Étude et contrôle de la corrosion sous contrainte des câbles tendus utilisés dans les ouvrages d'art en milieu alcalin chloruré : caractérisation de l'endommagement par émission acoustique et techniques électrochimiques
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
One of the major problems recognized in civil engineering and affecting the long time performance of Prestressed Concrete Structure (PCS) is the degradation by the Stress Corrosion Cracking (SCC) of prestressing cables used to improve the mechanical resistance of the concrete. Our purpose through this work is to study cables corrosion phenomenon in simulated concrete pores solution by acoustic emission technique (AE) coupled to electrochemical measurements. Our investigations among this work have allowed : The characterization of the electrochemical behavior of prestressing cables in several chloride solutions, at high alkalinity- pH =12. The evaluation of the propagation of guided waves and it’s attenuation throughout the cable and its central wire. The discrimination by AE, in the tested mediums, of two phases of steel SCC, attributed respectively to the oxide film breakage, pits initiation (phase I), pits propagation/cracks initiation (phase II1) and to the subcritical cracks growth, mode I, KIC ~ 80 Mpa. M0. 5, and mode II (phase II2). These phases were characterized by their waveform, their energy, and their duration. The classification of AE parameters by using the principal component analysis (PCA) in two well separated populations’ signals allotted to the two corrosion phases cited above. The confirmation of the influence of SCC on the degradation of the mechanical properties of cables by SEM observations. This study has shown a real potential of use of AE for the in situ and for the real-time health monitoring of prestressed concrete structures degradation.
Abstract FR:
L’une des causes principales de la ruine des ouvrages d’art est la dégradation des câbles tendus d’acier liée à la corrosion sous contrainte (CSC). Ce phénomène est très redouté pour ces ouvrages en raison de sa complexité et de ses conséquences économiques et sécuritaires. L’objectif de ce travail est d’étudier et de caractériser ce type de dégradation en présence d’agents agressifs tels que les chlorures, en couplant la technique d’émission acoustique (EA) aux mesures électrochimiques. Dans un premier temps, à l’aide des méthodes électrochimiques, le comportement à la corrosion de ces câbles d’acier dans différentes solutions chlorurées à pH 12 a été étudié. Dans un deuxième temps, la propagation, la distorsion et l’atténuation des ondes générées dans ces câbles, à partir d’une source ultrasonore calibrée, ont été caractérisées. Puis, le comportement acoustique du câble en conditions de CSC a été étudié. L’analyse des paramètres d’EA (formes d’ondes, énergie, durée, …) a permis la discrimination de deux phases de corrosion. La phase I est une période de latence liée à la rupture du film passif et à l’amorçage des piqûres. La phase II regroupe deux périodes d’activités. La période 1 (phase II1) correspond à la propagation des piqûres et à l’amorçage des fissures. La période 2 (phase II2) correspond à propagation de ces fissures jusqu’à la rupture du câble. Le couplage de l’activité acoustique et l’analyse microscopique a permis de déterminer la vitesse de propagation des fissures (10-8m/s) et aussi de mettre en évidence leurs modes I et II de propagation. Le mode I de ténacité KIC = 80 MPa. M0,5 est perpendiculaire à la contrainte appliquée. Le mode II, avant la rupture, est parallèle à cette contrainte. En conséquence, la technique d’émission acoustique s’est avérée un outil puissant et pertinent pour le suivi in-situ de l’endommagement lié aux phénomènes de la CSC.