaches.
Coupe à la hauteur des Cantons de l’Est
1 Ga
Séquence de roches sédimentaires de 1500 à
3000 mètres (calcaires, dolomies, grès, shale)
avec quelques intrusifs (Montérégiennes).
© P.-A. Bourque
±
±
Les Montérégiennes (-140 à –99 Ma, ± 11 Ma)
Plate-forme du St-Laurent
Appalaches
Roches ignées
intrusives (Crétacé)
Bourque (2010)
Les glaces du
Wisconsinien
(14000 –
6000 ans)
© P.-A. Bourque
Dépôts du sud du Québec
Brazeau (MRNF)
Impact de la géologie sur
l’exploitation des carrières
• Géologie du Québec très variée d’une région à l’autre.
Conséquences:
• Conditions d’exploitation et la nature des
matériaux produits peuvent varier:
• D’une région à une autre
Impact de la géologie sur
l’exploitation des carrières
• Géologie du Québec très variée d’une région à l’autre.
Conséquence:
• Conditions d’exploitation et la nature des
matériaux produits peuvent varier:
• D’une région à une autre
• À l’intérieur d’une même source de granulats →
variations de la production dans le temps !!!
Variations stratigraphiques
Discontinuités - failles
Discontinuités - intrusions
Corée avec gros dykes
Impact de la géologie sur
l’exploitation des carrières
• Exploitation influencée par:
 nature de la roche
 épaisseur et pendage des lits
 plans de discontinuités / faiblesse
• failles, zones de cisaillement, plis, intrusifs,
zones d’altération, diaclases remplies d’argile
ou de boue, etc.
Impact:
• condition d’exploitation
• composition et performance des granulats !!
Gravières et sablières
• Conditions idéales  dépôts homogènes avec peu de
variations latérales et verticales
• risques réduits de variabilité associable à la nature
du dépôt
• Complexité de l’exploitation réduite (!?)
(Photos Brazeau, MRNF)
Gravières et sablières
• Importantes variations (alternance de zones de
gravier, de sable, de limon et d'argile) → variations
de la production dans le temps
(Photo Brazeau, MRNF)
Fondations résidentielles – granulats avec sulfures de fer
Région de Trois-Rivières
Exigences pour la commande de béton et nouvel examen des
carrières en 2011 (APCHQ – grande région de Trois-Rivières)
• Obligation de réaliser une étude approfondie de
leurs granulats par un laboratoire reconnu.
• Visite de la source par un géologue ;
• Inspection des faciès d’exploitation pour l’année en
cours;
• Cueillette par un géologue d’échantillons
représentatifs de la ou des réserve(s) de granulats à
béton;
• Analyse pétrographique complète (+lames minces)
→ composition selon la localisation (≠ %
pyrite/pyrrhotite; S)
CSA A23.2-27A (RAG) – Figure 1
Décision d’étudier une source possible de granulats
Brève étude géologique sur le terrain pour démontrer le type
de roche, l’âge, la formation (carrière) et la composition
pétrographique. Prélèvement d’échantillons (CSA A23.21A) et essais de durabilité.
Granulat conforme aux exigences
physiques de CSA A23.1, article
4.2.3.1 (excepté 4.2.3.5.1) ?
non
Envisager une étude plus poussée , comme
extraction sélective, bonification, mesures
correctives, ou rejeter ?
oui
Le granulat a-t-il été
utilisé dans le béton
de ciiment Portland ?
non
oui
Performance en service
satisfaisante (CSA A23.217A, article 6.1) ?
oui
Non ou information
insuffisante
Résultats de l’essai pétrographique (CSA A23.2-15A)
non
Granulat utilisé
dans un mélange
et une classe
d’exposition
égaux ou
inférieurs à ceux
des ouvrages
examinés ?
oui
Roches carbonatées
de carrières
Pas de roches
carbonatées
Évaluation des sources de granulats
Béton: 0.015%
Béton: 0.195%
Critique de connaître les variations à l’intérieur
de la source → cartographie géologique
Influence - minéralogie et pétrographie
• La résistance mécanique dépend fortement de
l'abondance, de la taille et des propriétés
individuelles des minéraux. Influence:
• Production en carrière (concassage) → forme et
texture de surface des particules
• Performance des granulats lors des essais de
performance
Influence - minéralogie et pétrographie
• Dureté vs tenacité des minéraux
• Agencement et cohésion entre les grains
• Présence de discontinuités ou plans de faiblesse
(stratification, schistosité, gneissosité, clivage,
joints, veines et veinules)
Échelle de dureté de Mohs
résistance à l’abrasion
Gypse (2)
Rayé par l’ongle
Rayé par pièce
de cuivre
Rayé par lame
d’acier (canif)
Rayent le verre
© P.-A. Bourque
1
Talc
2
Gypse
3
Calcite
4
Fluorite
5
Apatite
6
Orthoclase
7
Quartz
8
Topaze
9
Corindon
10
Diamant
Quartz (7)
Corindon (9)
Mesure de la tenacité
résistance à la fragmentation
Roches riches en quartz et
grossièrement grenue :
↓ résistance à la fragmentation.
Granite
Roches litées ou avec
une structure notable
"Géologie" hétérogène
Discontinuités
- intrusions!
CoréeBasalte
avec gros dykes
Grès
Opérations
de concassage
(Wigum, 2012)
(Aitcin et al. 1983)
Proportion de particules plates et allongées, fonction de:
• Caractéristiques des granulats (nature, structure)
• Interaction avec système de concassage
Résistance à la
fragmentation
Résistance à
l'abrasion
(±)
(±)
Analyse pétrographique (CSA A23.2-15A)
• Buts recherchés:
• Identification des types de roches dans le granulat
fin ou grossier.
• Étude des caractéristiques compositionnelles,
texturales, structurales → usage prévu
• Détection de substances nuisibles → durabilité
• Prédiction de la performance à tous égards
Analyse pétrographique (CSA A23.2-15A)
• Idéalement, le client devrait:
• Informer le pétrographe des buts et des objectifs
de l’analyse et du type de renseignements
nécessaires.
• Mettre la documentation pertinente à la
disposition du pétrographe (e.g. résultats d’essais).
• Suivre les conseils et s’en remettre au jugement
du pétrographe (ampleur de l’analyse et types de
méthodes à utiliser).
Échantillonnage
• Conformément à la CSA A23.2-1A.
• Effectuer par laboratoire qualifié (e.g. certifié ISO9001 - BNQ 2621-905 (2012): pour RAG)
• Si possible, pétrographe ou géologue devrait
effectuer ou diriger l’échantillonnage.
• Tous les ans minimum (CSA A23.1)
• Idéalement: échantillonnage fonction de la disparité
de la source → changement significatif en carrière →
changement des % des constituants des granulats
→ré-échantillonnage et autres essais !!!
Méthode A
• Analyse pétrographique détaillée.
• Identifier les types de roches et de minéraux; peut
être complétée par les approches suivantes :
• examen sur lames minces et (ou) microscopie
électronique à balayage;
• analyse par rayons X ; et chimie analytique.
• Granulats sans évaluation préalable ou montrant une
variation notable.
Méthode B
• Niveau ≪contrôle de la qualité≫ → analyse des
granulats de production pour lesquels il existe un
registre d’essai et de tenue en service.
Analyse pétrographique (lames minces)
Analyse pétrographique (lames minces)
Propriétés optiques  élément diagnostique
fondamental dans l’identification d’un minéral
• Lumière transmise (minéraux communs)
• Lumière réfléchie (minéraux métalliques)
Exemple : Oxydation des
sulfures de fer
Roche riche en sulfure de fer
Traces d’oxydation (rouille) au
sommet de la carrière, granulats
6
Échantillonnage différents faciès
Examen pétrographique
des roches
Lumière réfléchie
Lumière transmise
F
B
Roche intrusive: Norite à
hypersthene; riche en
sulfures de fer
PX
1 mm
Durabilité du béton
Réactions alcalis-silice
Silice réactive
Si
Roche non réactive
O
OH
Na or K
Roche pot. réactive
Résistance au polissage
Écoulement
de l’eau
Macrotexture
Microtexture
Diamètre et forme
Transports Québec
Mauvaise macrotexture et
mauvaise microtexture
CPP 0,44
Dolomie
Bonne macrotexture et bonne
microtexture
CPP 0,60
Grauwacke
Transports Québec
Nombre pétrographique (CSA A23.2-15A)
• Les méthodes A et B impliquent la détermination d’un
Nombre pétrographique.
• But: performance globale (résistance mécanique et
résistance aux intempéries) des granulats grossiers
Nombre pétrographique (CSA A23.2-15A)
• Principe et procédure:
• Séparation en types de roches (pesés et normalisés
à 100%, ±0,1%)
• Cote pour chaque type de roche, de 1.0 (excellent)
à 6.0 (médiocre)
• dureté (au sens de friabilité ou fragilité)
• la résistance présumée aux intempéries
• Caractérisation de la qualité des particules:
• Raclage et détachement au moyen d’une lame
de couteau
• fracturation à l’aide d’un marteau géologique
ou d’un outil similaire.
Examen macroscopique
Nombre pétrographique (CSA A23.2-15A)
• Principe et procédure (suite) :
• Somme pondérée des cotes; ex: 15% de shale (cote
6.0) + 85% de calcaire (cote 1.0): NP = 15 x 6.0 +
85 x 1.0 = 175
• Le résultat global varie entre 100 et 600
Nombre pétrographique (Discussion)
• Subjectivité importante: dépend largement de
l’expérience de l’analyste  pauvre répétabilité/
reproductibilité
• Difficile d'utiliser comme seul critère d'acceptation
ou de refus → combiner à d’autres essais physiques
(ou) des données de tenue en service.
• Catégorisation souvent arbitraire
Analyse pétrographique (CSA A23.2-15A)
• Rapport (Méthode A) - deux parties :
• Tableau avec % des ≠ types de roche et ≠ catégories
physiques-mécaniques de tri pour l’échantillon.
• Discussion des résultats
• Discussion doit présenter :
• Information détaillée sur les types de roche,
caractéristiques physiques et mécaniques, NP et la
cote de qualité mécanique générale des granulats
• Commentaires pertinents aux fins de l’analyse
pétrographique.
• Commentaires pertinents face à l’application visée
Conclusions
• Doit tenir compte de la géologie des sources de
granulats car impact sur:
• Production des matériaux granulats
• Nature et performance des granulats dans ≠
utilisations.
• Analyse pétrographique: Outil très utile pour
prédire et expliquer au moins qualitativement la
performance de certains granulats
• Idéal: combinaison avec essais de laboratoire !!
• Validité → fortement influencée par la
compétence et l’expérience du pétrographe
• Attention à la représentativité de
l'échantillon
Merci de votre attention !!
84
Revue de cas-types de pathologies de
béton qui affectent des ouvrages
d’Hydro-Québec
Benoît Durand
Chercheur
Unité Robotique et civil
Institut de recherche d’Hydro-Québec
A
SOMMAIRE
• INTRODUCTION:
•
•
•
•
•
HYDRO-QUÉBEC EN QUELQUES CHIFFRES ?
PROBLÉMATIQUE BÉTON VS PROBLÉMATIQUE
GRANULATS
PRATIQUES ET NORMES HQ POUR LES
GRANULATS À BÉTON
RAG À HYDRO-QUÉBEC
AUTRES CAS
CONCLUSIONS
A
INTRODUCTION
• HYDRO-QUÉBEC
– Fondé en 1944, 2e phase complétée en 1964
– Plus grand producteur au Québec, 99 %
hydraulique et renouvelable
– Plus de 4 140 000 clients
– 19700 employés (2013)
– 19000 emplois rattachés à des activités d’HQ
dont 12700 directs incl. 3500 sur les chantiers
A
INTRODUCTION
• HYDRO-QUÉBEC
– 33885 km de lignes de transmission
– 2 centrales thermiques, 1 ex-centrale
nucléaire, 8 parcs éoliens (2200 MW)
– 571 barrages et ouvrages régulateurs
pour 101 aménagements hydrauliques
– 61 centrales électriques
(LG2 = 5616 MW)
A
INTRODUCTION
• HYDRO-QUÉBEC
–La Grande Rivière 2 (LG2)
5328 MW
– Capacité totale = 36 068 MW
– Énergie totale = 175 TWh
– 26 grands réservoirs
A
A
• HYDRO-QUÉBEC
–
–
–
–
2-3 G$ de dividendes / année
Fond de la taxe sur l’eau
Tarifs d’électricité parmi les plus bas
Au bout du compte…
A
A
QU’EST-CE QU’UN BÉTON ?
• Béton = Savant
mélange de
ciment +
granulats fins +
granulats
grossiers + eau +
additifs avec ou
sans armature
A
La durabilité du béton
• Résistance au gel-dégel
• Résistance à la pénétration d’éléments
externes (sels, sulfates, chlorures, etc.)
• On “design” aussi le béton en fonction du
milieu auquel il sera exposé.
• On utilise des granulats bons
mécaniquement et bons
chimiquement
A
La durabilité du béton
• Un honnête béton moderne peut durer
des décennies voire des centenaires.
• Exemple d’un temple à Hawaii avec une
dalle de béton conçue pour 1000 ans.
A
Utilisation de normes, spécifications et essais
A
Utilisation de normes, spécifications et essais
A
Exemple d’exigences du SN26.1 HQ
A
Sélection des granulats : Exemple d’exigences de la
Spécification technique normalisée SN26.1 HQ
Pour évaluer les
roches/granulats :
Norme CSA A23.2-15A
Analyse pétrographique
des granulats
+
Série d’essais habituels
physico-mécaniques
+
Essais expansion RAG
A23.2-25A et 14A
A
Les pathologies du béton
• Il arrive des cas où le béton ne performe pas
adéquatement
• Attaques internes ou attaques externes
• Attaques internes
– Ciments gonflants
– Granulats gonflants
– Bétons gonflants
A
Les pathologies du béton
A
Les pathologies du béton
A
Exemples de pathologies qui
peuvent affecter le béton
• Attaques externes:
–
–
–
–
Gel-dégel
Corrosion des armatures par les sels de déglaçage
Attaque par les sulfates externes
Carbonatation
• Attaques internes:
– Réactions alcalis-granulats
– Sulfatation interne
– Oxydation des sulfures des granulats
A
Exemple de minéraux et roches à
risque chimique
A
Les pathologies du béton causées par les
granulats à Hydro-Québec
•
Grande majorités des cas connus reliés aux réactions alcalisgranulats
– Gonflement et fissuration du béton
– Perturbations des opérations mécaniques
– Réduction de la durée de vie
•
Autres problèmes reliés à des propriétés physiques
– Formes allongées, trop de micas
• Difficultés lors de la mise en place
• Anisotropie des propriétés mécaniques
– Sensibilité au gel
•
Actions préventives pour éviter la problématique des sulfures
pour les nouveaux ouvrages
– Aucun cas prouvé jusqu’à maintenant dans les vieux barrages HQ
A
Problématique des sulfures
A
Problématique des sulfures
A
Problématique réactions
alcalis-granulats
A
Réactions alcalis-granulats :
Contexte général
Expansion libre
Cas réel : Exemple des piliers du pont Larocque
A
RAG à Hydro-Québec
• Contexte général de la RAG à Hydro-Québec
– Budgets de réfection des barrages en béton = 13 M$/année
pour 2001-2010 (+111 ouvrages)
– 5-10% de ces coûts reliés aux effets de la RAG
Répartition des ouvrages
d’Hydro-Québec selon leur
degré d’affectation par la RAG
(Nb total = 54)
A
RAG à Hydro-Québec
 Barrages d’Hydro-Québec
+ Barrages autres qu’Hydro-Québec
 Infrastructures routières MTQ
A
HISTOIRE DE LA RAG À HYDRO-QUÉBEC
(54 barrages en béton construit entre 1945 et 1975)
• Durant les années 60, HQ appliquait les normes et
pratiques en vigueur pour sélectionner les granulats à
béton.
• La sélection des granulats a été principalement basée sur
l’essai d'expansion de prismes de mortier (ASTM C 227) et
l’essai chimique (ASTM C 289).
• Heureusement, les nouveaux barrages étaient construits
dans des zones où les sources de granulats sont des
roches granitiques légèrement réactives aux alcalis (projets
hydroélectriques Manic-Outardes et La Grande).
A
RAG à Hydro-Québec
16
14
43 ouvrages
affectés par RAG
12
10
8
6
4
2
0
signes 0 à 0,02 0,02 à
0,04
0,04 à
0,06
>0,06
Taux de gonflement
mm/m/année en Z
A
RAG à Hydro-Québec
Ovalisation des générateurs d’une centrale
Coincement des vannes
A
Contexte générale
Conséquences:
 Les vannes coincent
 Turbines frottent
 Fissuration aux jonctions
 Restriction d’opération
Conséquences:
 Réparations coûteuses
 Effets temporaires
 Reconstruction coûteuse
A
Exemple de cas-types de barrages HQ
affectés par la RAG
Barrage Carillon – calcaire
Barrage La Tuque – gneiss granitique
Barrage de Beauharnois – grès siliceux
Barrage Rivière des Prairies – calcaire
DÉPLACEMENTS EN SURFACE
MESURÉS AU BARRAGE LA TUQUE
(Repères topographiques)
30.0
Centrale - droite (1550F153)
DX = -0.10 mm/année R= 0.23
DY = -1.08 mm/année R= 0.89
20.0
Déplacement (mm)
•
•
•
•
DZ =1.30 mm/année R= 0.93
10.0
0.0
-10.0
-20.0
-30.0
1975
DX
DY
DZ
1980
1985
1990
1995
Année
A
2000
RAG – Barrage La Tuque
A
RAG – Barrage La Tuque
 Construit en 1940
 Longueur totale de 424.5 m et hauteur maximale de 53.3 m
 Angle de 39˚ entre l’axe principal et la rive gauche du barrage-poids
 6 turbines Francis d’une puissance totale de 216 MW
A
RAG – Barrage La Tuque
A
RAG – Barrage La Tuque
Gros granulat
Granulat fin
Air occlus
Masse volumique
Résistance en
compression
Résistance en
tension
Module
d’élasticité
Coefficient de
Poisson
35 % de granite et gneiss granitique rose
à biotite
40 % de gneiss granitique gris à biotite et
hornblende
22 % de gneiss dioritique quartzitique
3 % de lave et autres roches basiques
60 % de quartz
30 % de feldspath
10 % de hornblende, biotite et autres
2,0 à 2,6 % (sans agent entraîneur d’air)
2450 kg/m3
22 MPa
2,7 MPa
24,5 GPa
0,15
A
RAG – Barrage La Tuque
Barrage La Tuque
Sommaire des déformations annuelles moyennes
entre 1979 et 1997
x y
z
1 .0
0
0 .5
0
x y
0
z
x y z
0
x y z
x y
z
x
0
y z
x
0
0915F153
x y
z
03
50
0750H153
J1
54
0820J153
1550F153
2650M153
3350C154
0
0550H153
0 .0
y
z
3255J153
mm/a nnée
0
0870G153
1
2
3
4
5
6
0
0
x y z
x y z
z
Repère topographique
x
Pendule inversé
y
A
CONCLUSIONS RAG
BARRAGE LA TUQUE
Construit en 1940 – âgé de 74 ans
Roches granitiques – gneiss granitique
Atteint de RAG
Taux d’expansion stable sans signe de ralentissement
Endommagement causé par la RAG et vieillissement
réduit l’espérance de vie du barrage
A
Barrage Rapides-des-Quinze
A
Barrage Rapides-des-Quinze
A
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
 Construit en 1923 - 4 groupes
 Rehaussé de 7 m en 1948 - ajout de 2 groupes
 Longueur totale de 172 m et hauteur maximale de 25,9 m
 Évacuateur principal de 383 m, 37 passes
 6 turbines d’une puissance totale de 95 MW
A
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
 Construit en 1923
 Rehaussé de 7 m en 1948
Évacuateur principal de 383 m, 37 passes
A
BARRAGE RAPIDE DES QUINZE
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
CONTEXTE
ION
CT
FE
RÉ
1948
BON
• schiste à biotite 20 mm
• granite rose 20 mm
• mixte 20 mm
BON À MAUVAIS
• gravier mixte 50 mm
BON
• gravier mixte 50+ mm
• concassé mixte 80 mm
1923
A : CONDITIONS INITIALES
A
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
A
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
BARRAGE RAPIDES-DES-QUINZE
BARRAGE RAPIDES-DES-QUINZE
PROGRAMME
EXPÉRIMENTAL
ÉVALUATION
DES OUVRAGES
EN BÉTON
PROGRAMME D'ESSAIS
INVESTIGATION 1995-1998
BOGC - LA GRANDE RIVIÈRE
RÉCEPTION DES CAROTTES
PRÉLÈVEMENT DES CAROTTES
INVENTAIRE
DÉCOUPAGE
DIAGNOSTIC SULFATATION
DEMI CAROTTE
PROJET DE RECHERCHE
PRÉ-BROYAGE
VÉRIFICATION DES
HYPOTHÈSES
DEMI CAROTTE
REVUE DE LA
LITTÉRATURE
OBSERVATIONS
VISUELLES
BROYAGE
FINAL
< 63 um
PRÉLÈVEMENT
POUR MEB
ENTIER
REVUE DE LA
LITTÉRATURE
ESSAIS CHIMIQUES
ESSAIS CHIMIQUES
ESSAIS PHYSIQUES
ESSAIS PHYSIQUES
CONFIRMATION DES
HYPOTHÈSES
•
•
•
•
Composition totale (flurescence-X)
Composition en ions solubles
Composition minéralogique (Diffraction-X)
Caractéristiques microscopiques (MEB)
•
•
•
•
•
•
Résistance mécanique
Volume des vides
Essais d'expansion
Essais de migration
Caractéristiques microscopiques
Caractéristiques des mélanges
PRONOSTIC SULFATATION
A
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
A
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
A
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
Minéraux du shale
ARGILES
CALCITE
CaCO3 + H2SO4
CaSO 4•2H2O + CO 2
GYPSE
QUARTZ
FELDSPATHS
PYRRHOTITE
4FeS2 + 9O2 + (4+n) H2O
4H2SO4 + 4Fe2O3•nH2O
CARBONE
Ca(OH)2 + H2SO4
Produits
d'hydratation
du ciment
Portland
CaSO4•2H2O
GYPSE
3CaO•Al2O3• 12H2O + 3(CaSO4•2H2O) +14H2O
C3A hydraté
3CaO•Al2O3•3(CaSO4)•32H2O
ETTRINGITE
• DEUX TYPES D'ATTAQUES SULFATIQUES
ATTAQUE EXTERNE
• SOLS - REMBLAIS
• EAU DE MER
• POLLUANTS - CONTAMINANTS
ATTAQUE INTERNE
• PYRITE ET AUTRES SULFURES
DANS LES GRANULATS
• ETTRINGITE RETARDÉE OU TARDIVE
(DELAYED ETTRINGITE FORMATION)
• ETTRINGITE SECONDAIRE
A
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
A
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
A
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
0,200
Après gel D
0,180
Après dégel D
0,160
Après gel C
Après dégel C
0,120
0,100
0,600
0,080
0,060
CA4 66-82 gel
0,500
CA4 97-110 gel
0,040
CA4 110-125 gel
CA4 66-82 dégel
0,020
0,000
0
1
2
3
4
Déformation (%)
Déformation (%)
0,140
0,400
CA4 97-110 dégel
CA4 110-125 dégel
5
0,300
6
7
8
Nb. de cycles
0,200
0,100
0,000
0
1
2
3
4
5
Nb. de cycles
A
6
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
0,200
Après gel D
0,180
Après dégel D
0,160
Après gel C
Après dégel C
0,120
0,100
0,600
0,080
0,060
CA4 66-82 gel
0,500
CA4 97-110 gel
0,040
CA4 110-125 gel
CA4 66-82 dégel
0,020
0,000
0
1
2
3
4
Déformation (%)
Déformation (%)
0,140
0,400
CA4 97-110 dégel
CA4 110-125 dégel
5
0,300
6
7
8
Nb. de cycles
0,200
0,100
0,000
0
1
2
3
4
5
Nb. de cycles
A
6
CONTEXTE
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
ION
CT
FE
RÉ
1948
BON
• schiste à biotite 20 mm
• granite rose 20 mm
• mixte 20 mm
BON À MAUVAIS
• gravier mixte 50 mm
BON
• gravier mixte 50+ mm
• concassé mixte 80 mm
1923
A : CONDITIONS INITIALES
A
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
A
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
A
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
A
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
A
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
A
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
A
Autre – Barrage Rapides-des-Quinze
A
CONCLUSIONS
Barrage Rapides-des-Quinze
Construit en 1923, rehaussé en 1948 – âgé de 66 et 91 ans
Mélanges, graviers, méta-sédiments, roches granitiques,
roches intrusives
Atteint de RAG (1923) et de ‘’sulfatation – gel-dégel’’
Qualité du béton 1948 très variable, effet exposition et E/C
Nouvelle étude qui démarre en 2014 : Évaluation de la
progression de l’endommagement avec nouvelles carottes
Importance de bien documenter et de bien archiver A
REMERCIMENTS
Les travaux réalisés à l’IREQ sur les
pathologies des granulats et les
bétons depuis 25 ans ont été
financés par Hydro-Québec
A
Questions ?
A