Intégration des devis de performance pour les ouvrages de ... · • Coût relatif à la durée de vie ... – Protection cathodique (continuité???) 51 / 55. 52 / 55 Port de Portland

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Intégration des devis de performance pour les ouvrages de béton

François Chapdelaine, ing.

10 mai 2007Hôtel des Gouverneurs

Québec

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Plan

1. Introduction

2. Description d’un devis de performance3. Critères de performance

4. Rôles et responsabilités5. Étude de cas - projets

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Introduction

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Objectifs

• Présenter une approche alternative basée sur la performance des solutions pour la conception et la réparation des ouvrages de béton

• Présenter les outils disponibles

• Comment appliquer ce type d’approche sur des cas réels

Introduction

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Le contexte

• En dépit de l’amélioration de la qualité des matériaux et produits du béton…

• … nous faisons face à des problématiques importantes reliées à la durabilité du béton, nécessitant des investissements toujours croissants pour l’entretien et la réparation de nos infrastructures.

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Le contexte

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• Au Québec, le MTQ estime que près de 50% des 4 924 structures du réseau routier supérieur provincial nécessiteront des interventions d’ici 2010. À cet effet, le MTQ a annoncé pour 2007-2011, des investissements de 440 M$ et plus par année uniquement pour la conservation et l’entretien de ces structures.

Source: MTQ, Rapport annuel de gestion 2005-2006

• Aux États-Unis, on estime que le coût annuel pour l’entretien, la réparation et la protection des structures en béton représente plus de 18 MM$.

Source: Vision 2020, SDC 2006

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Introduction

• Qu’entend-on par performance?

• Comment mesurer la performance?

• Comment assurer la performance?

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Introduction

• Qu’entend-on par performance?– Selon CSA: une façon de spécifier un produit de

construction selon laquelle le résultat final est obligatoire et qui est exprimée de manière que les exigences de performance peuvent être mesurées en regard des normes et des méthodes acceptées par l’industrie.

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Description d’un devis performance

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Description devis performance

• Qu’entend-on par performance?– Lorsque le maître d’ouvrage exige que le fournisseur

de béton soit responsable de la performance du béton livré et que l’entrepreneur assume la responsabilité du béton en place.

• Qu’entend-on par normatif (prescriptif)?– Lorsque le maître d’ouvrage assume la responsabilité

du béton.

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Avantages• Zone de confort• Expertise requise à la

rédaction du devis• Nouvelles méthodes et

technologies disponibles si le rédacteur de devis (ingénieur) les maîtrise

• Coûts extrêmes, critères et essais généralement acceptés et disponibles

Inconvénients• Pas confiant d’atteindre les critères

de performance• L’expertise pas toujours présente• Connaissance des producteurs

pas toujours mise à contribution (matériaux, équipements, technologies, etc.)

• Les essais standards donnent rarement le portrait global

Devis Prescriptif…

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Avantages• Contrôle complet à toutes les

étapes: mélange béton, transport, bétonnage, consolidation, finition et mûrissement

• Limite la responsabilité des producteurs face au mauvais comportement du béton

• “Nivelle le terrain de jeu” pour les producteurs de béton en suivant la recette

Inconvénients• L’intérêt de tous les intervenants

n’est pas toujours constant • Les producteurs sont

généralement tenus responsables, jusqu’à preuve du contraire

• Décourage les initiatives d’optimisation auprès des producteurs

• Faible contrôle technique• Créativité et économie sous un

même dénominateur commun

…Devis Prescriptif

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Avantages• L’ingénieur se concentre sur

ce qui est requis (performance)• L'accent est mis sur les

paramètres du béton qui ont une influence sur la durabilité

• L’équipe producteur/entrepreneur a un apport technique, logistique et économique

• Flexibilité de produire un mélange qui performe mieux et qui est plus économique

• Coût relatif à la durée de vie diminue avec une augmentation de la durabilité

Inconvénients• Perception d’un contrôle moindre

du projet• Les ingénieurs en structure ne

maîtrisent pas toujours les propriétés des matériaux

• Chaque intervenant a son mot àdire, donc les responsabilités peuvent être difficiles à gérer

• Exige souvent des coûts plus élevés pour la préqualification des mélanges et du contrôle qualité

• Contexte du plus bas soumissionnaire, économie de la durée de vie tend à diminuer

Devis Performance

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Critères de performance

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Durée de vie…

– Laps de temps pour initier la corrosion

– Laps de temps aux réparations majeures

– Laps de temps à la rupture

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Âge de la structure (année)

Co

ûts

($/

m2 )

Période critique

Entretien Réparations Remplacement


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• Comment mesurer la performance?

– Expérience du concepteur ou du propriétaire• Basée sur projets antérieurs

– Normes et méthodes d’essais reconnues par l’industrie (CSA A23.1 Annexe J)

• Béton plastique• Béton durci

– Modèle numérique de prédiction de la durée de vie• STADIUMmd

• Life 365• Modèles académiques


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Comment mesurer la performance?

Expérience du concepteur, propriétaire

– Difficilement qualifiable– Permet rarement l’utilisation des nouvelles technologies

• Doit se fier aux fiches techniques• ICRI Datasheet Protocole

– Expérience demeure auprès de certaines personnes• Historique des projets rarement disponible

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Béton plastique

– Affaissement– Teneur en air– Température– Uniformité– Facilité de mise en place– Maniabilité– Facilité de finition– Temps de prise

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Béton durci

– Propriétés mécaniques: f’c, …– Propriétés de transport:

• coefficient de diffusion, perméabilité aux ions chlore, porosité, séchage

– Résistance à la corrosion, gel-dégel, abrasion, dégradation chimique

– Type d’armature– Retrait, fluage– Aspects et caractéristiques architecturales– Texture de la surface– Exigences géométriques: planéité, pente de drainage

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Modèle numérique de prédiction de durée de vie

– Nécessité de développer des outils prévisionnels pour la durée de vie résiduelle des structures en béton, en appui aux processus de gestion des actifs et de prise de décision

– Nouvelle génération de logiciels performants et fiables permettant de prolonger la durée de vie des structures en béton et d’en assurer la sécurité tout en minimisant les coûts de conception et d’entretien

– Outils permettant de quantifier la durée de vie

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Modèle numérique de prédiction de durée de vie

– STADIUMmd

• Logiciel de prédiction de la durée de vie des ouvrages exposés à des sels fondants, à l’eau de mer, et autres contaminants

• Développé ici à Québec, SIMCO Technologies inc.• Peut être utilisé pour la conception de nouvelles structures et

pour l’entretien et la réfection de structures existantes

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Pénalités / Bonification

– Toutes les provinces ont un système de pénalité ($/m³)• en fonction de la résistance, perméabilité aux ions chlores

(ASTM C1202), réseau de bulles d’air (ASTM C457)

– Seule l’Ontario a un système de bonification si le béton est de meilleure qualité

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• Comment assurer la performance?– Contrôle qualité serré

• Essais normalisés• Essais spécialisés

– Système de pénalités & bonifications au devis


0.5M NaCl

+

0.3M NaOH0.3M NaOH +

Specimen with silicon coating

Bolts

Upstream cell Downstream cell

Electrode Electrode

Jack Jack

Plug Plug

Plugs

Hole

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��Consultant

��Montréal

��Toronto (YYZ)

��Toronto

��Calgary

��Edmonton

��T-N

��N-É

��NB

��Québec

��Ontario

��Manitoba

��Alberta

��BC

C666C666TTéénacitnacitééRetraitRetraitÉÉcaillagecaillageC457C457C1202C1202ProvinceProvince

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��Consultant

��Montréal

��Toronto (YYZ)

��Toronto

��Calgary

��Edmonton

��T-N

��N-É

��NB

��Québec

��Ontario

��Manitoba

��Alberta

��BC


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��Consultant

��Montréal

��Toronto (YYZ)

��Toronto

��Calgary

��Edmonton

��T-N

��N-É

��NB

��Québec

��Ontario

��Manitoba

��Alberta

��BC


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Rôles et responsabilités

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• Maître d’ouvrage– Définir les objectifs– Nommer une autorité compétente en matière de

conception– Mise en place d’un processus d’assurance-qualité

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• Concepteur– Établir les critères de performance– Spécifications techniques en fonction des critères de

performance– Assurer le processus d’assurance-qualité– Établir les pénalités/bonification en fonction des

travaux livrés– Prévoir les méthodes correctives en cas de non

conformité

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• Entrepreneur– Responsabilité de concevoir l’ouvrage en fonction des

critères de performance– Responsabilité d’exercer un contrôle-qualité

approprié (documentation)– Gestion des intervenants durant la construction

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• Producteur béton– Fournir les matériaux et fabriquer le béton de façon à

rencontrer les exigences de durabilité– Établir un programme d’assurance-qualité– Assurer la communication entre la livraison du béton

et la mise en place

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Étude de cas - projets

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Pont Honoré-MercierMontréal

U.S. Navy – Quai KiloGuam

Projet démonstration – STADIUMmd

• Montréal: resurfaçage du tablier du Pont-Mercier• Guam: Agrandissement d’un quai sur caisson

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CHUM 2010Montréal

University of KentuckyLexington, KY


• CHUM 2010: nouveaux bâtiments• University of Kentucky: nouveaux stationnements

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Berth 503, Port de PortlandPortland, OR


• Portland: Quai de manutention existant, potasse en vrac

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• Partenariats publics/privés (PPP), l’emphase est mise sur la durabilité des ouvrages

• Les propriétaires d’ouvrages désirent des constructions durables jumelé à des coûts raisonnables

• Mouvement qui prend forme – P2P (Prescriptive to Performance)

Mise en contexte

Devis performance par HNTB

Équipe design-build:Messer ConstructionCarl Walker Inc.

Producteur de béton:Irving Materials Inc. (IMI)

Entrepreneur béton:Baker Concrete

1150 places (Structures #6 & #7)

24,000,000$

Université du Kentucky

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• Ajout deux stationnements multi étagés– Devis

• Prescriptif (avec spécifications) • Option Performance (avec durée de vie 50 ans)

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• Devis prescriptif:– Exigence perméabilité aux ions chlores 1500 C– Acier galvanisé– Formulation du mélange de béton donnée:

• Ajouts cimentaire• Inhibiteur de corrosion• Rapport eau/liant: 0,45

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• Devis performance:– 50 ans de durée de vie pour l’initiation de la corrosion

des aciers d’armatures– Libre choix des autres paramètres impliquant la

formulation du mélange de béton– Démontrer l’approche et la validation de la durée de

vie.

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• Devis prescriptif:– Concept dispendieux avec beaucoup de sécurité

(over design) afin de rencontrer l’objectif de 50 ans de durée de vie

• Devis performance:– Optimisation de la matrice cimentaire (mélange de

béton) en utilisant des ajouts cimentaires– Performance de la solution quantifiable

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Représentant propriétaireFirme génie conseil- Devis, exigences- Option performance

Entrepreneur Général - Coûts compétitifs- Alternatives à considérées- Valeur ajoutée

Producteur de béton - Formulation mélange qui rencontre les exigences- Coûts compétitifs


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• Optimisation des mélanges de béton– Détermination des coefficients de diffusion ioniques et

du transport d’humidité;– Propriétés mécaniques à court terme afin de

supporter la post-tension à 3 jours;– Détermination de la durée de vie en fonction des

conditions d’expositions;– Établir les paramètres qui régissent le contrôle qualité

lors des opérations de bétonnage au chantier (tests à28 jours).

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• Autres paramètres à considérer– Recouvrement acier armature � 50 mm– Résistance en compression 15 MPa à 48 heures– Retrait < 0,04% (28 jours)

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• Approche optimisée coûts/performance

– Réduction des coûts de l’ordre de 350k$

• Responsabilité à l’équipe du design-built

• Liberté dans le choix des matériaux dans un contexte d’approvisionnement compétitif

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Port de Portland

• Devis performance par propriétaire– Recommendations Moffatt

& Nichol et MaterialsService Life

• Objectifs– Prolonger la durée de vie

utile de 30 ans

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Port de Portland

• Durée de vie résiduelle si aucune intervention�10 ans

• Options de réparations évaluées– Scellant ou membrane– Réparation localisée et membrane ou scellant– Technique d’extraction des chlorures– Galvanisation (zinc)– Anodes sacrificielles– Protection cathodique (continuité???)

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Port de Portland

• Prolongement de 30 ans possible

• Scénario pour chacun des éléments– Poutres, piles, tablier,…

• Plan d’investissement sur 5 ans

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Conclusions

Clés du succès

– Cerner les besoins réels du client– Énoncer les paramètres reliés à la performance de

façon claire, précise et quantifiable– Tests fiables et reproductibles pour évaluer la

performance– Capacité de l’équipe producteur/entrepreneur à

déterminer un concept de construction – Planification et soumission– Évaluation des risques et des $$$

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Effondrement Viaduc de la Concorde

Laval, QC

Septembre 2006

Effondrement Big DigBoston, MA

Juillet 2006

Conclusions

Effondrement Viaduc DelorSt. Louis, MO

Mars 2007

• Il existe des outils performants permettant de quantifier la performance du béton

• On doit assurer la sécurité des ouvrages à long terme, dans un contexte de développement durable

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Documents

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