Construction d’un modèle physique de joints de dilatation pour l’étude de la relation entre la température du béton et la perméabilité des joints

M’nasri, Salma (2020). Construction d’un modèle physique de joints de dilatation pour l’étude de la relation entre la température du béton et la perméabilité des joints. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les infiltrations d’eau par les joints de dilatation représentent un enjeu important pour les tunnels. Pour conserver la compétence structurale des tunnels et prolonger leur durée de vie, la résolution rapide et efficace des problèmes d’infiltration d’eau est d’une importance primordiale. Plusieurs méthodes permettent de caractériser les infiltrations de façon non destructive. La thermographie infrarouge est une de ces méthodes. Par contre, à l’heure actuelle, cette méthode est surtout qualitative : elle permet d’identifier les infiltrations, mais elle ne permet pas de mesurer les débits ou de classer les joints selon leur endommagement.

Ce projet vise à simuler le comportement thermique des joints de dilatation caractérisés par des perméabilités différentes sous des températures différentes à l’intrados et à l’extrados. Un modèle physique en béton comportant quatre types de joints en polystyrène extrudé a été construit. L’intérieur du modèle représente l’extrados du tunnel. Les températures de l’eau à l’intérieur du modèle, de l’eau d’infiltration, de l’air et du béton ont été mesurées avec des thermocouples. La thermographie infrarouge a été utilisée pour mesurer la température de la surface du béton. Ces mesures de températures ont été comparées à des mesures du débit d’infiltration pour chaque joint.

Le joint construit avec des feuilles minces en polystyrène a été le plus perméable avec un débit de fuite moyen de 4,2 L/h. Le joint avec la bande d’arrêt d’eau a été le plus étanche avec un débit de fuite moyen de 0,026 L/h. Un débit moyen de 3,0 L/h a été enregistré pour le joint avec une simple feuille de polystyrène. Le joint en polystyrène scellé avec du silicone a enregistré des débits de fuites plus faibles avec une valeur moyenne de 1,4 L/h. Les résultats montrent que chaque joint suit les mêmes tendances à la suite des changements de température de l’eau infiltrée. Les températures du béton enregistrées montrent que le joint le plus perméable a toujours enregistré les températures les plus élevées par rapport aux autres joints où une température minimale du béton à l’intrados de 15,03°C est enregistrée à une profondeur de 7 cm et à 10 cm du joint pour une température de l’eau à l’extrados de 12,9°C. Les températures les plus faibles ont été enregistrées pour le joint avec la bande d’arrêt d’eau avec une température minimale de 14,17°C enregistrée au même emplacement et pour la même température de l’extrados. Les températures du béton mesurées à une profondeur de 3 cm confirment l’anomalie de la température à la surface du béton montrée par imagerie thermographique.

Les thermographies infrarouges montrent un lien clair entre l’intensité des anomalies de température et le débit mesuré pour chaque joint. Les changements de débits en fonction du temps peuvent être corrélés à l’apparition et la disparition d’anomalies de température à la surface du béton et au niveau du joint. L’augmentation de l’écart entre les températures de l’air et de l’eau dans le modèle accentue le contraste des thermographies infrarouges.

Titre traduit

Construction of a physical model of expansion joints to study the relationship between concrete temperature and joint permeability

Résumé traduit

Water infiltration through expansion joints is an important issue for tunnels. To maintain the structural competence of tunnels and extend their service life, the rapid and efficient resolution of water infiltration problems is of paramount importance. Several methods can be used to characterize infiltrations in a non-destructive way. Infrared thermography is one of these methods. However, at present, this method is mainly qualitative: it allows for the identification of infiltrations, but it does not allow for the measurement of flow rates or the classification of joints according to their damage.

This project aims to simulate the thermal behaviour of expansion joints characterized by different permeabilities under different temperatures inside and outside the tunnel. A physical concrete model with four types of extruded polystyrene joints was constructed. The inside of the model represents the outside of the tunnel (extrados). The temperatures of the water inside the model, the water flowing out of the model, air, and concrete were measured with thermocouples. Infrared thermography was used to measure the concrete surface temperature. These temperature measurements were compared to infiltration rate measurements for each joint.

The joint built with thin polystyrene sheets was the most permeable with an average leakage rate of 4.2 L/h. The joint with the waterstop strip was the tightest with an average leakage rate of 0.026 L/h. An average leakage rate of 3.0 L/h was recorded for the joint with a simple polystyrene sheet. The polystyrene joint sealed with silicone recorded a lower leakage rate with an average value of 1.4 L/h. The results show that each joint followed the same trends as a result of changes in the temperature of the infiltrated water. The concrete temperatures show that the most permeable joint always recorded the highest temperatures compared to the other joints with a minimum temperature of the concrete of 15,03°C recorded at a depth of 7 cm and at 10 cm from the joint for a water temperature inside the model of 12,9°C. The lowest temperatures were recorded for the joint with the waterstop with a minimum temperature of 14,17°C recorded at the same location and for the same water temperature. The measured concrete temperatures at a depth of 3 cm confirm the anomaly of the concrete surface temperature shown by thermographic imaging.

Infrared thermographs show a clear link between the intensity of temperature anomalies and the flow rate measured for each joint. Changes in flow rate as a function of time can be correlated with the appearance and disappearance of temperature anomalies at the surface of the concrete and at the joint. The increasing difference between air and water temperatures in the model increases the contrast of the infrared thermography.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de la construction". Comprend des références bibliographiques (pages 121-124).
Mots-clés libres:	infiltration d’eau, joint de dilatation, modèle physique, température du béton, débits de fuite, thermographie infrarouge
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Duhaime, François
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	24 sept. 2021 16:39
Dernière modification:	24 sept. 2021 16:39
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2705

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