Réaction Sulfatique Interne : Cas du Viaduc de Lodève

Réaction Sulfatique Interne :Cas du Viaduc de Lodève

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Loïc DIVET

Colloque « Le Pont »

9 et 10 octobre 2012 à Toulouse

Introduction

• Les sulfates– Un risque majeur d’agression chimique du béton– Un phénomène d’expansion par formation d’ettringite

• Les sources en sulfates peuvent être d’origine :– Externe (sol, liquide, gaz)

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– Externe (sol, liquide, gaz)• Dégradation progressive depuis la surface vers le cœur de la

pièce en béton

– Interne : RSI• Remobilisation des sulfates apportés par ciment• Dégradation généralisée de la pièce en béton

La RSI

• La principale cause– Une élévation de la température (T > 65°C)

– Une condition indispensable mais non suffisante• L’environnement (apport d’eau, humidité élevée)• Le liant (teneurs sulfates, aluminates, alcalins, additions

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• Le liant (teneurs sulfates, aluminates, alcalins, additions minérales)

• Le béton (E/C, nature granulats)

• 2 types de béton concernés :– Les bétons étuvés– Les bétons de pièces massives coulés en place

Historique de la RSI

• 1987 – 1er cas identifié en préfabrication– Traverses de chemin de fer en Finlande (Tepponen et Eriksson)

• 1996 – 1er cas des bétons coulés en place– Fondation de pylônes de lignes électriques aux USA (Hime)

• 1997 – 1er cas en France

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• 1997 – 1er cas en France– Chevêtre sur pile – Pont d’Ondes (Divet et al.)

• 2007 – environ 30 ouvrages en France (source LCPC)• 2012 – environ 120 ouvrages en France (source Ifsttar)

– Fondations, piles, chevêtres, poutres préfabriquées– Manifestation des désordres au bout de 5 à 20 ans

Le viaduc de Lodève

• Construit en 1980 sur RN 9 puis réutilisé pour l’A75• Doublé par un pont mixte mis en service en 2005• VIPP 3 travées (39,67 – 40,67 – 39,67) = 120 m• 5 poutres• 2 piles hautes

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• 2 piles hautesP2 = 19,60 m et P3 = 12,70 m

Les chevêtres du viaduc de Lodève

• Chevêtres massifs• Hauteur = 2 m, longueur = 14 m, largeur = 3,5 m

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• Formulation du béton

Matériau Ciment

CEM I

Eau Sable calcaire

0/3

Sable

0/4

Gravillon

4/10

Gravillon

10/20

E/C

Dosage

(kg/m3)400 188 140 555 395 310 0,47

Les désordres

• Localisés uniquement au niveau des chevêtres– Construction en août et septembre 1980– Ouverture des fissures : 0,2 à 2 mm– Forte humidité

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Le diagnostic – in situ

• Relevé de fissures sur le chevêtre de la pile Nord– Un phénomène évolutif

(--- inspection en 1989, --- inspection en 1997)

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• Indice de fissuration (méthode des lpc n ° 47)

– Degré d’endommagement d’une structure en béton armé– IF = somme des fissures interceptées par les 4 axes rapportée à 1 m

– Partie centrale :

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– Partie centrale :IF= 0,55 (2000) à 0,55 (2002)Fissuration faible– Extrémité (about) :IF= 1,64 (2000) à 2,00 (2002)Fissuration modérée à forte


• Distancemétrie par fil invar (Guide technique LCPC - 2009)– Evaluer les déformations globales de la structure dans le temps en

l’équipant avec des bases de mesure dimensionnelle– Evolution faible de 0,2 mm/m/an (entre 2000 et 2002)

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Le diagnostic – en laboratoire

• Prélèvement de carottes (zones saines et dégradées)– Importance de la longueur pour un diagnostic fiable– Gradient de température calculé (module Texo – CESAR)

pour le chevêtre de Lodève

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0102030405060708090

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Distance à partir de la surface (m)

Tem

péra

ture

max

imal

e de

l'é

chau

ffem

ent (

°C)

0,7 m

Distance minimale + longueur des carottes


• Les examens au microscope électronique à balayage– Bien distinguer l’ettringite d’hydratation de l’ettringite délétère

Granulat

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Pâte de ciment

Ettringite

Granulat

X 800 X 1500


• Essai d’expansion résiduelle (méthode lpc n ° 67)– Consiste à évaluer le gonflement ultérieur potentiel sur carottes

de béton extraites de l’ouvrage

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0,2

0,3

0,4E

xpan

sion

(%

)

Zone peu fissurée

Zone peu fissurée

Zone très fissurée

Origine de la carotte0,33%

chevêtre


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0,0

0,1

0 50 100 150 200 250 300

temps (jours)

Exp

ansi

on (

%)

Zone non fissurée

Zone non fissurée

- Risque de gonflement sur site dans les zones des chevêtres peu fissurées- Potentiel de gonflement nul dans les piles (cohérence avec le MEB)

pile

•• Le calcul de l’histoire thermique du bétonLe calcul de l’histoire thermique du béton

• Simulation numérique par calculs aux éléments finis :

-- logiciel CESAR-LCPC

- hypothèse : élévation de température en conditions adiabatiques


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• Informations nécessaires :

•• données météorologiques pendant la période de coulage

• géométrie de la pièce

• type de coffrage / durée

• phasage de réalisation

• propriétés du béton (courbe de dégagement de chaleur)

- hypothèse : élévation de température en conditions adiabatiques

70

80

90

1

2

5 jours, T > 70 °C16 heures, T = 70 °C T = 80°C

•• Echauffement du béton du Echauffement du béton du chevêtrechevêtre du Viaduc de Lodèvedu Viaduc de Lodève


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Evolution des températures

10

20

30

40

50

60

0 50 100 150 200

Temps (heure)

Tem

péra

ture

(°C

) 2

3

4

5

6

7

8.1

.2

.3

.4.5

.8.6

Gradient thermique lorsque l’échauffement est le plus important

60

70

80 T = 70°CT = 70°C


•• Echauffement du béton de la Echauffement du béton de la pilepile Viaduc de LodèveViaduc de Lodève

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Evolution des températures dans le plande symétrie et dans le sens de l’épaisseur

Coupe horizontale d’une pile

Géométrie particulière qui favorise les déperditions de chaleur

20

30

40

50

60

0 50 100 150 200

Temps (heure)

Tem

péra

ture

(°C

)

bord

0,35m du bord

0,70m du bord

1,15m du bord

milieu7,5 m

3,1 m

La réparation – Critères de choix

• Coûts– Possibilité d’intégrer le coût de la réparation sur le budget

d’investissement de l’A75

• Pérennité de la réparation– Non assurée avec un traitement « léger » (application d’un

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– Non assurée avec un traitement « léger » (application d’un revêtement, …)

• Importance socio-économique– Ouvrage sur A75– Opportunité de réaliser les travaux avec des contraintes de circulation

faibles (basculement sur l’autre ouvrage)

• Méthode retenue• Sciage des chevêtres en blocs• 1,2 M€

Palées provisoires P3 – montage 1

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Palées provisoires P3 – montage 2

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Sciage

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Manutention des blocs

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Chevêtre déposé

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Armatures

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Conclusion

• Béton des chevêtres du Viaduc de Lodève atteint de RSI résultant de la conjonction de plusieurs facteurs :– Bétonnage en été– Volume important de béton– Fort dosage en ciment

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– Ciment exothermique de type CEM I– Environnement humide

• Aujourd’hui, il existe des méthodes de surveillance , de diagnostic et de pronostic adaptées à la RSI

• RSI est un phénomène de gonflement évolutif– Difficile à traiter et à réparer– Préférable de mettre les moyens lors de la construc tion pour

s’en prémunir

Documentation

• Prévention– Recommandations pour la prévention des désordres dus à la réaction sulfatique interne, Guide

technique du LCPC, 2007.– Réactivité d’un béton vis-à-vis d’une réaction sulfatique interne – Essai de performance,

Méthode d’essai des lpc n°66, 2007.

– Maîtrise de la durabilité des ouvrages d’art en béton – Application de l’approche performantielle, Recommandations provisoires du LCPC, 2010.

• Surveillance et diagnostic

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• Surveillance et diagnostic– Manuel d’identification des réactions de dégradation interne du béton dans les ouvrages d’art,

LCPC, 1999.– Détermination de l’indice de fissuration d’un parement de béton, Méthode d’essai des lpc

n°47,1997.

– Aide à la gestion des ouvrages atteints de réactions de gonflement interne, Guide LCPC, 2003– Réaction sulfatique interne au béton – Essai d’expansion résiduelle sur carotte de béton extraite

de l’ouvrage, Méthode d’essai des lpc n°67, 2009.

– Méthode de suivi dimensionnel et de suivi de la fissuration des structures – Avec application aux structures atteintes de réaction de gonflement interne du béton, Guide LCPC, 2009.

• Réparation– Protection et réparation des ouvrages atteints de réactions de gonflement interne du béton,

recommandations provisoires du LCPC, 2010.

FIN

Merci pour votre attentionMerci pour votre attention

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IfsttarIfsttarLoïc DIVET58 Boulevard Lefebvre75732 Paris Cedex 15Tél. +33 (0)1 40 43 51 [email protected]

Documents

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