DU NOUVEAU DANS LE BETON : Conclusions et recommandations de BHP 2000

BHP2000

LES APPORTS DU PROJET NATIONAL BHP 2000

Didier BRAZILLIER

( DDE de l’Yonne et directeur technique de BHP 2000)

BHP

2000

DU NOUVEAU DANS LE BETON : Conclusions et recommandations de BHP 2000

BHP2000Les Bétons de Hautes Performances :

le cadre

• Rc > 5o Mpa• E/C < 0,4• parfois addition d’ultrafines

Béton ordinaire B.H.P.

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2000Les Bétons de Hautes Performances :quelques rappels

• Première utilisation en France sur un pont près de Melun en 1984 sous l’impulsion du LCPC

• Ré, Sylans, Le pertuizet, Joigny, ... 86-89• Le projet National « Voies Nouvelles du Béton»

de 86 à 92• Le groupe AFREM «Connaissances et utilisation

des BHP» de 93 à 96

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BHP

2000Les attentes lors du lancement de BHP 2000

• La qualification des BHP pour le DTU feu• La quantification des gains de durabilité• Des compléments de connaissances sur la

microfissuration et sur le gel• La poursuite des analyses du mariage BHP/AHP• La préparation de l’extension du règlement pour la

gamme des 100-120 Mpa• Les conditions pratiques et economiques de la

banalisation des BHP

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2000UN PROGRAMME DE RECHERCHE ET

DEVELOPPEMENT STRUCTURE EN SIX THEMES

• Durabilité• Tenue au feu• Économie et développement• Association avec des armatures HP• BTHP• Diffusion de la connaissance

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LES PARTENAIRES

Maîtres d'ouvrages : Direction des Routes (SETRA), EDF, RATP, SNCF, COGEMA, CEA, CETU

Entreprises : BEC, Bouygues, Bonna, Campenon Bernard SGE, FNTP, Freyssinet, DUMEZ-GTM, Matière, SAE, SARET, Desquennes et Giral

Fournisseurs et industriels : Ciments Calcia, Ciments Lafarge, Vicat, Ciments d'Origny, SIKA, Péchiney, Chryso, MBT, Condensil, ASW-SAM

Laboratoires : CEBTP, CSTB, CERIB, LCPC, LERM

Universités - Ecoles : ENPC, ENS Cachan, INSA Lyon et Toulouse, Université d’Artois, Ecole d'architecture de Paris - Vuillemin - Ecole des mines de Douai

B.E.T., Consultants : SETEC, SCETAUROUTE (JMI), LP Consultant,

Cadoret Consulting

Divers : ATILH, VERITAS

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2000UN BUDGET GLOBAL

DE 36 MF

• Soutien de l'Etat (DRAST) : 7,6 MF• Cotisations des partenaires : 8 MF• Apports en nature : 20,4 MF

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2000DES PASSERELLES ...

• CALIBE• BEFIM• ECOLE FRANCAISE DU BETON• B@P (Bétons autoplaçants)

Avec d'autres projets nationaux :

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2000LA DURABILITE

• Mise au point de modes opératoires communs :• Porosité accessible à l'eau

• Absorption capillaire

• perméabilité au gaz

• Carbonatation accélérée

• diffusion des chlorures

• Démarche en cours vers une durabilité spécifiée

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2000LA DURABILITE

• Durabilité améliorée des BHP démontrée :– essais comparatifs sur ouvrages jumeaux– corps d’épreuves sur sites naturels

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SITES NATURELS DE VIEILLISSEMENT

Site montagneux (Maurienne)

Site marin (La Rochelle)

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SYNTHÈSE DES PROPRIÉTÉS RELATIVESÀ LA DURABILITÉ

Béton E/C Age

(j)

Rm28

(MPa)

Poro(eau)(%)

Kg

(10-18m2)

Dcl-(mig.)

(10-12m2.s-1)

Ca Prof.carbo(mm)

M25CV 0,96 28 23,5 15,0 206 9,5 4,0 19,5M25 0,84 28 24,5 14,6 978 10,0 5,0 21,9BO 0,43 28 39,0 - 270 17,5 2,0 13,0B32 0,44 90 42,8 12,8 338 - 3,2 0

M30CV 0,74 28 48,5 12,6 54 1,7 2,3 3,5M50 0,48 28 55,5 14,4 69 8,7 3,8 0B60 0,34 90 68,8 10,1 196 - 2,2 0M75 0,32 28 75,0 11,5 106 5,6 1,3 0BHP 0,35 28 84,0 - 240 4,8 1,1 0

M75FS 0,38 28 85,5 10,0 167 0,8 0,8 0B80 0,30 90 97,9 9,3 30 - 1,0 0

M100FS 0,33 28 109,0 8,4 17 0,30 0,6 0M120FS 0,26 28 127,5 7,4 43 0,04 0,4 0

BHP

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CLASSEMENT DES 15 BÉTONS VIS-À-VIS DE LEUR DURABILITÉ POTENTIELLE

[de haut en bas performance croissante]Rm28(MPa)

Kg(10-18m2)

Dcl- (mig.)(10-12m2.s-1)

Ca "Perméab." desurface (in situ*)

M25CVEA M25 M25EA M25 M25CVEAM25CV M75EA M25 M25CV M25M25 M25CVEA M25CV M50 M25CVM25EA M75FSEA M50 M25CVEA M25EAM30CV M50EA M25CVEA M50EA M75FSEAM50CVEA M50CVEA M75 M50CV M50M50EA M25CV M50EA M25EA M75EAM50CV M75FS M75EA M50CVEA M50CVEAM50 M25EA M50CV M30CV M30CVM75FSEA M75 M30CV M75EA M50CVM75EA M50CV M50CVEA M75 M50EAM75 M50 M75FS M75FSEA M75FSM75FS M30CV M75FSEA M75FS M100FSM100FS M120FS M100FS M100FS M75M120FS M100FS M120FS M120FS M120FS

(*) : après 1 an d'exposition sur site

BHP

2000LA DURABILITE Microfissuration et gel/dégel

• Pas d’influence négative de la microfissuration

• Bonne résistance au gel modéré

• En général : bonne résistance au gel sévère des B80 (E/C < 0.32 ) mais l’essai de performance reste nécessaire

BHP

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BHP2000

Tenue au feu des Bétons de Hautes Performances

• Les règles de conception des structures en béton résistant au feu, DTU feu-béton, permettent, sous certaines conditions, de se dispenser des essais.

Approche réglementaire & règles de calcul

• Ce DTU a été récemment modifié pour y incorporer les bétons ayant une résistance en compression située dans la gamme [60 Mpa, 80 Mpa].

BHP

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Tenue au feu des Bétons de Hautes Performances

• Essais sur trois formulations : M75SC, M75C & M100C

Approche réglementaire & règles de calcul

BHP

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BHP2000

• L’amélioration des performances mécaniques des bétons est corollaire d’une réduction de la perméabilité.

• En cas d’échauffement les mouvements d’eau (vapeur et liquide) se font plus difficilement et le champ de pression qui s’établit peut engendrer des écaillages/éclatements (notamment au-delà de 80 MPa).

• Ce risque peut être réduit en incorporant des fibres plastiques dans la matrice et/ou un grillage de surface ainsi qu’un choix judicieux des granulats

• À terme, la modélisation numérique fournira des indicateurs du risque d’éclatement.

Tenue au feu des Bétons de Hautes Performances

conclusions

BHP

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• Même comportement global avec une meilleure adhérence acier (hp)/béton(hp)même mode de fissuration mais avec une ouverture des fissures plus faible

sollicitation plus élevée des armatures pour les ouvertures de fissures réglementaires

L’ASSOCIATION AHP / BHP

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Bétons de Hautes Performances associés à des Aciers de Hautes Performances

Références Contrainte en MPa correspondant au niveau de fissuration

des poutres wm = 0,1 mm wm = 0,2 mm wm = 0,3 mm

B30/3AHP 197 365 528

M75C/3AHP 223 424 619

M100C/3AHP 212 409 604

B30/4AHP 193 371 553

M75C/4AHP 242 452 628

M100C/4AHP 278 488 697

BHP

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BHP2000

Bétons de Hautes Performances associés à des Aciers de Hautes Performances

Dispositions réglementaires• Les formules réglementaires actuelles du BAEL

concernant l ’adhérence et ses applications semblent pouvoir être extrapolées des BA-O aux BA-HP

• Les formules réglementaires de calcul de l’espacement moyen entre fissures de l’EC2 sont validées par les BA-HP

• Les charges admissibles à l’état limite de fissuration augmentent d’environ 20% lorsqu’on passe d’un BA-O (30MPa, FeE500) à un BA-HP (100MPa, FeE750)

BHP

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Bétons de Hautes Performances associés à des Aciers de Hautes Performances Conclusions

• Les potentialités des BA-HP, gain de résistance et de rigidité, moindre ouverture des fissures de flexion, ont pu être confirmées

• L’étude des dispositions constructives (recouvrements) n’a pas révélé de limitation d’emploi

• Les dispositions à adopter pour étendre la réglementation actuelle aux BA-HP sont simples et légères

• Pour des armatures de 750 à 800 Mpa :gain potentiel de 35 à 40 % de poids d’armatures soit un gain économique de l’ordre de 25 % si le surcoût des AHP reste de l’ordre de 15 à 20 %

• gain de poids sur les pièces (fondations, transport, manutention,...)

BHP

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BHP2000

BTHP : Points critiques du règlement

Conclusions et Recommandations

• Résistance en traction (pour les BHP et au-delà)– vérifier ft28 en étude (fendage - conservation sous eau)– soigner la cure surtout quand ft est critique au jeune âge– ne mobiliser ft à long terme qu'avec un taux réduit (0,6) cf EC2

• Résistance au cisaillement– formules BAEL sûres : consoles courtes, effort tranchant

poutrelles– formules à faire évoluer : compressions localisées, effort tranchant

poutres hautes et en T (cf EC2)

• Retrait - fluage des BTHP– attention si on charge quand fcj < 0,6 fc28 (fort fluage mal prévu)– modèle réglementaire valable pour 80 < fc28 < 130 MPa

BHP

2000

Des ouvrages de démonstration :étude comparative du viaduc de Mesnil-le-Roi

• Viaduc autoroutier (A14) sur la Seine• Maître d’ouvrage : SAPN

Entreprises : BOUYGUES - GTM Construction

• Tablier construitpar encorbellementssuccessifs

• 3 travées :74 m - 110 m - 66 m

• Béton blanc B40

BHP

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DU NOUVEAU DANS LE BETON : Conclusions et recommandations de BHP 2000

BHP2000BTHP :

Valorisation dans les ouvrages d’art

Ponts-caissons en béton précontraintbéton portée section précontrainte hp/L hc/L c t obs.B40 110 m

(réf.)réf. 120 t (réf.) 1/19,8 1/37,0 83 %

ELS rare74 %ELS rare

B80 réf. réf. - 11 % (13 t) 1/19,8 1/37,0 39 %ELS rare et QP

47 %constr. fléau

- 5 % ac.passifs

B80 + 12 %124,3 m

réf. réf. 1/22,2 1/41,4 56 %ELS rare et QP

94 %constr. fléau

B80 + 15 %127,6 m

réf. + 1 19T15 en fléau(effort + 10 %)

1/22,8 1/42,5 60 %ELS QP

96 %constr. fléau

B80 réf. - 14 %lim. u

réf. 1/25,8 1/46,3 61 %ELS QP

67 %ELS rare

- 12 % ac.passifs

B120 + 18 %130,9 m

réf. + 1 19T15 en fléau(effort + 10 %)

1/23,4 1/43,6 39 %ELS rare et QP

100 %ELS fréq.

limité par 0traction

Solution la plus élancée (B80 - optimisation de la section) : hp = 4,3 m au lieu de 5,6 m hc = 2,4 m au lieu de 3 mép. âmes 0,36 m au lieu de 0,5 m ép. hourdis sup. 0,2 m au lieu de 0,24limitation par cisaillement (ELS et ELU) et dispositions constructives (passage des gaines)

BHP

2000

DU NOUVEAU DANS LE BETON : Conclusions et recommandations de BHP 2000

BHP2000BTHP :

Valorisation dans les ouvrages d’art

Piles et pylônes de grande hauteur• "Prédimensionnement" sur un cas d'école : pile H = 150 m,

descente de charge en tête N = 165 MN, M = 3300 MN.m

section pied de pile = 2 x section moyenne

• Important : adapter le ferraillage pour valoriser le BHP

Béton Fe500l

épaisseur(m)

M ELU

(MN.m)N ELU

(MN) ELS QP

(MPa)vol. béton

(m3)quantitéHA (t)

coût(kF)

écartcoût

B40 1 % 1,00 3300 339 5,5 3450 269 5065

B80 1 % 0,80 3300 318 6,3 2808 219 5807 + 15 %

B80 2,5 % 0,48 3300 281 9,0 1731 338 4795 - 5 %

BHP

2000

DU NOUVEAU DANS LE BETON : Conclusions et recommandations de BHP 2000

BHP2000BTHP :

Valorisation dans les ouvrages d’art

• Les aspects de méthodes sont essentiels• Economie de ressources naturelles sensible (-20 à -40 %)• Avec des hypothèses probables, sur ces formes

"classiques", l’écart de coût initial est faible (0 à -10 %)• Des gains induits sont possibles (fondations)• Retombées méthodologiques :

Programmes de calcul BHP validés

À retenir pour l’optimisation

BHP

2000Faire connaître le BHP, ses caractéristiques,ses indications d’emploi, les ouvrages réalisés

4 modes d’action :• Initiation et suivi d’ouvrages de démonstration,• Rédaction et édition de guides d’emploi pratiques

et d’un livre de synthèse des connaissances acquises,

• Des documents promotionnels courts,• Des conférences vers un large public professionnel

BHP

2000

Des ouvrages de démonstration :les viaducs du Crozet (Isère)

• 2 viaducs sur arcs doubles• Portées : Est = 140 m

Ouest = 82,50 m - 101,50 m - 101,50 m

• Arcs, pilettes et tabliersréalisés en B60 FS,soit 10 500 m³

• MO : AREA

BET : JMI

Entreprise : CB-SGE

BHP

2000Des ouvrages de démonstration :les viaducs du Crozet (Isère)

• Avantages du BHP recherchés– Allègement du tablier

– Allègement et réduction de la section des arcs

– Résistance au gel et durabilité

• Les enseignements du chantier– Résistance élevée : 14 à 30 MPa à 24 heures

80 MPa à 28 jours

– Fluidité élevée atteinte pour les arcs

– Nécessité de changement d’adjuvant suite à des problèmes de bétonnage en zone très ferraillée (130 à 180 kg/m³)

(Sikament FF86 Optima 100)

BHP

2000

Des ouvrages de démonstration :le concours de Bourges (Cher)

• Un lot de trois passages supérieurs– PS1 bis : longueur = 52 m largeur = 11,20 m biais =

78 gr

– PS 2 : longueur = 42 m largeur = 11,20 m biais = 80 gr

• Une règle : l’utilisation généralisée du BHP• Un concours et

10 candidats• Trois finalistes :

– CB-SGE

– GTM Construction

– DALLA VERA

• Lauréat : DALLA VERA

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2000

Des ouvrages de démonstration :

• Des ouvrages à deux travées

• Tablier encastré sur la pile

• Une nervure axiale en BHP coulé en place et précontraint

• Des encorbellements latéraux préfabriqués et nervurés, clavés entre eux

Une épaisseur moyennede 0,37 m contre 0,75 m en B35

BHP

2000

Des documents promotionnels courts

• Une plaquette« Ouvrages Types »

BHP

2000

Des documents promotionnels courts

• Une plaquettedestinée aux Maîtres d’Ouvrageet à l’information générale

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2000Des guides d’emploi rédigés pour le praticien

• A l’usage du Maître d’Oeuvre• A l’usage du Laboratoire• A l’usage de la Centrale• A l’usage du Bureau d’étude

– 1er tome : BAEL

– 2e tome : BPEL (en préparation)

BHP

2000

Des documents promotionnels courts… en phase de finalisation

• Deux plaquettes d’information sur les indications d’emploi pour des ouvrages soumis :– à l’abrasion

– aux agressions chimiques• laiteries

• industries agro-alimentaires

• industries chimiques (engrais, …)

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Réalisations - Génie Civil

Autoroute Tours-Vierzon

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