Concevoir, Construire et gérer des structures durables en ... · Définit les classes d’agressivité chimique et les classes d’exposition aux attaques chimiques: XA1 / XA2

Concevoir, Construire et gérer des structures durables en béton

Saint-Brieuc09 novembre 2016Lycée Freyssinet

En partenariat avec :

Évolutions normatives et réglementaires,Démarche performantielle

Concevoir, construire et gérer des structures durables en bétonSaint-Brieuc, le 9 novembre 2016 2

Recommandations pour maitriser la durabilité des bétons : de la

spécification à la mise en œuvre

Concevoir, Construire et gérer des structures durables en bétonÉvolutions normatives et réglementaires,Démarche performantielle

Concevoir, construire et gérer des structures durable en bétonSaint-Brieuc, le 9 novembre 2016 3

Prévention vis à vis des risques en environnements chimiquement agressifs

� Patrick Guiraud

� CIMbéton



RECOMMANDATIONS

La définition de l’agressivité chimique et en particulier la collecte d’informations concernant la composition chimique des milieux avec lesquels les bétons seront en contact

relève de la responsabilité du maitre d’oeuvre


NORME NF EN 206/CN


CLASSE D’AGRESSIVITE CHIMIQUE

La norme NF EN 206/CN définit pour les attaques chimiques 3 classes d’expositionCorrespondant à 3 niveaux d’agressivité chimique:

- XA1 Environnement à faible agressivité chimique- XA2 Environnement d’agressivité chimique modérée- XA3 Environnement à forte agressivité chimique

TABLEAU 1 : DEFINITION DES CLASSES D’AGRESSIVITE CHIMIQUE

- Agressivité des eaux en fonction de leur concentration en agents agressifs : C02 , SO4 , Mg,NH4 …

- Agressivité des sols : SO4 , acidité…- Agressivité des gaz : SO4 , H2S


ARTICLE NA 4.1.7 ATTAQUES CHIMIQUES

En complément du tableau 2 de la norme , il convient de se reporter au fascicule de documentation FD P 18-011 : Définitions et classification des environnements chimiquement agressifs -Recommandations pour la formulation des bétons

Ce fascicule sert de référence pour le choix du liant (ciment et addition ) en fonction de la classe d’exposition

Nota 1 : L’attention du prescripteur est attirée sur le fait que , pour les environnements agressifs dans les milieux industriels une étude spécifique est nécessaire pour déterminer l’exposition du béton

Nota 2 : Pour les classes d’exposition XA , l’attention du prescripteur est attiré sur le fait que la seule imposition d’une classe XA ne permet pas de déterminer l’enrobage conformément à la norme NF EN 1992-1-1 et son Annexe Nationale .Il convient de préciser les classes d’exposition retenues vis-à-vis des risques de corrosion des armatures (XC , XS ou XD)

NORME NF EN 206/CN


FASCICULE DE DOCUMENTATION FD P 18-011



DEFINITION ET CLASSIFICATION DES ENVIRONNEMENTS CHIMIQUEMENT AGRESSIFS

Recommandations pour la formulation des bétons

Parution Mars 2016


FASCICULE DE DOCUMENTATION FD P 18-011SOMMAIRE

1. Domaine d’application

2. Références normatives

3. Généralités

4. Définition des environnements chimiques agressifs

5. Mode d’action des environnements chimiquement agressifs

5.1. Milieux liquides

5.2. Milieux gazeux

5.3. Milieux solides

6. Classification des environnements chimiquement agressif et recommandations pour le choix des ciments et des additions

6.1 Classes d’agressivité chimique

6.2 Définition des classes d’exposition aux attaques chimiques

6.3 Recommandations pour le choix des ciments

6.4 Recommandations pour le choix des additions

1/2


SOMMAIRE suite

7. Recommandations pour la formation et la fabrication des bétons, à l’exclusion des produits manufacturés en béton couverts par des normes spécifiques7.1 Généralités7.2 Cas particuliers des produits manufacturés relevant de la norme NF EN 133697.3 Cas particulier de formulations de bétons spécialement étudiées pour résister à

certaines agressions chimiques

Annexe A (informative)Degré d’acidité des sols selon Baumann-Gully

Bibliographie


2/2


LE FASCICULE DE DOCUMENTATION FD P 18-011 :

� Définit les environnements chimiquement agressifs pour les bétons non armés , armés et précontraints, - milieux liquides : eaux pures , eaux de mer , solutions de sels , d’acides ou de bases ,

eaux résiduaires , liquides organiques… - milieux gazeux : gaz , vapeur …- milieux solides : sols naturels , remblais..

� Décrit les modes d’actions des environnements chimiquement agressifs

�Définit les classes d’agressivité chimique et les classes d’exposition aux attaques chimiques: XA1 / XA2 / XA3,

� Fournit des recommandations pour le choix des ciments, des additions et pour la formulation et

la fabrication des bétons destinés à des structures soumises à des environnements agressifs

Il est complémentaire de la norme NF EN 206/CN pour les bétons et de la norme NF EN 13669 pour les produits préfabriqués en béton



FACTEURS INFLUENÇANT L’AGRESSIVITÉ POUR LE BÉTON

� HUMIDITÉ RELATIVE

Atmosphère: sèche (HR <65%)

humide (65%<HR<80%)

très humide (HR>80%)

� TEMPÉRATURE

Si T ↑ → Vitesse de réacHon ↑

Dégradation importante à basse température

� CYCLE DE TEMPÉRATURE ET D’HUMIDITÉ RELATIVE

� MOBILITÉ DU MILIEU : gaz et solutions

� CONCENTRATION DE L’AGENT AGRESSIF

� DURÉE D’EXPOSITION

� PRESSION

� PRESENCE DE MICRO-ORGANISME



3 MILIEUX

MILIEUX LIQUIDES

� Eaux pures : eaux faiblement minéralisées qui peuvent lessiver les constituants les plus solubles du béton (portlandite).

� Solutions acides: pH inférieur à 7

� Acides minéraux : HCl, HNO3, H2SO4 fort effet dissolvant sur les ciments

� Acides organiques : acide acétique, lactique,formique, attaquent les constituants calcaire du ciment

� Acides humiques :

� Solutions basiques : pH supérieur à 7

� Solutions salines :

� Chlorures ou sulfates de magnésium

� Chlorures ou sulfates et nitrates d’ammonium

� Chlorures ,sulfures ,carbonates

� Eau de mer : ions chlorure (Cl-), ions sulfate (SO42-), ions magnésium (Mg2+).

� Graisses et huiles acides

ENVIRONNEMENTS CHIMIQUEMENT AGRESSIFS½


ENVIRONNEMENTS CHIMIQUEMENT AGRESSIFS 2/2

MILIEUX GAZEUX

Agressivité des gaz en présence d’eau ou d’humidité

� Anhydride sulfureux: SO2

� Acide sulhydrique: H2S

� Anhydride carbonique: CO2 Carbonatation du béton

MILIEUX SOLIDESAgressivité des sols fonction de l’eau qu’ils contiennent et des circulations d’eaux

� Sulfates� Acides carboniques� Acides organiques



� CLASSES D’EXPOSITION AUX ATTAQUES CHIMIQUES

Lorsque plusieurs agents agressifs sont présents avec des concentrations conduisant à un classement XA3 la classe d’exposition reste XA3Lorsqu'au moins un agent agressif présente une concentration dépassant la limite de la classe XA3 ,il convient de prévoir une protection externe (enduit , peinture ) ou interne (imprégnation)

� RECOMMANDATIONS POUR LE CHOIX DES CIMENTS

MILIEUX CONTENANT DES SULFATESEAU DE MERMILIEUX ACIDESEAUX PURES

� RECOMMANDATIONS POUR LE CHOIX DES ADDITIONS

Laitiers de haut fourneau, cendres volantes, fumée de silice, métakaolins utilisées - en substitution partielle du ciment : liant équivalent- incorporées dans le béton sans substitution du ciment


DEFINITION DES CLASSES D’AGRESSIVITÉ CHIMIQUE1/2

Agent agressif Norme d’essai Classe d’agressivité selon NF EN 206/CN

XA1 XA2 XA3

CO2 agressif (mg/l) NF EN 13577 ≥ 15 et ≤ 40 > 40 et ≤ 100>100

Jusqu’à saturation

SO42-(mg/l) NF EN 196-2 ≥ 200 et ≤ 600 > 600 et ≤ 3 000 > 3 000 et ≤ 6 000

Mg2+ (mg/l) NF EN ISO 7980 ≥ 300 et ≤ 1 000> 1 000 et ≤ 3

000

> 3 000

Jusqu’à saturation

NH4+ (mg/l)

ISO 7150-1 ou

ISO 7150-2≥ 15 et ≤ 30 > 30 et ≤ 60 > 60 et ≤ 100

pH NF T 90-008 ≤ 6,5 et ≥ 5,5 < 5,5 et ≥ 4,5 < 4,5 et ≥ 4,0

TAC (mé/l)NF EN ISO 9963-1 et NF EN ISO 9963-2

≤ 1,0 et ≥ 0,4 < 0,4 et ≥ 0,1 < 0,1

� AGRESSIVITÉ DES EAUX


� AGRESSIVITE DES SOLS

DEFINITION DES CLASSES D’AGRESSIVITÉ CHIMIQUE2/2


XA1 XA2 XA3

SO42- (mg/kg de sol

séché à 105°C ± 5°C)NF EN 196-2 ≥ 2 000 et ≤ 3 000 > 3 000 et ≤ 12 000 > 12 000 et ≤ 24 000

Degré d’acidité Annexe A > 200 - -

� AGRESSIVITE DES GAZ en milieu humide supérieur à 75% en présence d’oxygène


XA1 XA2 XA3

SO2 (mg/m3) NF EN 14794 ≥ 0,15 et ≤ 0,5 > 0,5 et ≤ 10 > 10 et ≤ 200

H2S (mg/m3) NF EN ISO 19739 < 0,10 ≥ 0,1 et ≤ 10 > 10 et ≤ 200

Nota : si un agent agressif présente une concentration dépassant la limite de la classe XA3,

le béton doit être protégé (protection externe et interne).


�MILIEU CONTENANT DES SULFATES ( SOLS)

CLASSE D’EXPOSITION

CHOIX DU CIMENT

XA1 Pas de recommandations particulières

XA2Ciments SR conformes à la norme NF EN 197-1

Ciments conformes à la norme NF P 15-317 (PM) ou NF P 15-319 (ES)

XA3 Ciments SR conformes à la norme NF EN 197-1

Ciments conformes à la norme NF P 15-319 (ES)

Il convient que les ciments SR conformes à la norme NF EN 197-1 respectent les spécifications complémentaires données au paragraphe NA.F.1. de la norme NF EN 206/CN : 2014 :� Teneur en SO3 ≤ 3,5 % pour les CEM I SR 0 et SR 3 et ≤ 2,5 % pour les CEM I SR 5

� Teneur en C3A et C4AF du clinker telles que la condition suivante : (C4AF) + 2 (C3A) ≤ 20% soit satisfaite pour les

ciments CEM I et CEM II.

Autre Exemple : � Milieux contenant du sulfates (solutions)

EXEMPLE DE RECOMMANDATIONS POUR LE CHOIX DU CIMENT


�MILIEUX ACIDES ET EAUX PURES

CLASSE D’EXPOSITION CHOIX DU CIMENT

XA1

CEM II/BS ,CEM II/B-V ,CEM II/B-P,CEM II/B-Q ,CEM II/B-M(S-V)

CEM III/A conformes à la norme NF 197-1

Ciments conformes aux normes NF P 15-317 (PM) ou NF P 15319 (ES)

CEM IV/A et B conformes à la norme NF EN 197-1

Ciments SR conformes à la norme NF EN 197-1

XA2

CEM II/B S ,CEM II/B-V,CEM II/B-P,CEM II/B-Q ,CEM II/B-M(S-V)

CEM III/A conforme à la norme NF EN 197-1

Ciments conformes aux normes NF P 15-319 (ES)

CEM IV/ B conformes à la norme NF EN 197-1

Ciments SR conformes à la norme NF EN 197-1

CEM V conforme à la norme NF P 15-319 (ES)

XA3CEM III/A,B,C , CEM V/A et B conformes à la norme NF P 15-319

CEM IV /B conformes à la norme NF EN 197-1

EXEMPLE DE RECOMMANDATIONS POUR LE CHOIX DU CIMENT


Prévention vis-à-vis du risque de dégradations dues au gel(selon fascicule 65 du CCTG)

� Benoit Thauvin (avec l’appui de Sylvie Arnaud et Michael Dirkens)

� CEREMA



Dégradations dues au gel

� Deux types de pathologies : gel interne, écaillage

� Indépendantes l’une de l’autre

� Mais pouvant se produire de manière simultanée

Gel interneEcaillage



� Dans la masse

� Fissuration interne

� Gonflement

Gel interne Écaillage

� En surface

� Éclatement superficiel de la surface exposée aux sels de déverglaçage sous forme d’écailles



� Augmentation du volume de l’eau gelée dans les pores,

� Déplacement de l’eau dans les capillaires trop petits pour geler,

� Création de surpressions

� Endommagement de la matrice cimentaire

Gel interne Écaillage

� Présence de sels de déverglaçage

� Bétons non conçus pour y résister

� Cycles répétés de gel - dégel

� En présence de chlorures dans le béton, le béton en surface gèle à des T° plus basses que celles du béton plus en profondeur

� Création de contraintes différentielles entre la peau et le cœur

� Endommagement du béton en surface


Prévention

� Exécution :� Fabrication : Malaxage important et régulier

� Mise en place : Vibration, talochage

� Cure adaptée !

� Formulation, composition :� Fonction des classes d’exposition de la partie d’ouvrage


Prévention

� Référentiel :

NormeNF EN206/CN

Béton - Spécifications, performances, production

et conformité

Fascicule 65 du CCTG

Exécution des ouvrages de génie civil en béton

Recommandations pour la durabilité des bétons durcis soumis au gel, Guide LCPC, 2003

Normes d’essais :- Essais de gel sur béton durci(NF P18-424, NF P18-425)- Essai d’écaillage des surfaces de béton durci (XP P18-420)


Prévention� Classes d’exposition au gel-dégel

� Fonction de l’intensité du gel et de la fréquence de salage

Figure NA.2 (NF EN206/CN)

Carte de gel Carte de salage

Figure NA.3 (NF EN206/CN)


Spécifications (non exhaustives)� Classes d’exposition au gel-dégel

Salage peu fréquent (ou aucun

salage)Salage fréquent Salage très

fréquent

Gel faible ou modéré pour les éléments très exposés aux risques

d’écaillage (1)

XF1 XF2(2) XF4 (G+S)

Gel faible ou modéré pour les autres

élémentsXF1 XF2(2) XF2(2)

Gel sévère XF3 (G) XF4 (G+S) XF4 (G+S)

(1) Éléments très exposés au risque d’écaillage : surfaces horizontales soumises aux stagnations d’eau et aux projections directes de sels de déverglaçage : corniches, solins d’ancrage des joints de chaussée, longrines d’ancrage des dispositifs de retenue


Spécifications� Nature du ciment

Pour les classes XF2 et XF4 (utilisation de sels de déverglaçage) :

- Utilisation de ciments conformes à la norme NF P15-317 (PM)

- Ou utilisation de ciments résistants aux sulfates :

- Ciments conformes à la norme NF 15-319 (ES)

- Ciments résistants aux sulfates (SR) (NF EN 197-1) et répondant aux exigences complémentaires de la marque NF Liants hydrauliques

� Nature des granulatsPour les classes XF3 et XF4 :

- Utilisation de granulats non gélifs (NF P18-545)


Spécifications� Teneur en air occlus

(2) Les bétons relevants de la classe XF2 peuvent être formulés de deux façons différentes :

- Avec une teneur en air occlus > 4%

- Avec une teneur en air occlus < 4% et spécifications correspondant à la classe XD3 (tableaux NA.F ou tableau 8B)

Intérêt :

- Limiter le recours à des bétons à air entraîné aux cas les + défavorables

- Privilégier la prévention contre les risques de corrosion des armatures due aux chlorures (spécifications XD3) en zone de gel faible/modéré avec salage fréquent/très fréquent


Spécifications� Teneur en air occlus

Résistance au gel avec ou sans sel de déverglaçage

(XF2, XF3, XF4) :

Possibilité de déroger à la teneur mini en air occlus sous réserve de respecter les seuils associés aux essais de performances :

- NF P18-424 et 425 : Essais de gel

- XP P18-420 : Essai d’écaillage


Spécifications

� Teneur mini en liant équivalent

Pour les classes XF3 et XF4 : Leq > 385 kg/m3 (fascicule 65 du CCTG)

Possibilité de réduire le dosage mini en liant équivalent :

- XF3 : Leq > 350 kg/m3

- XF4 : Leq > 370 kg/m3

Sous réserve de respecter les seuils associés aux essais de performance (essais de gel interne, essai d’écaillage)

Pour la classe XF2 : Leq > 350 kg/m3 (fascicule 65 du CCTG)

Pour les éléments très exposés au risque d’écaillage :

- Leq > 370 kg/m3

- Teneur en air occlus > 4%


Spécifications

� Autres

Pour les classes XF3 et XF4 :

Les spécifications complémentaires relatives aux bétons G ou G+S sont à respecter si elles sont exigées au marché.

Voir Recommandations pour la durabilité des bétons durcis soumis au gel

Spécifications d’essais à réaliser et de seuils à vérifier en :- Épreuve d’étude- Épreuve de convenance- Épreuves de contrôles


Spécifications

� Autres

Essais de détermination du facteur d’espacement (ASTM C457) :

Demi-distance entre 2 bulles

Étude et convenance Contrôle

Béton G(CEM I et II)

≤≤≤≤ 250 µm ≤≤≤≤ 300 µm

Béton G(CEM III)

L étude

à valider par essai de gel≤≤≤≤ L étude + 50 µm

Béton G+S ≤≤≤≤ 200 µm ≤≤≤≤ 250 µm


Spécifications

� Autres

Essais de gel sur béton durci :

- Gel dans l’eau et dégel dans l’eau (NF P18-424)

- Gel sévère avec forte saturation du béton

- Gel dans l’air et dégel dans l’eau (NF P18-425)

- gel modéré ∀ le degré de saturation en eau du béton

- gel sévère avec saturation modérée en eau du béton

300 cycles, Amplitude (-18 +9)°C, 4 cycles sur 24 h

Durée de l’essai : 3,5 mois

Critères d’évaluation :

• déformation longitudinale : ∆l/l

• fréquence de résonance : f1²/f

0²

Prismes 10x10x40 cm


Spécifications

� Autres

Essais de gel sur béton durci :

Étude et convenance Contrôle

Allongement relatif (∆l/l) ≤≤≤≤ 400 µm/m ≤≤≤≤ 500 µm/m

Fréquence de résonance (f²/fo²) ≥≥≥≥ 75 % ≥≥≥≥ 60 %


Spécifications

� Autres

Essai d’écaillage des surfaces de béton durci exposées au gel en présence d’une solution saline (XP P18-420) :

Gel en présence de sels de déverglaçage

Échantillons : ½ cube 15x15x7 cm

Cycles : 56 cycles (1 par 24 h)

Amplitude : (-20 + 20)°C

Durée : 3 mois environ

Etude et convenance Contrôle

Quantité de particules après 56 cycles ≤≤≤≤ 600 g/m² ≤≤≤≤ 750 g/m²


Conclusions

� Spécifications complexes

� Essais de contrôles spécifiques

� Grand Ouest : XF1 ou XF2 sauf cas particulier (salage)

� Retour d’expériences : pas d’écaillage

� XF2 => Air occlus < 4% et spécifications XD3=> On privilégie la prévention des risques de corrosion par les sels

de déverglaçage


Merci pour votre attention


Prévention vis à vis de l’alcali-réaction

� Michel Menguy

� CEREMA



FD P18-464

Le FD P18-464 (2014) remplacer et actualise

les recommandations LCPC de Juin 94– Vise à optimiser la gestion des ressources de

granulats en accord avec une démarche de développement durable.

Il ne privilégie pas la solution restrictive « Granulats NR »

– Démarche par « partie d’ouvrage »

– Actualisation normative


La démarche se fait en deux temps :– Détermination du niveau de prévention à

atteindre parmi 3 niveaux (A,B ou C), le choix étant fonction de :

• La catégorie de l’ouvrage

• La classe d’exposition du béton à l’environnement climatique

– Orientation vers la (ou les) solution(s) possible(s) au regard des précautions liées au niveau de prévention retenu.

FD P18-464


Catégorie d’ouvrage (ou partie d’ouvrage)– Catégorie I :

• Eléments non porteurs à l’intérieur des bâtiments

• ouvrages provisoires ou facilement remplaçables

• produits préfabriqués non structurels

– Catégorie II :• La plupart des bâtiments et des ouvrages de

génie civil

– Catégorie III : Ouvrages de génie civil où le risque de RAG est jugé inadmissible : centrales nucléaires, ponts ou viaducs exceptionnels, barrages, tunnels, bâtiments de prestige.

FD P18-464


Classes d’exposition (ouvrage ou partie d’ouvrage)

FD P18-464

LRPC 94 FD P18-464 Description de l’environnement

Classe 1 XAR1 Sec ou peu humide (Hr<80%)a)

Classe 2 XAR2 Hr > 80 % ou en contact avec l’eau, avec ou sans gel

Classe 3 XAR3 Hr > 80 % avec gel et fondants

Classe 4 Marin

a) Certaines pièces de forte épaisseur (au moins de l’ordre 50cm pour une pièce ayant une seule face de séchage, et de l’ordre de 1m d’épaisseur pour les pièces ayant deux faces de séchage) peuvent garder une humidité interne qui amène à classe XAR2


FD P18-464

LCPC 94

Détermination du niveau de prévention


Les précautions à prendre en fonction du niveau retenu (1/2) :

– Niveau A : Pas de précaution particulière

– Niveau B : Précautions particulières

4 dispositions • Granulats NR

• Ou granulats PRP avec conditions spécifiques

• Ou bilan des alcalins satisfaisant

• Ou essai de performance de la formule satisfaisant


Les précautions à prendre en fonction du niveau retenu (2/2):

− Niveau C : précautions exceptionnelles� Granulats NR, ou PRP avec des conditions particulières

satisfaisantes

Ou, dans les quelques cas où l’approvisionnement en granulats NR ou PRP est particulièrement difficile :

Etude approfondie de la formule envisagée

� Granulats PR avec détermination seuil en alcalins déclenchant la RAG (base essai de performance NF P18-454 mais ciment à basse teneur en alcalins) + application d’une marge de sécurité (1 à 2kg/m3 de moins en fonction du caractère critique de la structure et de la variabilité des constituants)


La qualification des granulats NR, PRP ou PRSuivant déroulement prévu par la NF P18-594 (Méthodes d’essais) et le FD P18-542 (critères de qualification) associé.

Etude pétrographique – qualification NR si espèces réactives <4 %

Essais de stabilité dimensionnelle

Essais cribles (5j) - qualification NR PRP ou PR

Autoclave (essai de réf) sur 40x40x160mm5h à 127°c 0,15MPa en milieu suralcalinisé

Microbar (alternatif) sur éprouvettes 10x10x40mmcure vapeur (4h) cure alcaline 150°c (6h)

Essai à long terme (8 mois)Sur éprouvettes 70x70x282mm 38°c et 100 % d’humidité, une mesure par mois

Essais sévères :Si NR ou PRP pas de douteSi PR, un essai long peut qualifier le granulat NR


Conditions particulières granulats PRP

Lorsque que les deux conditions sont respectées :

Condition 1 :

• Tous granulats PRP

Condition 2 :

• Soit le mélange >70 % silex (XP P18-543)

• Soit essai de performance du béton satisfaisant (NF P18-454)

Gonflement maximal pour une teneur en silice réactive dite « pessimale »

En dessous ou au dessus de le teneur pessimale le gonflement décroît fortement


Bilan en alcalin satisfaisant

Teneur en alcalins ACTIFS du béton = T (kg/m3 du béton)

T = C.AC + B.AB + U.AU + E.AE

Ciment Granulats Adjuvants Eau

+ H.AH

Additions

Ex: C: quantité de en ciment (kg/m3 de béton) et Ac: teneur en alcalins actifs du ciment (% en masse)

méthodes de calcul des teneurs:

NF P 18-464: références normatives et méthodes regroupées dans le tableau 4


Béton de CEM I, CEM II et CEM V

Lorsque les données statistiques des teneurs en alcalins actifs du ciment, des cendres volantes et du laitier sont disponibles, on utilisera la règle :

Tm < 3,5 kg/m3 et Tmax < 3,5 kg/m3

1 + 2Vc

et CEM III/A avec laitier < 60% ou béton avec additions de composition similaire



Béton de CEM I, CEM II et CEM V

Tm = teneur moyenne en alcalins du béton (tableau 5)

Tmax = teneur maximale

En l’absence de données sur les dispersions des teneurs en alcalins, on admet qu’une formule de béton convient à l’emploi de granulats potentiellement réactifs si :

Tm < 3,0 kg/m3 et Tmax < 3,3 kg/m3


et CEM III/A avec laitier < 60% ou béton avec additions de composition similaire


Béton de CEM III

Dans ce cas, il convient de :� s’assurer que le laitier est en quantité suffisante� limiter le taux d’alcalins TOTAUX des ciments CEM III

Une formule de béton convient à l’emploi de granulats potentiellement réactifs si :

am < 1,1 % am < 2,0 %

am = teneur moyenne en alcalins totaux du ciment

S = teneur en laitier de haut fourneau dans le ciment

CEM III/A ou CEM III/B CEM III/C

avec S(Laitier) > 60%





Prévention vis à vis de la Réaction Sulfatique Interne (RSI)

� Bruno Godart

� IFSTTAR



Introduction

Introduction

2007 : Publication par le LCPC des recommandations pour la prévention des désordres dus à la RSI

(Sous la Direction de L. Divet et B. Godart)


La démarche préventive� Les bases de la méthode

1. Identifier les parties d’ouvrages susceptibles de développer une RSI

2. Choisir la catégorie dans laquelle se trouve l’ouvrage (ou la partie)

3. Caractériser l’environnement

Implique le niveau de prévention qui détermine alors les précautions à prendre

La démarche préventive


1. Identifier les parties d’ouvrage1. Identifier les parties d’ouvrage1. Identifier les parties d’ouvrage1. Identifier les parties d’ouvrage


� Les produits préfabriqués en béton subissant un traitement thermique

� Les parties d’ouvrages définies comme étant des pièces critiques� La notion de pièce massive n’est pas pertinente �� annexe 3

Semelle de 1,5 m d’épaisseur :

C30/37 dosé à 370 kg/m3 de CEM III/A 42,5 N � ∆∆∆∆T = 29°C

Voile de 0,6 m d’épaisseur :

C40/50 dosé à 400 kg/m3 de CEM I 42,5 R � ∆∆∆∆T = 45°C

Définition d’une pièce critique : Pièce de béton pour laquelle la chaleur dégagée ne sera que très partiellement évacuée vers l’extérieur et conduira à une élévation importante de la température du béton (Epaisseur au moins supérieure à 0,25 m)

Identifier les parties d’ouvrage


� L’élévation de température au sein d’un élément en béton dépend :

� de l’exothermie du béton

� de sa géométrie

� de la température initiale du matériau

� des déperditions thermiques

On ne peut pas établir une limite précise concernant l’épaisseur de la pièce à partir de laquelle il faut parler de

pièce massive

Identifier les parties d’ouvrage


2. Catégorie de l’ouvrage ou de la 2. Catégorie de l’ouvrage ou de la 2. Catégorie de l’ouvrage ou de la 2. Catégorie de l’ouvrage ou de la partie d’ouvragepartie d’ouvragepartie d’ouvragepartie d’ouvrage


� 3 catégories représentatives du niveau de risque vis-à-vis de la RSI que l’on est prêt à accepter pour un ouvrage :

� Choix décidé par le maître d’ouvrage

� Ce choix est fonction :

� de la nature de l’ouvrage

� de sa destination

� des conséquences des désordres sur la sécurité souhaitée

� de son entretien ultérieur

Choix de la catégorie


Catégorie Exemples d’ouvrages ou d’éléments d’ouvrage

Catégorie Iconséquences

faiblesou acceptables

- Ouvrages de classe de résistance inférieure à C 16/20- Eléments non porteurs des bâtiments- Eléments aisément remplaçables- Ouvrages provisoires- La plupart des produits préfabriqués non structurels

Catégorie IIConséquences

peutolérables

- Les éléments porteurs de la plupart des bâtiments et les ouvrages de génie civil (dont les ponts courants)

- La plupart des produits préfabriqués structurels (y compris les canalisations sous pression)

Catégorie IIIConséquencesinacceptables

Ou quasi inacceptables

- Bâtiments réacteurs de centrales nucléaires et aéroréfrigérants- Barrages- Tunnels- Ponts ou viaducs exceptionnels - Monuments ou bâtiments de prestige- Traverses de chemin de fer

Choix de la catégorie


3. Classe d’exposition3. Classe d’exposition3. Classe d’exposition3. Classe d’exposition


� La norme NF EN-206/CN ne définit pas de classe d’exposition adaptée à la RSI

� 3 classes complémentaires XH1, XH2 et XH3 sont créées� elles prennent en compte le fait que l’eau ou une hygrométrie ambiante élevée sont des facteurs nécessaires à la RSI

� Ces 3 classes viennent en complément des 18 classes d’exposition définies dans la norme NF EN 206/CN

� Elles doivent être spécifiées au CCTP pour chaque partie d’ouvrage

Choix de la classe d’exposition


Classesexposition

Description de l’environnement

Exemples informatifs illustrant le choix desclasses d’exposition

XH1 sec ou humiditémodérée

- Partie d’ouvrage située à l’intérieur de bâtiments où letaux d’humidité de l’air ambiant est faible ou moyen- Partie d’ouvrage située à l’extérieur et abritée de laPluie

XH2 alternancehumidité-

séchage,humidité élevée

- Partie d’ouvrage située à l’intérieur de bâtiments où letaux d’humidité de l’air ambiant est élevé- Partie d’ouvrage non protégée par un revêtement etsoumis aux intempéries, sans stagnation d’eau à lasurface- Partie d’ouvrage non protégée par un revêtement etsoumise à des condensations fréquentes

XH3 en contactdurable avec

l’eau :- Immersion permanente- stagnation d’eau à la

surface- zone de marnage

- Partie d’ouvrage submergée en permanence dansl’eau

- Eléments de structures marines- Un grand nombre de fondations- Partie d’ouvrage régulièrement exposée à desprojection d’eau

Choix de la classe d’exposition


Détermination du niveau de prévention Détermination du niveau de prévention Détermination du niveau de prévention Détermination du niveau de prévention


�� de la responsabilité du maître d’ouvrage

Classe

d’expositionCatégorie d’ouvrage

XH1 XH2 XH3

IRisque faible ou

acceptable

As As As

IIRisque peu tolérable As Bs Cs

IIIRisque inacceptable As Cs Ds

Choix du niveau de prévention


Choix du niveau de prévention� Exemple d’application à un pont classé en catégorie II �Pieux et semelles de fondation : niveau Cs

� Piles et tablier : niveau Bs

� Chevêtre sur pile et sommiers sur culée : niveau Bs ou Cs

� fonction des dispositions prises pour assurer l’évacuation des eaux

Choix du niveau de prévention


Principe de prévention� Le principe de prévention repose essentiellement

� sur la limitation de l’échauffement du béton caractérisé par Tmax susceptible d’être atteinte au sein de l’ouvrage

� Les recommandations donnent des outils de calcul de l’échauffement du béton :� méthode simplifiée permettant d’estimer si les pièces sont considérées comme critiques �� outil d’alerte

� étude plus fine en utilisant un code de calcul aux éléments finis qui prend en compte la chaleur dégagée par le béton lors d’un essai spécifique


� Pour éviter tout dégagement de chaleur excessif non maîtrisé du béton :

�� il convient de mettre en œuvre les moyens possibles suivants :

� choix de la formulation et des constituants du béton

� choix de la période de bétonnage

� refroidissement du béton frais

� dispositions constructives adaptées …

Principe de préventionPrincipe de prévention


Niveau de prévention As

� Soit Tmax < 85°C

� Soit 85°C < Tmax < 90°C

et durée (Tmax > 85°C) < 4 heuresDans le cas d’un traitement thermique maîtrisé (en usine

de préfabrication ou installations sur chantier)



� Soit 75°C < Tmax < 85°CDans ce cas, une des 6 conditions suivantes doit être respectée :

� soit (1) durée < 4 heureset Na2Oéquivalent actifs du béton < 3 kg/m3

� soit (2) utilisation d’un ciment conforme à la norme NF P15-319 (ES) avec pour les CEM I et CEM II/A : Na2Oéquivalent actifs du béton < 3 kg/m3

Niveau de prévention Bs


Une des 6 conditions suivantes doit être respectée (suite) :

soit (3) utilisation de ciments non conformes à la norme NF P15-319 (ES)

de type CEM II/B-V, CEM II/B-S, CEM II/B-Q, CEM II/B-M (S-V), CEM III/A ou CEM Vet SO3 du ciment < 3% et C3A du clinker < 8%

� soit (4) vérification de la durabilité du béton vis-à-vis de la RSI à l’aide de l’essai de performance

Niveau de prévention Bs (suite)


Une des 6 conditions suivantes doit être respectée (suite et fin) :� soit (5) utilisation en combinaison avec du CEM I, de cendres volantes, de laitiers de haut fourneau et de pouzzolanes

et proportion d’addition > 20 %et ciment CEM I : C3A < 8 % et SO3 < 3%

� soit (6) pour les éléments préfabriqués : couple béton/échauffement semblable à un couple disposant d’au moins 5 références d’emploi dans des lieux différents

Niveau de prévention Bs (suite)


Niveau de prévention Cs


� Soit 70°C < Tmax < 80°CDans ce cas, une des 6 conditions (vues précédemment) doit être respectée


Niveau de prévention Ds

1) Soit Tmax < 65°C

2) Soit 65°C < Tmax < 75°C

et utilisation d’un ciment conforme à la norme NF P15-319 (ES) avec pour les CEM I et CEM II/A : Na2Oéquivalent actifs du béton < 3 kg/m3

et validation de la formulation du béton par un laboratoire indépendant expert en RSI

2 précautions proposées, la première étant prioritaire


Introduction� Ces recommandations reprennent certains concepts de base qui ont tendance à être négligés, voire oubliés :

� structures coulées en place :

� éviter des rythmes de construction soutenus au détriment de la durabilité des structures

� optimisation multicritère du choix du ciment et de la formulation du béton (éviter CEM I 52,5 R dans une pièce massive)

� éviter le coulage de pièces massives lors des fortes chaleur si aucune disposition prise pour limiter l’échauffement

� structures constituées de produits préfabriqués :

� éviter des Tmax élevées avec des durées de palier longues

En conclusion


Introduction� Pour les niveaux Bs et CS, modification de la condition (2) introduite dans les recommandations sur l’approche performantielle du LCPC en 2010 :

utilisation d’un ciment conforme à la norme NF P15-319 (ES) excepté les ciments CEM I, CEM II/A-L et CEMII/A-LL pour les bétons de pièces critiques coulés en place.

�Révision des Recommandations RSI en cours…

� Publication prévue en 2017

En conclusion




Prévention vis à vis des risques de corrosion des armatures et optimisation de l’enrobage des armatures

� Patrick Guiraud

� CIMbéton



CORROSION DES ARMATURES


CORROSION DES ARMATURES

EFFETS DE LA CORROSION

� Gonflement des armatures (la réaction d’oxydation de l’acier s’accompagne d’une forte augmentation de volume)

� fissuration du béton� Diminution de la section � � perte de résistance des armatures� Réduction de l’adhérence acier/béton� Apparition de traces de rouille en surface� Eclatement local du béton

2 PHENOMENES GENERENT LA CORROSION DES ARMATURES� LA CARBONATATION DU BETON� LA PENETRATION DES CHLORURES DANS LE BETON


CARBONATATION DU BETON

� Le CO2 présent dans l’air pénètre dans le béton par le réseau poreux et, en présence d’eau dans les pores, abaisse le pH (initialement de 13) de la solution interstitielle du béton à 9 par réaction chimique avec la portlandite (Ca(OH)2)

Ca(OH)2 + CO2 + H2O �CaCo3 + 2H2O

� Les armatures initialement protégées par une couche d’oxyde de fer sont alors dépassivées et le phénomène de corrosion s’initie.

Nota : vitesse de progression du front de carbonatation = √ temps

e : enrobageec : profondeur de béton carbonatéeef : enrobage efficace


PENETRATION DES CHLORURES� Les chlorures pénètrent dans le béton par diffusion en milieu saturé ou par absorption capillaire

lorsque le béton est soumis à des cycles d’humidification-séchage et initient la corrosion des armatures

� Seuls les chlorures libres (solubles dans l’eau) jouent un rôle actif dans le processus de corrosion des armatures

� Seuil critique [Cl- libres] critique = 0,4% par rapport à la masse de ciment,

lorsque [Cl- libres] > [Cl- libres] critique au voisinage des armatures, le phénomène de corrosion s’initie.


ENROBAGE DES ARMATURES


OBJECTIFS DE L’ENROBAGE DE ARMATURES

Norme NF EN 1992-1-1 Article 4.4.1.2

� FonctionnementBonne transmission des forces d’adhérence béton / armatures

� DurabilitéProtection de l’acier contre la corrosion

� SécuritéRésistance au feu convenable


Les recommandations de l’EUROCODE 2 en matière d’enrobage sont novatrices. Elles visent, en conformité avec la norme NF EN 206-1, à OPTIMISER de manière pertinente la durabilité des ouvrages.

La détermination de la valeur de l’enrobage doit prendre en compte :

� La classe d’exposition dans laquelle se trouve l’ouvrage (ou la partie d’ouvrage),

� La durée d’utilisation de projet,

� La classe de résistance du béton,

� Le type de systèmes de contrôles qualité mis en œuvre pour assurer la régularité des performances du béton,

� La nature des armatures (acier au carbone, inox),

� La maîtrise du positionnement des armatures.

PHILOSOPHE DE L’ENROBAGE SELON L’EUROCODE 2


ENROBAGE MINIMAL ET NOMINAL

� EUROCODE 2 : Norme NF EN1992-1-1 (4.4.1.2) :

� Calcul de l’ENROBAGE MINIMAL cmin :

cmin = max de

{ cmin,b ; cmin,dur + ∆ cdur,γ - ∆ cdur,st - ∆ cdur,add ; 10mm}

� Calcul de L’ENROBAGE NOMINAL (celui qui est précisé sur les plans )

cnom = cmin + ∆∆∆∆cdev

adhérence

durabilité

marge de sécurité : ∆dur,γ=0

acier inox protectionvaleurs = 0 en général

marge de calcul pour tolérances d’exécution …


ENROBAGE MINIMAL VIS-À-VIS DE LA DURABILITE

L’enrobage cmin,dur est fonction des classes d’exposition relatives à la corrosion des armatures (XC/XD/XS) et de la classe structurale (NF EN1992-1-1 tab 4.4N) :

Classe d’Exposition

Cla

sse

stru

ctur

ale


ENROBAGE MINIMAL VIS-À-VIS DE LA DURABILITE

� Classe structurale :� Ouvrages « courants » : S4 (durée utilisation projet de 50 ans)� Classe structurale à adapter avec le tableau 4.3NF de l’AN de l’EN1992-1-1.

Ouvrage de GÉNIE CIVIL : 100 ANSMajoration de 2 classes structurales >> Classe structurale S6


TOLERANCES D’EXECUTION


EXEMPLE DE DETERMINATION DE L’ENROBAGE MINIMAL

Diamètre des armatures

Ames 25 mm

Hourdis 20 mm

Hypothèses enrobage compact >>minoration d’une classe S5

XC4XS1

XC3

S5

S5

S6

S5

S5

� Caisson de Pont� Ouvrage en bord de mer� Béton C35/45� Enrobage compact des hourdis

supérieur et inférieurS5


EXEMPLE DE DETERMINATION DE L’ENROBAGE NOMINAL

∆cdev 10 mm

Cnom =Cmin +10 mm

50 mm

50 mm

55 mm

50 mm

40 mm

40 mm


COMMENTAIRES

� Attention les enrobages peuvent être très importants

Exemple d’une pile exposée à des projections de chlorures (XS3) de classe structurale S6 � cnom = 55 +10 = 65mm

� Annexe nationale 1992-1-1 - 4.4.1.2(5) :

« Note : L’attention est attirée sur les problèmes de fissuration auxquels risque de conduire un enrobage cnom supérieur à 50 mm. »

� Anticiper dès la phase projet et définir les enrobages au DCE :

Vérifier la cohérence entre :

� enrobage

� calcul des sections d’armatures

� maîtrise de la fissuration

� diamètre et espacements des barres

� dispositions constructives de l’EN1992 (section 8 et 9)

pour éviter les difficultés lors de l’exécution…


OPTIMISATION DE L’ENROBAGE


OPTIMISATION DE L’ENROBAGE NOMINAL

∆cdev 5 mmAmélioration du contrôle d’exécution

45 mm

45 mm

50 mm

45 mm

35 mm

35 mm


OPTIMISATION DE L’ENROBAGE NOMINAL

∆cdev 5 mmAmélioration du contrôle d’exécution

ET

Amélioration de la classe de résistance du béton : C60/75 >> minoration de 2 classes structurales

35 mm

35 mm

40 mm

35 mm

25 mm

25 mm


Questions

Documents

Concevoir, Construire et gérer des structures durables en ... · Définit les classes d’agressivité chimique et les classes d’exposition aux attaques chimiques: XA1 / XA2