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techniques et méthodes des laboratoires des ponts et chaussées Guide technique

techniques et méthodes des laboratoires des ponts et chaussées Guide technique Recommandations pour la prévention des désordres dus à la réaction sulfatique interne Guide technique Août 2007 Recommandations pour la prévention des désordres dus à la réaction sulfatique interne Laboratoire Central des Ponts et Chaussées 58, bd Lefebvre, F 75732 Paris Cedex 15 Ce document a été rédigé par un groupe d’experts placé sous le pilotage d’un comité technique : Membres du comité technique Président du comité : M. Thierry Kretz (SETRA). MM. Abdelkim Ammouche (LERM), Claude Bois (CGPC), François Cussigh (FNTP), Michel Delort (ATILH), Loïc Divet (LCPC), Gilles Escadeillas (LMDC Toulouse), Hervé Foucard (Ville de Paris), Bruno Godart (LCPC), Bruno Huvelin (SNBPE), Yann Jaffré (SETRA), Alain Jeanpierre (EDF), Jean-Marc Morin (SNCF), Christian Partenay (SNBPE), Alexandre Pavoine (LCPC), Patrick Rougeau (CERIB). Membres du groupe d’experts Animateurs du groupe : MM. Bruno Godart et Loïc Divet (LCPC). MM. Jean-Luc Clément (LCPC), François Cussigh (Vinci Construction France), Gilles Escadeillas (LMDC Toulouse), Patrick Guiraud (CIMBETON), Lofti Hasni (CEBTP), Sylvie Lecrux (CTG ITALCEMENTI), Lionel Linger (Vinci Construction Grands Projets), Alexandre Pavoine (LCPC), Patrick Rougeau (CERIB), Angélique Vichot (ATILH), Vincent Waller (CTG ITALCEMENTI). Pour commander cet ouvrage : Laboratoire central des ponts et chaussées DISTC-Diffusion 58, boulevard Lefebvre F-75732 PARIS CEDEX 15 Téléphone : 01 40 43 50 20 Télécopie : 01 40 43 54 95 Internet : http://www.lcpc.fr Prix : 30 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) © 2007 - LCPC ISSN 1151-1516 ISBN 2-7208-2503-1 3 Introduction......................................................................................................... 5 Chapitre 1. Généralités sur la réaction sulfatique interne (RSI) ...................................................................... 7 1. Le phénomène de la réaction sulfatique interne (RSI).................................................... 9 2. Les principaux paramètres de la réaction sulfatique interne (RSI) ............................... 10 3. Le contexte normatif...................................................................................................... 10 4. Influence du ciment et des additions............................................................................. 11 Chapitre 2. Détermination du niveau de prévention nécessaire............................................................... 13 1. Catégories de l’ouvrage ou de la partie d’ouvrage........................................................ 15 2. Classes d’exposition vis-à-vis de la réaction sulfatique interne (RSI)........................... 16 3. Niveaux de prévention .................................................................................................. 16 Chapitre 3. Précautions en fonction des niveaux de prévention ........................................................... 19 1. Niveau de prévention As ............................................................................................... 22 2. Niveau de prévention Bs............................................................................................... 22 3. Niveau de prévention Cs............................................................................................... 22 4. Niveau de prévention Ds............................................................................................... 23 Sommaire 4 Chapitre 4. Dispositions liées à la conception et au dimensionnement des ouvrages, à la formulation et à la fabrication du béton ainsi qu’à sa mise en œuvre...................................................... 25 1. Généralités.................................................................................................................... 27 2. Dispositions liées à la conception et au dimensionnement des ouvrages .................... 27 2.1. Pour éviter les contacts prolongés avec l’eau ................................................. 27 2.2. Pour réduire l’échauffement du béton.............................................................. 28 3. Dispositions liées à la formulation du béton.................................................................. 28 4. Dispositions liées à la fabrication et au transport du béton........................................... 29 5. Dispositions liées à la mise en oeuvre du béton........................................................... 30 5.1. Organisation du chantier.................................................................................. 30 5.2. Refroidissement du béton................................................................................ 30 5.3. Choix du coffrage............................................................................................. 31 6. Dispositions spécifiques à la préfabrication .................................................................. 31 Annexes.............................................................................................................. 35 Annexe I : Quelques précisions sur la réaction sulfatique interne (RSI) ....................... 37 Annexe II : Bilan des ouvrages touchés par la réaction sulfatique interne (RSI) et présentation des désordres...................................................................... 39 Annexe III : Rappel sur l’exothermie des bétons............................................................. 43 Annexe IV : Estimation des températures atteintes dans les structures à construire...... 47 Annexe V : Essai performantiel ...................................................................................... 55 Références...................................................................................................... 57 Bibliographie.................................................................................................. 59 5 RECOMMANDATIONS POUR LA PRÉVENTION DES DÉSORDRES DUS À LA RÉACTION SULFATIQUE INTERNE Introduction L a réaction sulfatique interne (RSI) par formation différée d’ettringite est une cause de désordres susceptibles d’endommager assez sévèrement des ouvrages en béton. Si les cas répertoriés en France sont peu nombreux, ils sont néanmoins suffisamment importants pour justifier que des précautions soient prises pour les nouveaux ouvrages à construire. Les recommandations présentées dans ce document ont pour objectif de limiter le risque d’apparition de désordres liés à cette réaction. Ces recommandations concernent les ouvrages de génie civil et les bâtiments comportant des éléments de dimensions importantes en contact avec l’eau ou soumises à une ambiance humide. Elles fixent le niveau de prévention à atteindre en fonction de la catégorie de l’ouvrage ou (la partie d’ouvrage) et des conditions d’environnement auxquelles il (elle) est soumis(e). À chacun de ces niveaux de prévention, sont associées des précautions à appliquer et des vérifications à effectuer. Les recommandations présentent également des dispositions constructives à adopter. Les premiers cas de réaction sulfatique interne sont apparus à l’étranger à partir de 1987 dans certaines pièces préfabriquées qui avaient été soumises à un traitement thermique inadapté à la formulation et à l’exposition du béton (comme, par exemple, des traverses de chemins de fer). Les formulations de béton ainsi que les cycles d’étuvage ont donc été adaptés de façon à éviter l’apparition de nouveaux désordres ; depuis lors, ceci a été formalisé dans la norme relative aux produits préfabriqués NF EN 13369. Des désordres provoqués par la réaction sulfatique interne ont été observés en France, à partir de 1997, sur des ponts dont le béton avait été coulé en place ; il s’agit essentiellement de parties d’ouvrages massives (piles, chevêtres sur piles ou culées, embases de pylône, etc.) en contact avec l’eau ou soumises à une forte humidité. Dans l’état actuel de nos connaissances, peu de résultats de recherche ayant été publiés sur le sujet du traitement des ouvrages atteints de réaction sulfatique interne et aucune solution de traitement n’ayant été proposée pour bloquer l’évolution de cette réaction au sein des ouvrages, une démarche préventive s’avère donc indispensable pour éviter l’apparition et le développement de cette réaction dans les ouvrages à construire. Ces recommandations viennent en complément des règles de l’art habituelles qui assurent à la fois la qualité du béton et sa durabilité au sein des structures, en particulier elles sont complémentaires de la norme NF EN 206-1, des normes de produits préfabriqués en béton 6 et de la série des normes NF EN 1992. Elles proposent des solutions adaptées en cas de contradictions avec certains textes en vigueur ; c’est notamment le cas des recom- mandations relatives au gel des bétons durcis qui prescrivent d’utiliser des dosages élevés en ciment de type CEM I pour résister à l’écaillage, cette disposition pouvant s’avérer néfaste vis-à-vis de la durabilité en matière de réaction sulfatique interne. En outre, elles reprennent quelques concepts de base qui ont parfois tendance à être négligés, voire oubliés, dans l’acte de construire : Pour les structures coulées en place : • L’évolution actuelle vers des rythmes de construction de plus en plus soutenus, la recherche de résistances élevées du béton au jeune âge pour accélérer la rotation des coffrages ou la précocité des mises en précontrainte, notamment dans le cas de pièces massives, ne doit pas se faire au détriment de la durabilité des structures construites dans ces conditions (cf. annexe III). • Il convient de respecter le principe du choix d’une formulation de béton adaptée à la partie d’ouvrage à construire dans son environnement, et adopter une optimisation multicritère lors du choix du ciment et de la formulation du béton, en évitant par exemple l’utilisation de ciments CEM I fortement exothermiques à un dosage élevé dans une pièce massive. • Il faut éviter le coulage de pièces massives lors des fortes chaleurs d’été lorsqu’il n’est pas mis en œuvre de dispositions spécifiques pour limiter l’échauffement excessif du béton. Pour les structures constituées de produits préfabriqués en béton : • Il convient d’éviter, pour ces produits, les cycles de traitement thermique comportant des températures maximales trop élevées associées à des paliers de maintien en température de trop longue durée pour des formules de béton sensibles à la RSI. Les présentes recommandations combinent approche performantielle et prescriptions de moyens, ces dernières restant nécessaires lorsque des spécifications de nature performantielle ne peuvent être appliquées. Enfin, elles présentent un caractère provisoire, compte tenu de l’état actuel des connaissances. Dans le cas où l’application de ces recommandations conduiraient à des dispositions particulièrement contraignantes (par exemple niveau de prévention Ds), il est fortement conseillé de faire appel à un expert ou de faire intervenir un laboratoire spécialisé connaissant bien ce type de réaction. 7 Chapitre 1 Généralités sur la réaction sulfatique interne (RSI) 1. Le phénomène de la réaction sulfatique interne (RSI) La réaction sulfatique interne (RSI) peut être définie par la formation différée d’ettringite dans un matériau cimentaire, plusieurs mois voire plusieurs années après la prise du ciment, et sans apport de sulfate externe. Le terme différée (cf. annexe I) signifie que l’ettringite n’a pas pu se former lors de l’hydratation du ciment, et ceci en raison d’un échauffement important du béton intervenant plusieurs heures ou plusieurs jours après son coulage. Il faut distinguer le phénomène de réaction sulfatique interne (RSI), du phénomène de réaction sulfatique externe (RSE), connu depuis 1887, et signalé par Candlot à la suite d’observations sur les mortiers des fortifications de Paris lorsqu’ils se trouvaient en contact avec des eaux gypseuses. Dans le cas uploads/Sante/ guide-rsi.pdf