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AFGC Groupe de travail "Conception des bétons pour une durée de vie donnée des

AFGC Groupe de travail "Conception des bétons pour une durée de vie donnée des ouvrages – Indicateurs de durabilité" Documents scientifiques et techniques CONCEPTION DES BÉTONS POUR UNE DURÉE DE VIE DONNÉE DES OUVRAGES Maîtrise de la durabilité vis-à-vis de la corrosion des armatures et de l'alcali-réaction Etat de l'art et Guide pour la mise en œuvre d'une approche performantielle et prédictive sur la base d'indicateurs de durabilité Juillet 2004 AFGC Conception des bétons pour une durée de vie donnée des ouvrages 2 Maîtrise de la durabilité vis-à-vis de la corrosion des armatures et de l’alcali-réaction 3 Le présent document a été préparé dans le cadre du groupe de travail de l'Association Française de Génie Civil (AFGC) : "Conception des bétons en vue d'une durée de vie donnée des ouvrages - Indicateurs de durabilité". La rédaction du document a été réalisée par l'animateur du groupe : Véronique Baroghel-Bouny (LCPC - Paris) et par les membres du groupe : Carmen Andrade (CSIC - Institut E. Torroja - Madrid - Espagne) Marta Castellote (CSIC - Institut E. Torroja - Madrid) Didier Brazillier (DDE de l'Yonne - Auxerre) Jean-Louis Costaz (EDF-SEPTEN - Villeurbanne, puis en retraite) René Couty (ESPCI - Paris) Robert Degeimbre (Université de Liège - Belgique) Loïc Divet (LCPC - Paris) Bruno Godart (LCPC - Paris) Gilbert Grimaldi (LREP - Melun, puis CETMEF - Aix-en-Provence) Sylvine Guedon-Dubied (LCPC - Paris) Lotfi Hasni (CEBTP - Saint Rémy-lès-Chevreuse) Hugues Hornain (LERM - Arles, puis Matériaux Conseil International - Arles) Catherine Larive (LCPC - Paris, puis CETU - Bron) André Le Roux (LCPC - Paris) Lionel Linger (VINCI Construction Grands Projets - Rueil Malmaison) Pierre Monachon (VINCI Construction Grands Projets - Rueil Malmaison, puis en retraite) Micheline Moranville-Regourd (ENS - Cachan) Ilie Petre-Lazar (EDF R&D - Les Renardières) Daniel Poineau (SETRA – Bagneux, puis en retraite) Nourreddine Rafaï (LERM - Arles) Patrick Rougeau (CERIB - Epernon) Géraldine Villain (LCPC - Paris) Marie-Pierre Yssorche-Cubaynes (LMDC-INSA-UPS Toulouse) Ont également contribué à l'élaboration de ce document : Jacques Baron (ATILH - Paris la Défense) Patrick Belin (LCPC - Paris) Thierry Chaussadent (LCPC - Paris) François Cussigh (GTM Construction - Nanterre) Pascal Fasseu (LRPC Lille) Frédéric Guimbal (BOUYGUES Travaux Publics - Saint-Quentin-en-Yvelines, puis LAFARGE LCR - L'Isle d'Abeau) Dominique Henry (LCPC - Paris) Pierre Kalifa (CSTB - Grenoble) Frédéric Skoczylas (Ecole Centrale de Lille - Villeneuve d'Ascq) Mickaël Thiery (LCPC - Paris) AFGC Conception des bétons pour une durée de vie donnée des ouvrages 4 Ce document a également été relu par : Stéphanie Bonnet (IUT de Saint-Nazaire) Bruno Capra (OXAND S.A. - Avon) Danièle Chauvel (EDF-SEPTEN - Villeurbanne) Christian Cremona (LCPC - Paris) Michel Delort (ATILH - Paris-La-Défense) André Raharinaivo (LCPC - Paris) Guy Taché (CEBTP - Saint Rémy lès Chevreuse) et par le Comité Scientifique et Technique de l'AFGC La coordination a été assurée par Jocelyne Jacob (SETRA), Responsable des publications au sein de l’AFGC et Véronique Baroghel-Bouny (LCPC), Animateur du groupe de travail. Maîtrise de la durabilité vis-à-vis de la corrosion des armatures et de l’alcali-réaction 5 SOMMAIRE RÉSUMÉ PRÉAMBULE 1. PROCESSUS DE DÉGRADATION DES OUVRAGES EN BÉTON (ARMÉ) TRAITÉS DANS LE PRÉSENT DOCUMENT 2. INTÉRET D'UNE DÉMARCHE PERFORMANTIELLE CONTEXTE ET CONSTATATIONS 2.1. Constatations : cas des ouvrages d'art exemple des ouvrages routiers du réseau national 2.2. Constatations : spécificités du bâtiment 2.3. Constatations : nécessité d'une démarche performantielle 2.4. Recensement des grands projets incluant des critères performantiels relatifs aux propriétés de durabilité 3. DURABILITÉ, DURÉE DE VIE ET ÉTATS LIMITES DE DURABILITÉ 3.1. La durabilité du matériau 3.2. La durabilité des structures en béton (armé ou précontraint) 4. DESCRIPTION ET CONDITIONS D'APPLICATION DE LA DÉMARCHE PERFORMANTIELLE PROPOSÉE 4.1. Objectifs généraux de la démarche performantielle proposée et principe adopté pour son élaboration 4.2. Indicateurs de durabilité et autres paramètres - définitions 4.3. Déroulement de la démarche performantielle proposée 4.4. Problèmes soulevés par la démarche performantielle proposée 4.5. Conclusions pour l'application de la démarche performantielle proposée 5. CORROSION DES ARMATURES ET ALCALI-RÉACTION : MÉCANISMES PHYSICO-CHIMIQUES MIS EN JEU 5.1. Corrosion des armatures et processus initiateurs 5.2. Alcali-réaction 5.3. Effet des additions minérales 6. INDICATEURS DE DURABILITÉ : SÉLECTION ET JUSTIFICATION 6.1. Indicateurs de durabilité sélectionnés et autres paramètres 6.2. Justification du choix des indicateurs de durabilité généraux et des paramètres complémentaires 6.3. Justification du choix des indicateurs de durabilité spécifiques a l'alcali-réaction 6.4. Justification du choix pour quelques indicateurs de substitution 7 8 10 12 12 15 15 17 21 21 21 25 25 25 26 27 28 30 30 41 51 55 55 55 58 69 AFGC Conception des bétons pour une durée de vie donnée des ouvrages 6 7. MÉTHODES DE DÉTERMINATION DES INDICATEURS DE DURABILITÉ 7.1. Remarque préliminaire 7.2. Méthodes de détermination des indicateurs de durabilité généraux 7.3. Méthodes de détermination des indicateurs de durabilité spécifiques à l'alcali-réaction 7.4. Méthodes de détermination d'indicateurs de substitution 7.5. Synthèse des méthodes disponibles pour la détermination des indicateurs de durabilité 8. CLASSES ET VALEURS LIMITES RELATIVES AUX INDICATEURS DE DURABILITÉ : ÉVALUATION DE LA DURABILITÉ "POTENTIELLE" D'UN BÉTON DONNÉ 8.1. Classes et valeurs limites relatives aux indicateurs de durabilité généraux et aux indicateurs de substitution 8.2. Evaluation de la durabilité "potentielle" d'un béton donné 9. SPÉCIFICATIONS RELATIVES AUX INDICATEURS DE DURABILITÉ EN FONCTION DU TYPE D'ENVIRONNEMENT ET DE LA DURÉE DE VIE EXIGÉE : SÉLECTION OU QUALIFICATION DE FORMULES DE BÉTON POUR UN OUVRAGE DONNÉ 9.1. Types d'environnement considérés 9.2. Spécifications-types pour la durabilité vis-a-vis de la corrosion des armatures 9.3. Spécifications-types pour la durabilité vis-a-vis de l'alcali-réaction 9.4. Sélection ou qualification de formules de béton pour un ouvrage donné 10. PRÉDICTION DE LA DURABILITÉ (PHASE DE CONCEPTION) OU ÉVALUATION DE LA DURABILITÉ RÉSIDUELLE DES OUVRAGES 10.1. Témoins de durée de vie 10.2. Modèles prédictifs : calcul des témoins de durée de vie 10.3. Prédiction de la durabilité d'un ouvrage neuf (phase de conception) 10.4. Diagnostic et évaluation de la durabilité résiduelle d'ouvrages existants 10.5. Application : stratégie de suivi des ouvrages - mesure des indicateurs de durabilité et des témoins de durée de vie in situ à des échéances données 10.6. Illustration : le pont Vasco de Gama sur le Tage à Lisbonne (Portugal) prédiction de la durabilité à partir du modèle du LERM et validation à partir des résultats des campagnes d’essais 11. REMARQUES FINALES ET PERSPECTIVES 12. TEXTES DE RÉFÉRENCE (NORMES, RÉGLEMENTS, GUIDES ET RECOMMANDATIONS), MODES OPÉRATOIRES ET NOTICES DE LOGICIELS 13. RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES 14. ANNEXES 73 73 73 81 84 85 88 88 91 92 92 94 99 104 105 105 110 122 123 123 126 128 131 135 155 Maîtrise de la durabilité vis-à-vis de la corrosion des armatures et de l’alcali-réaction 7 RÉSUMÉ Ce document vise à une meilleure connaissance des propriétés relatives à la durabilité du béton (armé) et de ses constituants, et à la mise en place de moyens pour maîtriser cette durabilité. Il présente un état de l'art et propose une méthodologie pour la mise en œuvre d'une démarche performantielle, globale et prédictive de la durabilité des structures en béton (armé), basée sur la notion d'indicateurs de durabilité et combinant mesures en laboratoire et codes de calcul (modèles). Deux types de dégradation sont considérés, la corrosion des armatures (induite par la carbonatation ou la pénétration des chlorures) et l'alcali-réaction. Ce document inclut notamment les éléments suivants : • une description des mécanismes chimiques, physiques et mécaniques, et leurs couplages éventuels, à l’origine de la corrosion des armatures et des dégradations générées par l'alcali-réaction. Cette étape permet en outre d'identifier les indicateurs de durabilité, c’est-à-dire les paramètres fondamentaux qui influent sur ces mécanismes, dans un environnement donné, • une présentation des méthodes d'essai (ou de calcul) à disposition pour quantifier les indicateurs de durabilité, • une méthode d'évaluation de la durabilité "potentielle" sur la base de classes, • des spécifications relatives aux indicateurs de durabilité, en fonction du type d'environnement et de la durée de vie exigée, • une présentation de modèles de prédiction de la durée de vie, relatifs aux processus susceptibles d'engendrer la corrosion des armatures ou l'alcali-réaction, pour lesquels les données d'entrée incluent les indicateurs de durabilité sélectionnés et les "sorties" sont les témoins de durée de vie. Des méthodes de mesure des témoins de durée de vie, applicables en laboratoire sur éprouvettes ou sur prélèvements issus d'ouvrages, sont en outre proposées, • une méthode de prédiction de la durabilité en phase de conception ou d'évaluation de la durabilité résiduelle des ouvrages existants. Des compléments théoriques, notamment sur les mécanismes, ainsi que des exemples de méthodes, de modèles, de validation (expérimentale ou numérique) des classes et des spécifications, ainsi que d'application partielle de la méthodologie et de cahiers des charges de projets d'ouvrages, sont rassemblés dans les annexes jointes au texte du guide. AFGC Conception des bétons pour une durée de vie donnée des ouvrages 8 PRÉAMBULE Le présent document a été élaboré sur la base des connaissances scientifiques et techniques actuelles acquises en France et à l'étranger. L'état de l'art présenté est illustré par des exemples, que ce soit en termes de résultats expérimentaux uploads/Ingenierie_Lourd/ indicateurs-durabilite.pdf