pdf_04_durabilite_BA-2.pdf

Construire des Ouvrages d'Art en Bton

Durabilit du bton arm

M. Dierkens (DLL)

19-20 janvier 2011

22


La dfinition et les spcifications des btons sont fixes par le prescripteur ; elles doivent entre autre prendre en compte :

les agressions lies la carbonatation et lapntration des chlorures (en prsence de sels),

la prvention des dsordres dus aux gonflements internes du bton (alcali-raction et raction sulfatique interne),

la durabilit des btons durcis soumis au gel en prsence ou non de sels de dverglaage.

Les caractristiques induites sont contrler lexcution pour assurer la durabilit de louvrage.

33

Durabilit du bton armPhnomne de carbonatation le CO2 prsent dans lair pntre dans le bton par le rseau

poreux et les fissures et, en prsence deau dans les pores, abaisse le pH (initialement de 13) de la solution interstitielle du bton 9 par raction avec la pte de ciment hydrate et notamment la portlandite :

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

au fur et mesure de la progression du front de

carbonatation, les armatures initialement protges par une couche doxyde de fer (lie lalcalinit de la solution interstitielle) sont alors dpassives et le phnomne de corrosion sinitie.

pH9

44


Phnomne de carbonatation (suite) la carbonatation est maximale lorsque lhumidit

relative est modre (cycle schage/humidit).

aprs environ 30 ans, la profondeur de carbonatation dans un bton douvrage peut varier de 1 30 mm suivantla compacit du bton, la fissuration de peau et le milieu environnant.

55


La corrosion induite par carbonatation est donc fonction de : lexposition des parements au CO2 et leau

lie au choix de la classe dexposition XC

la qualit du bton en place (compacit) et notamment en parement avec labsence de sgrgation, de bullage ou de fissuration (retrait gn, dessiccation)

lie la qualit de formulation et dexcution

lenrobage du premier lit darmature li la valeur spcifie et son respect lors de lexcution

66


Phnomne de pntration des chlorures en pntrant dans le bton par diffusion, les chlorures

ragissent avec les hydrates (Ca(OH)2 notamment) de la pte de ciment, ce qui conduit la dpassivation et la corrosion des armatures.

la pntration des chlorures est favorise par des cycles schage/humidit galement.

distinction entre chlorures libres sous forme ionique dans la solution interstitielle (extractibles leau) et chlorures totaux (extractibles lacide).

seuls les chlorures libres (solubles dans leau) peuvent diffuser et jouer un rle actif dans le processus de corrosion des armatures.

77


Phnomne de pntration des chlorures (suite)

on dfinit un seuil critique [Cl-libres]critique = 0,4% par rapport la masse de ciment soit 0,04 0,1% par rapport la masse de bton.

lorsque [Cl-libres] > [Cl-libres]critique au voisinage des armatures, le phnomne de corrosion sinitie.

88

Durabilit du bton armLa corrosion induite par la pntration des chlorures est donc fonction de : la quantit initiale de chlorures dans le bton lie au choix de la classe de chlorures du bton

lexposition des parements aux chlorures et leau lie au choix de la classe dexposition XD ou XS,

la qualit du bton en place (compacit), et notamment en parement avec labsence de sgrgation, de bullage ou de fissuration (retrait gn, dessiccation)

lie la qualit de formulation et dexcution

lenrobage du premier lit darmature li la valeur spcifie et son respect lors de lexcution.

99


1010


La corrosion saccompagne gnralement dun gonflement des armatures qui gnre une fissuration accrue et des clatements du bton en parement, ce qui acclre le processus de dgradation.

1111

Durabilit du bton armPhnomne dalcali-raction raction entre les granulats (silice ractive) et les alcalins

(granulats, ciment, eau, adjuvants) en prsence dhumidit formation de gel proprit gonflante : dtrioration interne du matriau et des

structures

1212


La dmarche prventive concernant lalcali-raction (RAG) est dfinie dans les recommandations LCPC de juin 1994 (rappeles larticle NA.5.2.3.4 de la norme NF EN 206-1). choix du prescripteur

1313


La dmarche prventive concernant lalcali-raction se fait en 2 temps : dtermination du niveau de prvention atteindre parmi 3

niveaux (A,B ou C), le choix dpendant de : la catgorie de louvrage dfinie par le matre douvrage, la classe dexposition du bton lenvironnement

climatique. orientation vers la (ou les) solution(s) possible(s) au regard

des prcautions lies au niveau de prvention retenu.

1414

Durabilit du bton arm Catgorie douvrage RAG (ou de partie douvrage)

I : - lments non porteurs des btiments - ouvrages provisoires ou facilement remplaables - produits prfabriqus non structurels

II : la plupart des btiments et des ouvrages de gnie civil

III : ouvrages de gnie civil o le risque est inadmissible : centrale nuclaire, barrage, tunnel, pont ou viaduc exceptionnel, monument ou btiment de prestige

Classe dexposition RAG

1 : sec ou peu humide (Hr < 80%)

2 : Hr > 80% ou en contact avec leau, avec ou sans gel

3 : Hr > 80% avec gel et fondants

4 : marin

1515


Dtermination du niveau de prvention alcali-raction ncessaire (choix spcifier par le prescripteur) :

Classe dexpositionCatgorie douvrage

I

II

III

1 2 3 4

A A A A

A B B B

C C C C

1616

Durabilit du bton armNiveaux de prvention alcali-raction : niveau A : pas de prcaution particulire niveau B : prcautions particulires granulats NR ou bilan des alcalins satisfaisant ou formulation avec rfrences demplois ou formulation avec prsence dadditions minrales

inhibitrices en proportion suffisante ou granulats PRP avec conditions particulires satisfaites ou essai de performance satisfaisant (NF P 18-454)

niveau C : prcautions exceptionnelles granulats NR, ou granulats PRP avec conditions

particulires satisfaites, ou essai de performance satisfaisant

(NF P 18-454 et FD P 18 456).

1717

Durabilit du bton armBilan des alcalins satisfaisant si : CEM I, CEM II et CEM V : bilan des alcalins contenus dans lensemble des constituants

du bton : Tmoy < 3,5 / (1+2Vc) kg/m3,

avec Vc = coefficient de variation de teneur en alcalins du ciment (valeurs sur 12 mois)

et Tmax < 3,5 kg/m3,

Rq : en labsence de donnes statistiques (Vc), on retiendra :Tmoy < 3,0 kg/m3 et Tmax < 3,3 kg/m3 .

CEM III/A ou B : ciment avec plus de 60% de laitier et teneur en alcalins du ciment < 1,1%,

CEM III/C : ciment avec plus de 80% de laitier et teneur en alcalins du ciment < 2,0%.

1818


Phnomne de raction sulfatique interne raction entre les ions sulfate de la solution interstitielle du

bton et les aluminates du ciment plusieurs mois voire plusieurs annes aprs la prise du ciment.

formation diffre dettringite. proprit gonflante :

dtrioration internedu matriau et desstructures.

1919

Durabilit du bton armPhnomne de raction sulfatique interne (suite) principaux paramtres de la raction : eau et humidit (raction et processus de transfert), temprature et dure de maintien lors de la prise et du

durcissement (fonction de la gomtrie de la pice), teneur en sulfates et en aluminates du ciment, teneur en alcalins du bton (rle sur la solubilit de lettringite).

pices critiques : pices massives pour lesquelles la chaleur dgage nest que

trs partiellement vacue vers lextrieur et conduit une lvation importante de la temprature du bton,

pices coules en priode estivale, pices prfabriques ayant subi un traitement thermique trs

lev (tuvage).

2020


La dmarche prventive concernant la raction sulfatique interne (RSI) est dfinie dans les recommandations LCPC daot 2007.

La norme NF EN 206-1 garantitla durabilit de la structurevis--vis des agressionsextrieures, donc de la RSE,via le choix des classesdexposition mais pas de la RSI spcification complmentairepar le prescripteur.

2121


La dmarche prventive concernant la raction sulfatique interne se fait en 2 temps : dtermination par partie douvrage (notamment pour les

pices critiques) du niveau de prvention atteindre parmi 4 niveaux (As, Bs, Cs ou Ds), le choix du niveau tant fonction de : la catgorie de louvrage dfinie par le matre douvrage, la classe dexposition vis--vis de la RSI.

orientation vers la (ou les) solution(s) possible(s) au regard des prcautions lies au niveau de prvention retenu.

2222

Durabilit du bton arm Catgorie douvrage RSI (ou de partie douvrage)

I : consquences faibles ou acceptables : lments non porteurs des btiments, ouvrages provisoires ou facilement remplaables, produits prfabriqus non structurels

II : consquences peu tolrables : lments porteurs des btiments et des ouvrages de gnie civil, produits prfabriqus structurels

III : consquences inacceptables : centrale nuclaire, barrage, tunnel, pont ou viaduc exceptionnel, monument ou btiment de prestige, traverse de chemin de fer

Classe dexposition RSIXH1 : sec ou humidit modre

XH2 : alternance dhumidit et de schage, humidit leve

XH3 : en contact durable avec leau

2323


Dtermination du niveau de prvention concernant la raction sulfatique interne ncessaire (choix spcifier par le prescripteur) :

classe dexposition

catgorie douvrage XH1 XH2 XH3

Irisque faible ou acceptable

As As As

IIrisque peu tolrable

As Bs Cs

IIIrisque inacceptable

As Cs Ds

2424

Durabilit du bton armNiveaux de prvention RSI : niveau As : Tmax < 85C,

niveau Bs : Tmax < 75Cou 85C avec respect d 1 des 6 conditions suivantes : traitement thermique matris avec une dure de maintien de la

temprature du bton au del de 75C < 4 heures et avec alcalins du bton < 3 kg/m3 ,

ou pour les lments prfabriqus, utilisation de ciment ES, avec alcalins du bton < 3 kg/m3 pour CEM I et CEM II/A

ou pour les btons de pices critiques couls en place, utilisation de ciment ES, except les ciments CEM I, CEM II/A-L et CEM II/A-LL

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

ou utilisation de ciment CEM I dont C3A < 8% et SO3 < 3% avec au moins 20% de cendres volantes, de laitiers de haut fourneau moulus ou de pouzzolanes naturelles calcines,

ou essai de performance satisfaisant (mthode dessai lpc n66).

2525


Niveaux de prvention RSI (suite) : niveau Cs : Tmax < 70C

ou 80C avec respect d 1 des 6 conditionsprcdentes en remplaant 75C 70C,

niveau Ds : Tmax < 65C de prfrence ou 75C avec respect simultan des 2 conditions suivantes : pour les lments prfabriqus, utilisation de ciment ES

avec avec alcalins du bton < 3 kg/m3 pourCEM I et CEM II/A,

pour les btons de pices critiques coules en place, utilisation dun ciment ES except les ciments CEM I, CEM II/A-L et CEM II/A-LL.

validation de la formulation par un laboratoire expert.

2626

Durabilit du bton armPhnomne dattaque gel-dgel avec ou sans sels de dverglaage

prsence deau non combine dans le rseau de capillaires du bton.

gel de leau vers - 3 - 4C (gros capillaires). pression hydraulique sur leau des petits capillaires reste

ltat liquide, du fait de laugmentation de volume (9%) lors de la transformation deau en glace.

+ pression osmotique lie la diffusion des sels de

dverglaage dans le milieu interstitiel de la peau du bton.

2727

Durabilit du bton armPhnomne dattaque gel-dgel avec ou sans sels de dverglaage (suite) lorsque les pressions hydrauliques et/ou osmotiques

deviennent suprieures la rsistance la traction du bton, celui-ci se fissure : fissuration dans la masse (feuilletage parallle aux faces) ou caillage de surface.

2828


Recommandations tablies par le LCPC en dcembre 2003 pour les ouvrages de gnie civil (vises larticle NA.5.3.1 de la norme NF EN 206-1). Ces recommandationsrenforcentles prescriptions de lanorme NF EN 206-1(classe exposition XF) spcification complmentairepar le prescripteur.

2929


Les recommandations sont lies la classification de lenvironnement qui dpend de : la classe de gel le degr de saturation en eau du bton (humidit, surface

verticale/horizontale, exposition pluie) lexposition au salage

3030

Durabilit du bton armCarte de gel (NA.4.1 NF EN 206-1 ; voir FD P 18 326)

svre : plus de 10 jours par an avec temprature < -10C

faible : moins de 3 jours par an avec temprature < -5C : (non concern par les recommandations)

modr : entre faible et svre

3131


Carte de salage

RecommandationsLCPC Gel Guide SETRADOVH (itinraires structurants)

H1 : salage peu frquentH2 : salage frquentH3 et H4 : salage trs frquent

3232


gris : recommandations LCPC pour la durabilit des btons durcis soumis au gel

autre : pas dexigence complmentaire

choix du type de bton

type de gel

modr svre

type de salage

peu frquent(H1 ou n < 10 j)

bton appropri(XF1)

bton G(XF3)

frquent(H2 ou

10 j n < 30 j)

bton appropri(XD3)

+ teneur en air 4% pour les lments trs exposs (XD3+XF2)

bton G+S(XF4)

trs frquent(H3+H4

ou n 30 j)

bton G+S(XF4)

bton G+S(XF4)

3333


Ces recommandations (G ou G+S) portent sur : prescription de moyens : caractristiques des constituants, formulation du bton (Eeff/C et dosage en ciment pour

une bonne compacit, emploi dun entraneur dair pour crer un rseau de bulles dair adapt pour les btons de classe de rsistance < C50/60).

prescription dobjectifs de rsultat : caractristiques de rsistance mcanique, rsistance au gel interne (facteur despacement si air

entran compris entre 4 et 8% ou essai de performance), rsistance lcaillage.

3434

Durabilit du bton armCe qui se traduit en tude ou convenance par :

caractristiques bton G bton G+S

caractristiques des granulats adaptes adaptes

type et classe du ciment CEM I ouCEM II/A et B

sauf CV

CEM I ouCEM II/A (S, D)

PM ou ESdosage minimal du ciment pour un bton arm ou

prcontraint 0/20385 kg/m3 (*) 385 kg/m3 (*)

emploi entraneur dair obligatoire pour bton < C50/60

obligatoire pour bton < C50/60

rapport Eeff/C (C = ciment ou liant recompos pour les btons G)

0,50 0,45

Rsistance caractristique en compression (cylindre) 30 MPa 35 MPa

facteur d'espacement L (ASTM C 457)avec air entran compris entre 4 et 8%

250 m 200 m

Ecaillage (XP P 18-420) sans objet 600 g/m

allongement relatif (NF P18-424 et NF P18-425) 400 m/m 400 m/m

rapport des carrs des frquences de rsonance(P 18-414)

75 75

(*) : peut tre abaiss 350 (G) et 370 (G+S) si essai de performance

3535

caractristiques Bton G

type de ciment CEM III/A ou B

rsistance caractristique en compression (cylindre)

30 MPa

facteur despacement dterminerutilis pour le suivi du chantier

allongement relatif (NF P18-424 et NF P18-425)

400 m/m

rapport des carrs des frquences de rsonance (P 18-414)

75

Cas des CEM III (Application de lapproche performantielle : Recommandations provisoires LCPC)


3636

FIN

Diapo 1Diapo 2Diapo 3Diapo 4Diapo 5Diapo 6Diapo 7Diapo 8Diapo 9Diapo 10Diapo 11Diapo 12Diapo 13Diapo 14Diapo 15Diapo 16Diapo 17Diapo 18Diapo 19Diapo 20Diapo 21Diapo 22Diapo 23Diapo 24Diapo 25Diapo 26Diapo 27Diapo 28Diapo 29Diapo 30Diapo 31Diapo 32Diapo 33Diapo 34Diapo 35Diapo 36

Documents

pdf_04_durabilite_BA-2.pdf