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Développement d'une approche globale, performantielle et prédictive de la durab

Développement d'une approche globale, performantielle et prédictive de la durabilité des structures en béton (armé) sur la base d'indicateurs de durabilité Bilan et perspectives Caractérisation de la microstructure des bétons, étude de leurs propriétés hydriques et de transport, évaluation des déformations libres et prédiction de la durée de vie des ouvrages Véronique Baroghel-Bouny Décembre 2008 Laboratoire central des ponts et chaussées 58, boulevard Lefebvre, F 75732 Paris Cedex 15 Conformément à la note du 04/07/2014 de la direction générale de l'Ifsttar précisant la politique de diffusion des ouvrages parus dans les collections éditées par l'Institut, la reproduction de cet ouvrage est autorisée selon les termes de la licence CC BY-NC-ND. Cette licence autorise la redistribution non commerciale de copies identiques à l’original. Dans ce cadre, cet ouvrage peut être copié, distribué et communiqué par tous moyens et sous tous formats. (CC BY-NC-ND 4.0) Attribution — Vous devez créditer l'Oeuvre et intégrer un lien vers la licence. Vous devez indiquer ces informations par tous les moyens possibles mais vous ne pouvez pas suggérer que l'Ifsttar vous soutient ou soutient la façon dont vous avez utilisé son Oeuvre. Pas d’Utilisation Commerciale — Vous n'êtes pas autorisé à faire un usage commercial de cette Oeuvre, tout ou partie du matériel la composant. Pas de modifications — Dans le cas où vous effectuez une adaptation, que vous transformez, ou créez à partir du matériel composant l'Oeuvre originale (par exemple, une traduction, etc.), vous n'êtes pas autorisé à distribuer ou mettre à disposition l'Oeuvre modifiée. Le patrimoine scientifique de l'Ifsttar Le libre accès à l'information scientifique est aujourd'hui devenu essentiel pour favoriser la circulation du savoir et pour contribuer à l'innovation et au développement socio-économique. Pour que les résultats des recherches soient plus largement diffusés, lus et utilisés pour de nouveaux travaux, l’Ifsttar a entrepris la numérisation et la mise en ligne de son fonds documentaire. Ainsi, en complément des ouvrages disponibles à la vente, certaines références des collections de l'INRETS et du LCPC sont dès à présent mises à disposition en téléchargement gratuit selon les termes de la licence Creative Commons CC BY-NC-ND. Le service Politique éditoriale scientifique et technique de l'Ifsttar diffuse différentes collections qui sont le reflet des recherches menées par l'institut : • Les collections de l'INRETS, Actes • Les collections de l'INRETS, Outils et Méthodes • Les collections de l'INRETS, Recherches • Les collections de l'INRETS, Synthèses • Les collections du LCPC, Actes • Les collections du LCPC, Etudes et recherches des laboratoires des ponts et chaussées • Les collections du LCPC, Rapport de recherche des laboratoires des ponts et chaussées • Les collections du LCPC, Techniques et méthodes des laboratoires des ponts et chaussées, Guide technique • Les collections du LCPC, Techniques et méthodes des laboratoires des ponts et chaussées, Méthode d'essai www.ifsttar.fr Institut Français des Sciences et Techniques des Réseaux, de l'Aménagement et des Transports 14-20 Boulevard Newton, Cité Descartes, Champs sur Marne F-77447 Marne la Vallée Cedex 2 Contact : diffusion-publications@ifsttar.fr Véronique Baroghel-Bouny Habilitée à diriger des recherches Docteur de l'École Nationale des Ponts et Chaussées Ingénieur Divisionnaire des Travaux Publics de l'État Adjointe au Chef de la Division bétons et composites cimentaires Laboratoire Central des Ponts et Chaussées Cet ouvrage est issu du mémoire d'habilitation à diriger des recherches de l'université de Marne-la- Vallée (spécialité : Génie Civil) rédigé par Véronique Baroghel-Bouny. Cette habilitation à diriger des recherches a été soutenue le 1er octobre 2007 à Paris, devant le jury présidé par Monsieur Henri VAN DAMME et composé de Mesdames Carmen ANDRADE, Micheline MORANVILLE et Karen SCRIVENER et de Messieurs Paul ACKER, Jean-François COSTE, Olivier COUSSY et Thierry KRETZ. Crédit photo de couverture : Daniel Jamme Pour commander cet ouvrage : Laboratoire central des ponts et chaussées DISTC - Section Diffusion 58, boulevard Lefebvre, F 75732 Paris cedex 15 Téléphone : 01 40 43 50 20 - Télécopie : 01 40 43 54 95 Ou serveur Internet LCPC : www.lcpc.fr Prix : 45 Euros HT Ce document est propriété du Laboratoire central des ponts et chaussées et ne peut être reproduit, même partiellement, sans l'autorisation de son Directeur général (ou de ses représentants autorisés) © 2008 - LCPC ISSN 1161-028X ISBN 978-2-7208-2532-8 DOI/Crossref 10.3829/erlpc.oa63-fr Approche globale, performantielle et prédictive de la durabilité des ouvrages en béton (armé) V. Baroghel-Bouny (LCPC) 3 SOMMAIRE SOMMAIRE................................................................................................................ 3 RESUME .................................................................................................................. 11 MOTS-CLES ............................................................................................................ 12 ABSTRACT.............................................................................................................. 13 KEY-WORDS ........................................................................................................... 14 PREAMBULE........................................................................................................... 15 Présentation ............................................................................................................. 15 Groupes de Travail et Projets animés par l'auteur sur la période 1995-2005 et mentionnés dans ce document................................................................................. 15 Principaux Groupes de Travail et Projets auxquels a participé l'auteur sur la période 1995-2005 mentionnés dans ce document............................................................... 18 REMERCIEMENTS .................................................................................................. 21 1 - INTRODUCTION : CONTEXTE ET BESOINS.................................................... 23 1.1 - Introduction générale : position du problème.................................................... 23 1.2 - Constatations vis-à-vis de la corrosion des armatures du béton armé ............. 24 1.3 - Constatations vis-à-vis des dégradations liées à l'alcali-réaction ..................... 24 1.4 - Constatations vis-à-vis des dégradations dues aux cycles de gel-dégel avec ou sans sels (fissuration interne et écaillage des parements) ....................................... 25 1.5 - Constatations vis-à-vis des déformations du béton et de la fissuration associée (au jeune âge) .......................................................................................................... 26 1.6 - Situation actuelle - Gestion du parc d'ouvrages ............................................... 27 1.7 - Situation actuelle - Textes de référence applicables ........................................ 28 1.8 - Evolution des projets d'ouvrages - Nécessité de développer une nouvelle approche................................................................................................................... 29 1.9 - L'approche performantielle - Avantages et contraintes..................................... 30 2 - DEVELOPPEMENT D'UNE APPROCHE PERFORMANTIELLE ET PREDICTIVE DE LA DURABILITE - CHAMP D'INVESTIGATION, OBJECTIF ET CADRE DE TRAVAIL.................................................................................................................. 35 2.1 - Champ d'investigation et objectif...................................................................... 35 2.2 - Cadres de travail .............................................................................................. 36 3 - DURABILITE ET DUREE DE VIE - DEFINITIONS ET OPTIONS RETENUES.. 41 3.1 - Introduction....................................................................................................... 41 3.2 - Cas de la corrosion des armatures................................................................... 41 3.3 - Cas de l'alcali-réaction ..................................................................................... 42 4 - INDICATEURS DE DURABILITE ET AUTRES PARAMETRES - DEFINITION ET PANEL SELECTIONNE........................................................................................... 47 4.1 - Définition des indicateurs de durabilité............................................................. 47 4.2 - Indicateurs de durabilité généraux sélectionnés............................................... 47 4.3 - Indicateurs de durabilité spécifiques - Exemple de l'alcali-réaction.................. 48 4.4 - Indicateurs de substitution - Fonctions et sélection .......................................... 48 4.5 - Caractéristiques de base - Définition et sélection............................................. 49 Approche globale, performantielle et prédictive de la durabilité des ouvrages en béton (armé) V. Baroghel-Bouny (LCPC) 4 4.6 - Paramètres complémentaires - Définition et exemples .................................... 50 5 - BASES SCIENTIFIQUES DE L'APPROCHE : COMPREHENSION DES MECANISMES PHYSICO-CHIMIQUES, MISE EN EVIDENCE DE COUPLAGES, INFLUENCE DES PARAMETRES DE FORMULATION ET DE LA TEMPERATURE, IDENTIFICATION DES PARAMETRES FONDAMENTAUX, JUSTIFICATION THEORIQUE DU CHOIX DES INDICATEURS DE DURABILITE ET NECESSITE DE PARAMETRES COMPLEMENTAIRES ................................................................... 55 5.1 - Historique et philosophie des recherches et démarche scientifique ................. 55 5.2 - Caractérisation de la microstructure................................................................. 63 5.2.1 - Porosité accessible à l'eau..................................................................... 63 5.2.2 - Description de la structure poreuse........................................................ 63 5.2.3 - Porosité du "gel" C-S-H et porosité "capillaire"....................................... 64 5.2.4 - (Teneur en) portlandite Ca(OH)2 ............................................................ 65 5.2.4.1 - Lixiviation par les eaux faiblement minéralisées et les acides ......... 65 5.2.4.2 - Alcali-réaction et réactions sulfatiques............................................. 66 5.2.4.3 - Corrosion des armatures du béton armé ......................................... 66 5.2.4.4 - Hydratation du ciment et réaction pouzzolanique ............................ 66 5.2.4.5 - Déformations endogènes................................................................. 68 5.2.4.6 - Conclusion....................................................................................... 68 5.2.5 - Evolution à long terme de la microstructure ........................................... 69 5.2.5.1 - Exemple 1 : influence du E/C........................................................... 69 5.2.5.2 - Exemple 2 : influence de la présence de fumées de silice .............. 70 5.2.6 - Effet d'une élévation de température sur la microstructure .................... 70 5.2.6.1 - Hydratation à température élevée.................................................... 70 5.2.6.2 - Exposition à une température élevée après durcissement .............. 71 5.3 - Propriétés hydriques : cinétiques et valeurs d'équilibre.................................... 77 5.3.1 - Séchage endogène (autodessiccation) .................................................. 77 5.3.2 - Séchage exogène : évolution en fonction du temps (cinétiques et profils hydriques).......................................................................................................... 77 5.3.3 - Interactions entre hydratation et séchage exogène................................ 78 5.3.4 - Compréhension des interactions eau-matrice : isothermes de désorption et d'adsorption de vapeur d'eau ........................................................................ 80 5.3.4.1 - Influence des paramètres de formulation......................................... 80 5.3.4.2 - Existence d'une hystérésis .............................................................. 82 5.4 - Propriétés de transport : coefficients de diffusion et perméabilités................... 87 5.4.1 - Introduction ............................................................................................ 87 5.4.2 - Coefficients de diffusion ......................................................................... 87 5.4.2.1 - Coefficients de diffusion des ions chlorure ...................................... 87 5.4.2.2 - Coefficients de diffusion hydrique.................................................... 88 5.4.2.3 - Coefficient de diffusion du CO2 dans les matériaux carbonatés ...... 91 5.4.3 - Perméabilité aux gaz et aux liquides - Loi de Darcy - Influence du taux de saturation........................................................................................................... 91 5.4.4 - Conclusion ............................................................................................. 93 5.5 - Influence de la (micro)fissuration sur les propriétés de transport et sur la progression des espèces agressives........................................................................ 97 5.5.1 - Introduction ............................................................................................ 97 5.5.2 - Influence de la (micro)fissuration sur la perméabilité ............................. 97 5.5.3 - Influence de la (micro)fissuration sur le coefficient de diffusion ............. 98 5.5.4 - Influence de la (micro)fissuration sur la progression de la carbonatation99 5.6 - Compréhension des interactions entre l'eau et NaCl.......................................103 5.7 - Compréhension des interactions chlorures-matrice ........................................107 Approche globale, performantielle et prédictive uploads/Ingenierie_Lourd/ erlpc-oa-lcpc-oa63-pdf.pdf