4 - Durabilite Et Enrobage Des Armatures - THAUVIN Cle7a5452

L’Approche Performantielle Durabilité et enrobage des armatures

B. THAUVIN – CETE Ouest – LRPC Saint-Brieuc Ministère de l'Écologie, de l'Énergie, du Développement durable et de l'Aménagement du territoire

Ministère de l'Écologie, de l'Énergie, du Développement durable et de l'Aménagement du territoire

Problématique Durabilité

= Béton compact

Formulation + Mise en oeuvre Fissuration Fissurat ion

+ Cure adaptée

Éclat Délamination

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Choix et exécution

+ Enrobage suffisant

Dimensionnement Dimensionnement + Exécution

Historique  Avant le XIXième XIXième siècle siècle Règles expérimentales, lois de comportement intutifs ...

Circulaire du 20 octobre 1906 1ière règle spécifique à l’emploi du béton Enrobage minimal : 15 à 20 mm pour les armatures principales

Circulaire du 19 juillet 1934 (règles BA34) 20 mm pour les ouvrages à terre, 35 mm pour les ouvrages en mer 

Circulaire du 14 novembre 1964 (fascicule 61 titre VI) 4 cm pour les ouvrages à la mer, 2 cm pour les autres structures et 1 cm pour les locaux clos, chauffés et sans condensation 4

Historique Circulaire du 23 mai 1980 (BAEL 80) Introduction d’un enrobage de 3 cm pour les parois non coffrées en cas d’actions agressives

Circulaire du 30 décembre 1992 (BAEL 91)  Augmentation à 5 cm pour les ouvrages à la mer 

 Avril 2010 : les eurocodes ...

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Historique Depuis le 1ier texte de 1906 jusqu’à aujourd’hui, bonne constance des exigences en terme d’enrobage Classification en 3 catégories d’exposition : - Ouvrages exposés à une atmosphère agressive ou en milieu marin - Ouvrages exposés aux intempéries et aux condensations - Ouvrages dans les locaux couverts et non exposés aux condensations

Constance dans le temps des enrobages mini : - 1 cm dans le cas de l’exposition la moins sévère

 Augmentation dans le temps temps des enobages les + forts forts : - 5 cm actuellement dans le cas du milieu marin 6

Définition de l’enrobage Eurocode 2 et son annexe Norme NF EN 1992-1-1 (section 4 : Durabilité et enrobage des armatures)

Distance entre la surface du béton et l’armature la plus proche Il est dimensionné pour garantir : - la bonne protection de l’acier contre la corrosion - la bonne transmission des efforts (adhérence acier/béton) - une résistance au feu

Paramètre fondamental pour assurer la pérennité des structures en béton armé et précontraint 7

Définition de l’enrobage Eurocode 2 et son annexe Norme NF EN 1992-1-1 (section 4 : Durabilité et enrobage des armatures)

Cnom = Cmin + ΔCdev Cnom : Enrobage nominal, nominal, spécifié sur les plans d’exécution d’exécution (cales) ΔCdev : Marge de sécurité pour tolérance d’exécution Cmin : Exigences vis-à-vis de l’adhérence et de l’environnement Cnom > Diamètre du plus gros granulat Éviter Cnom > 50 mm

Cmin = max [Cmin,b ; Cmin,dur  – ΔCdur,st – ΔCdur,add ; 10 mm] + k i 8

Définition de l’enrobage Eurocode 2 et son annexe Norme NF EN 1992-1-1 (section 4 : Durabilité et enrobage des armatures)

Principes généraux des dispositions nationales : - Obtenir la durabilité par un choix équilibré entre la qualité du béton d’enrobage, son épaisseur et les dispositions complémentaires - Privilégier les dispositions sanctionnées par une base scientifique sûre et vérifiées de façon représentative et/ou un retour d’expérience satisfaisant - Inciter à un meilleur contrôle du positionnement des armatures - Rendre possible l’adoption d’une démarche performantielle visà-vis de la durabilité du béton

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Démarche Cnom = Cmin + ΔCdev Cmin = max [Cmin,b ; Cmin,dur  – ΔCdur,st – ΔCdur,add ; 10 mm] + k i

1 – Détermination des classes d’exposition 2 – Détermination de la classe structurale 3 – Modulation de la classe structurale 4 – Prise en compte de l’environnement (C min,dur ) 5 – Prise en compte de l’adhérence acier/béton (C min,b) 6 – Prise en compte de contraintes particulière (k i) 7 – Prise en compte des tolérance d’exécution (ΔC dev) 10

1 – Détermination des classes d’exposition (compléments apportés par l’eurocode 2)

Corrosion induite par carbonatation (XC) : - XC4 : Parties aériennes des ouvrages d’art - XC3 : Surface des hourdis protégés par une étanchéité - XC2 : Fondations

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1 – Détermination des classes d’exposition (compléments apportés par l’eurocode 2)

Corrosion induite par les chlorures marins (XS) : - XS3 : Eléments en zone de marnage et/ou exposés aux embruns

lorsqu’ils sont situés à – de 100m de la côte, parfois plus, jusqu’à 500m, suivant la topographie particulière - XS1 : Eléments situés au delà de la zone de classement XS3 et situés à – de 1km de la côte, parfois plus, jusqu’à 5km, lorsqu’ils sont exposés à un air véhiculant du sel marin, suivant la topo particulière - XS2 : Eléments immergés en permanence

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1 – Détermination des classes d’exposition (compléments apportés par l’eurocode 2)

Gel interne (XF) : Carte de gel (XFi) + On se réfère aux classes XC et XD Classes d’exposition XF1

XF2

XF3

XF4

XC4 si le béton Peu fréquent

XC4

Sans objet

Type de salage (cf. recomm. Gel 2003)

est formulé sans entraîneur  d’air, XD1 dans le cas contraire

XD1, XD3 Fréquent

Sans objet

Très fréquent

Sans objet

(éléments très exposés*)

Sans objet

Sans objet

XD2, XD3 (éléments très exposés*)

Sans objet

Sans objet

XD3

* Pour les ponts : corniches, longrines d’ancrage des dispositifs de retenue, solins des joints de dilatation 13

1 – Détermination des classes d’exposition (compléments apportés par l’eurocode 2)

 Attaques chimiques (XA) (XA) : Démarche spécifique à engager par le Moe suivant la destination de l’ouvrage et la nature de son environnement

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1 – Détermination des classes d’exposition (compléments apportés par l’eurocode 2)

Risque d’abrasion (XM) : Prise en compte de la circulation de chantier, frottement d’amarres, frottement de navires sur des défenses d’accostage, ... Classe d’abrasion

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Conditions

XM1

Abrasion modérée telle que : éléments de site industriel soumis à la circulation de véhicules équipés de pneumatiques, frottements d’amarres ou de chaînes, sédiments charriés par la houle

XM2

Abrasion importante, telle que : éléments de site industriel soumis à la circulation de chariots élévateurs équipés de pneumatiques ou de  bandages en caoutchouc pleins, coques de navires pouvant glisser sur un front d’accostage

XM3

Abrasion extrême, telle que : éléments de site industriel soumis à la circulation de chariots élévateurs équipés de pneumatiques ou de  bandages en élastomère ou métalliques métalliques ou d’engins à chenilles, godets de chargeur de  produits en vrac

Classes  Augmentation  Augmentatio n d’exposition de l’enrobage sévères

2 – Détermination de la classe structurale (S)

Durée d’Utilisation de Projet La classe structurale (S) dépend de la DUP (eurocode 0) Elle est définit par le maître d’ouvrage 6 classes structurales : S1 à S6 La classe structurale permet de dimensionner l’enrobage

Classe structurale

Durée d’utilisation de projet

S3

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Exemples

Pour les ouvrages provisoires

S4

50 ans

Pour les bâtiments et ouvrages de génie civil courant

S6

100 ans

Pour les ponts

 Augmentation de l’enrobage

3 – Modulation de la classe structurale (S)

Classe de résistance La classe de résistance joue le rôle d’un indicateur de durabilité ou de compacité Classe d’exposition Critère X0

Classe de résistan ce

XC1

XC2/XC3

XC4

XD1/XS1/ XA1

XD2/XS2/ XA2

XD3/XS3/ XA3

> C30/37 :

> C30/37 :

> C30/37 :

> C35/45 :

> C40/50 :

> C40/50 :

> C45/55 :

Minoration de 1

Minoration de 1

Minoration de 1

Minoration de 1

Minoration de 1

Minoration de 1

Minoration de 1

> C50/60 :

> C50/60 :

> C55/67 :

> C60/75 :

> C60/75 :

> C60/75 :

> C70/85 :

Minoration de 2

Minoration de 2

Minoration de 2

Minoration de 2

Minoration de 2

Minoration de 2

Minoration de 2

Justification de la ligne 2 : Réduction très importante de la profondeur de carbonatation et de diffusion des chlorures dans les bétons à hautes et très hautes performances Minoration de 2 de la classe structurale en cas d’application de l’approche performantielle performantielle (En substitution de la modulation par la classe de résistance) 17

3 – Modulation de la classe structurale (S)

Nature du liant Classe d’exposition Critère X0

 Nature du liant

XC1

XC2/XC3

XC4

Béton de classe >C35/45 à  base de CEMI sans cendres volantes :

Béton de classe >C35/45 à  base de CEMI sans cendres volantes :

Béton de classe >C40/50 à  base de CEMI sans cendres volantes :

Minoration de 1

Minoration de 1

Minoration de 1

XD1/XS1/X A1

XD2/XS2/X A2

XD3/XS3/X A3

Traduit : - l’amorce d’une démarche de justification de la durabilité de l’enrobage basée sur la performance du matériau (liant) - la diminution significative de la profondeur de carbonatation pour des bétons compacts et de nature chimique appropriée 18

3 – Modulation de la classe structurale (S)

Enrobage compact : Classe d’exposition Critère Enrobage compa ct

X0

Minoration de 1

XC1

XC2/XC3

Minoration de 1

Minoration de 1

XC4

Minoration de 1

XD1/XS1/ XA1

XD2/XS2/ XA2

XD3/XS3/ XA3

Minoration de 1

Minoration de 1

Minoration de 1

- Faces coffrées des éléments plans (dalles, éventuellement éventuellement nervurées) coulées horizontalement horizontalement sur coffrages industriels - Éléments préfabriqués industriellement industriellement : éléments extrudés ou filés, ou faces coffrées des éléments dans des coffrages métalliques - Sous-face des dalles de ponts, éventuellement nervurées, sous réserve de l’accessibilité de fond de coffrage aux dispositifs de vibration

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4 – Prise en compte de l’environnement (C min,dur  ) Cnom = Cmin + ΔCdev

Cmin = max [Cmin,b ; Cmin,dur  – ΔCdur,st – ΔCdur,add ; 10 mm] + k i

Exigence de durabilité vis-à-vis des conditions environnementales de l’élément Exigence environnementale pour C min,dur  (armatures de béton armé) Classe structu rale

Classe d’exposition X0

XC1

XC2/XC3

XC4

XD1/XS1

XD2/XS2

XD3/XS3

S1

10

10

10

15

20

25

30

S2

10

10

15

20

25

30

35

S3

10

10

20

25

30

35

40

S4

10

15

25

30

35

40

45

S5

15

20

30

35

40

45

50

S6

20

25

35

40

45

50

55

 Application de de l’approche performantielle performantielle : Minoration de 2 20

4 – Prise en compte de l’environnement (C min,dur  ) Cnom = Cmin + ΔCdev

Cmin = max [Cmin,b ; Cmin,dur  – ΔCdur,st – ΔCdur,add ; 10 mm] + k i

Prise en compte d’une protection propre à l’armature ΔCdur,st Par défaut, ΔCdur,st = 0 mm

Réparation de la digue nord de Bayonne

Sauf si armatures dont la résistance à la corrosion est éprouvée (certains aciers inox ou galvanisés par exemple)  A spécifier dans le marché ! Soudabilité  Adhérence au béton Dilatation thermique Compatibilité avec aciers

Restauration de la Grande Mosquée HASSAN II de Casablanca 21

4 – Prise en compte de l’environnement (C min,dur  ) Cnom = Cmin + ΔCdev

Cmin = max [Cmin,b ; Cmin,dur  – ΔCdur,st – ΔCdur,add ; 10 mm] + k i

Prise en compte d’une protection complémentaire ΔCdur,add Par défaut, ΔCdur,add = 0 mm Sauf si mise en œuvre d’une protection de surface adhérente  justifiée vis-à-vis de la pénétration des agents agressifs pdt la DUP Justification : - Performance du produit (adhérence, efficacité, durée de vie) - ΔCdur,add doit être déduite d’une étude spécifique 22

5 – Prise en compte de l’adhérence acier/béton (C min,b ) C = C + ΔC nom

min

dev

Cmin = max [Cmin,b ; Cmin,dur  – ΔCdur,st – ΔCdur,add ; 10 mm] + k i

Cmin,b > max [Φbarre ; Φeq(paquet barres)] Cmin,b majoré de 5 mm si dmax > 32 mm

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6 – Prise en compte de contraintes particulières Cnom = Cmin + ΔCdev Cmin = max [Cmin,b ; Cmin,dur  – ΔCdur,st – ΔCdur,add ; 10 mm] + k i

 Augmentation de l’enrobage l’enrobage minimale Cmin (ki) Parement irrégulier : k = + 5mm Risque d’abrasion (classes XM) : - XM1 : k = + 5mm - XM2 : k = + 10mm - XM3 : k = + 15mm

Béton coulé au contact de surfaces irrégulières : - Cmin > 30 mm (béton coulé au contact d’un sol ayant reçu unepréparation : béton de propreté par ex.) - Cmin > 65 mm (béton coulé au contact direct du sol)

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7 – Prise en compte de l’exécution (ΔC dev  ) Cnom = Cmin + ΔCdev

Cmin = max [Cmin,b ; Cmin,dur  – ΔCdur,st – ΔCdur,add ; 10 mm] + k i

Par défaut, ΔCdev = 10 mm Syst. d’assurance qualité avec mesures des enrobages des armatures : 10 mm > ΔCdev > 5 mm Utilisation d’appareils de mesures très précis pour la survaillance et le rejet des éléments non conformes : 10 mm > ΔCdev > 0 mm Incitation à un meilleur contrôle du positionnement réel des armatures 25

Conclusions Dispositions nationales en matière d’enrobage (eurocode 2 et son annexe nationale) - Retours d’expérience sur la durabilité des ouvrages - Recherches récentes en matière de protection des armatures

=> Optimiser de manière pertinente la durabilité des ouvrages

Prise en compte : - Environnement de l’ouvrage (classes d’exposition) - Durée de service attendu (durée d’utilisation de projet) - Compacité du béton (classes de résistance) - Assurance qualité (régularité, positionnement des armatures) - Régularité de la surface contre laquelle le béton est coulé - Le type d’armatures et les éventuelles protections complémentaires 26

Conclusions L’enrobage découle des objectifs de durabilité (classes (cl asses structurales) et des contraintes environnementales (classes d’exposition) - Eléments fixés sous la responsabilité du MOA - Démarche de dimensionnement complexe à conduire par le MOE nécessitant un appui technique

 Ajustement de l’enrobage (Δcdur,st et Δcdur,add) : - A spécifier dans le marché - A définir par le MOE

L’expliscitation des objectifs de durabilité (MOA) doit être anticipée car forte incidence sur le projet

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Conclusions Cohérence entre la norme NF EN 206-1, le fascicule 65, l’eurocode 2 et l’approche performantielle Objectifs communs : Optimiser la durabilité des ouvrages Et éviter certains problèmes avant la fin de la DUP …

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