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Concevoir, Construire et gérer des structures durables en béton
Saint-Brieuc09 novembre 2016Lycée Freyssinet
En partenariat avec :
Évolutions normatives et réglementaires,Démarche performantielle
Concevoir, construire et gérer des structures durables en bétonSaint-Brieuc, le 9 novembre 2016 2
Recommandations pour maitriser la durabilité des bétons : de la
spécification à la mise en œuvre
Concevoir, Construire et gérer des structures durables en bétonÉvolutions normatives et réglementaires,Démarche performantielle
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Prévention vis à vis des risques en environnements chimiquement agressifs
� Patrick Guiraud
� CIMbéton
Concevoir, Construire et gérer des structures durables en bétonÉvolutions normatives et réglementaires,Démarche performantielle
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RECOMMANDATIONS
La définition de l’agressivité chimique et en particulier la collecte d’informations concernant la composition chimique des milieux avec lesquels les bétons seront en contact
relève de la responsabilité du maitre d’oeuvre
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NORME NF EN 206/CN
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CLASSE D’AGRESSIVITE CHIMIQUE
La norme NF EN 206/CN définit pour les attaques chimiques 3 classes d’expositionCorrespondant à 3 niveaux d’agressivité chimique:
- XA1 Environnement à faible agressivité chimique- XA2 Environnement d’agressivité chimique modérée- XA3 Environnement à forte agressivité chimique
TABLEAU 1 : DEFINITION DES CLASSES D’AGRESSIVITE CHIMIQUE
- Agressivité des eaux en fonction de leur concentration en agents agressifs : C02 , SO4 , Mg,NH4 …
- Agressivité des sols : SO4 , acidité…- Agressivité des gaz : SO4 , H2S
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ARTICLE NA 4.1.7 ATTAQUES CHIMIQUES
En complément du tableau 2 de la norme , il convient de se reporter au fascicule de documentation FD P 18-011 : Définitions et classification des environnements chimiquement agressifs -Recommandations pour la formulation des bétons
Ce fascicule sert de référence pour le choix du liant (ciment et addition ) en fonction de la classe d’exposition
Nota 1 : L’attention du prescripteur est attirée sur le fait que , pour les environnements agressifs dans les milieux industriels une étude spécifique est nécessaire pour déterminer l’exposition du béton
Nota 2 : Pour les classes d’exposition XA , l’attention du prescripteur est attiré sur le fait que la seule imposition d’une classe XA ne permet pas de déterminer l’enrobage conformément à la norme NF EN 1992-1-1 et son Annexe Nationale .Il convient de préciser les classes d’exposition retenues vis-à-vis des risques de corrosion des armatures (XC , XS ou XD)
NORME NF EN 206/CN
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FASCICULE DE DOCUMENTATION FD P 18-011
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FASCICULE DE DOCUMENTATION FD P 18-011
DEFINITION ET CLASSIFICATION DES ENVIRONNEMENTS CHIMIQUEMENT AGRESSIFS
Recommandations pour la formulation des bétons
Parution Mars 2016
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FASCICULE DE DOCUMENTATION FD P 18-011SOMMAIRE
1. Domaine d’application
2. Références normatives
3. Généralités
4. Définition des environnements chimiques agressifs
5. Mode d’action des environnements chimiquement agressifs
5.1. Milieux liquides
5.2. Milieux gazeux
5.3. Milieux solides
6. Classification des environnements chimiquement agressif et recommandations pour le choix des ciments et des additions
6.1 Classes d’agressivité chimique
6.2 Définition des classes d’exposition aux attaques chimiques
6.3 Recommandations pour le choix des ciments
6.4 Recommandations pour le choix des additions
1/2
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SOMMAIRE suite
7. Recommandations pour la formation et la fabrication des bétons, à l’exclusion des produits manufacturés en béton couverts par des normes spécifiques7.1 Généralités7.2 Cas particuliers des produits manufacturés relevant de la norme NF EN 133697.3 Cas particulier de formulations de bétons spécialement étudiées pour résister à
certaines agressions chimiques
Annexe A (informative)Degré d’acidité des sols selon Baumann-Gully
Bibliographie
FASCICULE DE DOCUMENTATION FD P 18-011
2/2
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LE FASCICULE DE DOCUMENTATION FD P 18-011 :
� Définit les environnements chimiquement agressifs pour les bétons non armés , armés et précontraints, - milieux liquides : eaux pures , eaux de mer , solutions de sels , d’acides ou de bases ,
eaux résiduaires , liquides organiques… - milieux gazeux : gaz , vapeur …- milieux solides : sols naturels , remblais..
� Décrit les modes d’actions des environnements chimiquement agressifs
�Définit les classes d’agressivité chimique et les classes d’exposition aux attaques chimiques: XA1 / XA2 / XA3,
� Fournit des recommandations pour le choix des ciments, des additions et pour la formulation et
la fabrication des bétons destinés à des structures soumises à des environnements agressifs
Il est complémentaire de la norme NF EN 206/CN pour les bétons et de la norme NF EN 13669 pour les produits préfabriqués en béton
FASCICULE DE DOCUMENTATION FD P 18-011
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FACTEURS INFLUENÇANT L’AGRESSIVITÉ POUR LE BÉTON
� HUMIDITÉ RELATIVE
Atmosphère: sèche (HR <65%)
humide (65%<HR<80%)
très humide (HR>80%)
� TEMPÉRATURE
Si T ↑ → Vitesse de réacHon ↑
Dégradation importante à basse température
� CYCLE DE TEMPÉRATURE ET D’HUMIDITÉ RELATIVE
� MOBILITÉ DU MILIEU : gaz et solutions
� CONCENTRATION DE L’AGENT AGRESSIF
� DURÉE D’EXPOSITION
� PRESSION
� PRESENCE DE MICRO-ORGANISME
FASCICULE DE DOCUMENTATION FD P 18-011
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3 MILIEUX
MILIEUX LIQUIDES
� Eaux pures : eaux faiblement minéralisées qui peuvent lessiver les constituants les plus solubles du béton (portlandite).
� Solutions acides: pH inférieur à 7
� Acides minéraux : HCl, HNO3, H2SO4 fort effet dissolvant sur les ciments
� Acides organiques : acide acétique, lactique,formique, attaquent les constituants calcaire du ciment
� Acides humiques :
� Solutions basiques : pH supérieur à 7
� Solutions salines :
� Chlorures ou sulfates de magnésium
� Chlorures ou sulfates et nitrates d’ammonium
� Chlorures ,sulfures ,carbonates
� Eau de mer : ions chlorure (Cl-), ions sulfate (SO42-), ions magnésium (Mg2+).
� Graisses et huiles acides
ENVIRONNEMENTS CHIMIQUEMENT AGRESSIFS½
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ENVIRONNEMENTS CHIMIQUEMENT AGRESSIFS 2/2
MILIEUX GAZEUX
Agressivité des gaz en présence d’eau ou d’humidité
� Anhydride sulfureux: SO2
� Acide sulhydrique: H2S
� Anhydride carbonique: CO2 Carbonatation du béton
MILIEUX SOLIDESAgressivité des sols fonction de l’eau qu’ils contiennent et des circulations d’eaux
� Sulfates� Acides carboniques� Acides organiques
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FASCICULE DE DOCUMENTATION FD P 18-011
� CLASSES D’EXPOSITION AUX ATTAQUES CHIMIQUES
Lorsque plusieurs agents agressifs sont présents avec des concentrations conduisant à un classement XA3 la classe d’exposition reste XA3Lorsqu'au moins un agent agressif présente une concentration dépassant la limite de la classe XA3 ,il convient de prévoir une protection externe (enduit , peinture ) ou interne (imprégnation)
� RECOMMANDATIONS POUR LE CHOIX DES CIMENTS
MILIEUX CONTENANT DES SULFATESEAU DE MERMILIEUX ACIDESEAUX PURES
� RECOMMANDATIONS POUR LE CHOIX DES ADDITIONS
Laitiers de haut fourneau, cendres volantes, fumée de silice, métakaolins utilisées - en substitution partielle du ciment : liant équivalent- incorporées dans le béton sans substitution du ciment
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DEFINITION DES CLASSES D’AGRESSIVITÉ CHIMIQUE1/2
Agent agressif Norme d’essai Classe d’agressivité selon NF EN 206/CN
XA1 XA2 XA3
CO2 agressif (mg/l) NF EN 13577 ≥ 15 et ≤ 40 > 40 et ≤ 100>100
Jusqu’à saturation
SO42-(mg/l) NF EN 196-2 ≥ 200 et ≤ 600 > 600 et ≤ 3 000 > 3 000 et ≤ 6 000
Mg2+ (mg/l) NF EN ISO 7980 ≥ 300 et ≤ 1 000> 1 000 et ≤ 3
000
> 3 000
Jusqu’à saturation
NH4+ (mg/l)
ISO 7150-1 ou
ISO 7150-2≥ 15 et ≤ 30 > 30 et ≤ 60 > 60 et ≤ 100
pH NF T 90-008 ≤ 6,5 et ≥ 5,5 < 5,5 et ≥ 4,5 < 4,5 et ≥ 4,0
TAC (mé/l)NF EN ISO 9963-1 et NF EN ISO 9963-2
≤ 1,0 et ≥ 0,4 < 0,4 et ≥ 0,1 < 0,1
� AGRESSIVITÉ DES EAUX
Concevoir, construire et gérer des structures durables en bétonSaint-Brieuc, le 9 novembre 2016 18
� AGRESSIVITE DES SOLS
DEFINITION DES CLASSES D’AGRESSIVITÉ CHIMIQUE2/2
Agent agressif Norme d’essai Classe d’agressivité selon NF EN 206/CN
XA1 XA2 XA3
SO42- (mg/kg de sol
séché à 105°C ± 5°C)NF EN 196-2 ≥ 2 000 et ≤ 3 000 > 3 000 et ≤ 12 000 > 12 000 et ≤ 24 000
Degré d’acidité Annexe A > 200 - -
� AGRESSIVITE DES GAZ en milieu humide supérieur à 75% en présence d’oxygène
Agent agressif Norme d’essai Classe d’agressivité selon NF EN 206/CN
XA1 XA2 XA3
SO2 (mg/m3) NF EN 14794 ≥ 0,15 et ≤ 0,5 > 0,5 et ≤ 10 > 10 et ≤ 200
H2S (mg/m3) NF EN ISO 19739 < 0,10 ≥ 0,1 et ≤ 10 > 10 et ≤ 200
Nota : si un agent agressif présente une concentration dépassant la limite de la classe XA3,
le béton doit être protégé (protection externe et interne).
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�MILIEU CONTENANT DES SULFATES ( SOLS)
CLASSE D’EXPOSITION
CHOIX DU CIMENT
XA1 Pas de recommandations particulières
XA2Ciments SR conformes à la norme NF EN 197-1
Ciments conformes à la norme NF P 15-317 (PM) ou NF P 15-319 (ES)
XA3 Ciments SR conformes à la norme NF EN 197-1
Ciments conformes à la norme NF P 15-319 (ES)
Il convient que les ciments SR conformes à la norme NF EN 197-1 respectent les spécifications complémentaires données au paragraphe NA.F.1. de la norme NF EN 206/CN : 2014 :� Teneur en SO3 ≤ 3,5 % pour les CEM I SR 0 et SR 3 et ≤ 2,5 % pour les CEM I SR 5
� Teneur en C3A et C4AF du clinker telles que la condition suivante : (C4AF) + 2 (C3A) ≤ 20% soit satisfaite pour les
ciments CEM I et CEM II.
Autre Exemple : � Milieux contenant du sulfates (solutions)
EXEMPLE DE RECOMMANDATIONS POUR LE CHOIX DU CIMENT
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�MILIEUX ACIDES ET EAUX PURES
CLASSE D’EXPOSITION CHOIX DU CIMENT
XA1
CEM II/BS ,CEM II/B-V ,CEM II/B-P,CEM II/B-Q ,CEM II/B-M(S-V)
CEM III/A conformes à la norme NF 197-1
Ciments conformes aux normes NF P 15-317 (PM) ou NF P 15319 (ES)
CEM IV/A et B conformes à la norme NF EN 197-1
Ciments SR conformes à la norme NF EN 197-1
XA2
CEM II/B S ,CEM II/B-V,CEM II/B-P,CEM II/B-Q ,CEM II/B-M(S-V)
CEM III/A conforme à la norme NF EN 197-1
Ciments conformes aux normes NF P 15-319 (ES)
CEM IV/ B conformes à la norme NF EN 197-1
Ciments SR conformes à la norme NF EN 197-1
CEM V conforme à la norme NF P 15-319 (ES)
XA3CEM III/A,B,C , CEM V/A et B conformes à la norme NF P 15-319
CEM IV /B conformes à la norme NF EN 197-1
EXEMPLE DE RECOMMANDATIONS POUR LE CHOIX DU CIMENT
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Prévention vis-à-vis du risque de dégradations dues au gel(selon fascicule 65 du CCTG)
� Benoit Thauvin (avec l’appui de Sylvie Arnaud et Michael Dirkens)
� CEREMA
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Dégradations dues au gel
� Deux types de pathologies : gel interne, écaillage
� Indépendantes l’une de l’autre
� Mais pouvant se produire de manière simultanée
Gel interneEcaillage
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Dégradations dues au gel
� Dans la masse
� Fissuration interne
� Gonflement
Gel interne Écaillage
� En surface
� Éclatement superficiel de la surface exposée aux sels de déverglaçage sous forme d’écailles
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Dégradations dues au gel
� Augmentation du volume de l’eau gelée dans les pores,
� Déplacement de l’eau dans les capillaires trop petits pour geler,
� Création de surpressions
� Endommagement de la matrice cimentaire
Gel interne Écaillage
� Présence de sels de déverglaçage
� Bétons non conçus pour y résister
� Cycles répétés de gel - dégel
� En présence de chlorures dans le béton, le béton en surface gèle à des T° plus basses que celles du béton plus en profondeur
� Création de contraintes différentielles entre la peau et le cœur
� Endommagement du béton en surface
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Prévention
� Exécution :� Fabrication : Malaxage important et régulier
� Mise en place : Vibration, talochage
� Cure adaptée !
� Formulation, composition :� Fonction des classes d’exposition de la partie d’ouvrage
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Prévention
� Référentiel :
NormeNF EN206/CN
Béton - Spécifications, performances, production
et conformité
Fascicule 65 du CCTG
Exécution des ouvrages de génie civil en béton
Recommandations pour la durabilité des bétons durcis soumis au gel, Guide LCPC, 2003
Normes d’essais :- Essais de gel sur béton durci(NF P18-424, NF P18-425)- Essai d’écaillage des surfaces de béton durci (XP P18-420)
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Prévention� Classes d’exposition au gel-dégel
� Fonction de l’intensité du gel et de la fréquence de salage
Figure NA.2 (NF EN206/CN)
Carte de gel Carte de salage
Figure NA.3 (NF EN206/CN)
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Spécifications (non exhaustives)� Classes d’exposition au gel-dégel
Salage peu fréquent (ou aucun
salage)Salage fréquent Salage très
fréquent
Gel faible ou modéré pour les éléments très exposés aux risques
d’écaillage (1)
XF1 XF2(2) XF4 (G+S)
Gel faible ou modéré pour les autres
élémentsXF1 XF2(2) XF2(2)
Gel sévère XF3 (G) XF4 (G+S) XF4 (G+S)
(1) Éléments très exposés au risque d’écaillage : surfaces horizontales soumises aux stagnations d’eau et aux projections directes de sels de déverglaçage : corniches, solins d’ancrage des joints de chaussée, longrines d’ancrage des dispositifs de retenue
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Spécifications� Nature du ciment
Pour les classes XF2 et XF4 (utilisation de sels de déverglaçage) :
- Utilisation de ciments conformes à la norme NF P15-317 (PM)
- Ou utilisation de ciments résistants aux sulfates :
- Ciments conformes à la norme NF 15-319 (ES)
- Ciments résistants aux sulfates (SR) (NF EN 197-1) et répondant aux exigences complémentaires de la marque NF Liants hydrauliques
� Nature des granulatsPour les classes XF3 et XF4 :
- Utilisation de granulats non gélifs (NF P18-545)
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Spécifications� Teneur en air occlus
(2) Les bétons relevants de la classe XF2 peuvent être formulés de deux façons différentes :
- Avec une teneur en air occlus > 4%
- Avec une teneur en air occlus < 4% et spécifications correspondant à la classe XD3 (tableaux NA.F ou tableau 8B)
Intérêt :
- Limiter le recours à des bétons à air entraîné aux cas les + défavorables
- Privilégier la prévention contre les risques de corrosion des armatures due aux chlorures (spécifications XD3) en zone de gel faible/modéré avec salage fréquent/très fréquent
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Spécifications� Teneur en air occlus
Résistance au gel avec ou sans sel de déverglaçage
(XF2, XF3, XF4) :
Possibilité de déroger à la teneur mini en air occlus sous réserve de respecter les seuils associés aux essais de performances :
- NF P18-424 et 425 : Essais de gel
- XP P18-420 : Essai d’écaillage
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Spécifications
� Teneur mini en liant équivalent
Pour les classes XF3 et XF4 : Leq > 385 kg/m3 (fascicule 65 du CCTG)
Possibilité de réduire le dosage mini en liant équivalent :
- XF3 : Leq > 350 kg/m3
- XF4 : Leq > 370 kg/m3
Sous réserve de respecter les seuils associés aux essais de performance (essais de gel interne, essai d’écaillage)
Pour la classe XF2 : Leq > 350 kg/m3 (fascicule 65 du CCTG)
Pour les éléments très exposés au risque d’écaillage :
- Leq > 370 kg/m3
- Teneur en air occlus > 4%
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Spécifications
� Autres
Pour les classes XF3 et XF4 :
Les spécifications complémentaires relatives aux bétons G ou G+S sont à respecter si elles sont exigées au marché.
Voir Recommandations pour la durabilité des bétons durcis soumis au gel
Spécifications d’essais à réaliser et de seuils à vérifier en :- Épreuve d’étude- Épreuve de convenance- Épreuves de contrôles
Concevoir, construire et gérer des structures durables en bétonSaint-Brieuc, le 9 novembre 2016 34
Spécifications
� Autres
Essais de détermination du facteur d’espacement (ASTM C457) :
Demi-distance entre 2 bulles
Étude et convenance Contrôle
Béton G(CEM I et II)
≤≤≤≤ 250 µm ≤≤≤≤ 300 µm
Béton G(CEM III)
L étude
à valider par essai de gel≤≤≤≤ L étude + 50 µm
Béton G+S ≤≤≤≤ 200 µm ≤≤≤≤ 250 µm
Concevoir, construire et gérer des structures durables en bétonSaint-Brieuc, le 9 novembre 2016 35
Spécifications
� Autres
Essais de gel sur béton durci :
- Gel dans l’eau et dégel dans l’eau (NF P18-424)
- Gel sévère avec forte saturation du béton
- Gel dans l’air et dégel dans l’eau (NF P18-425)
- gel modéré ∀ le degré de saturation en eau du béton
- gel sévère avec saturation modérée en eau du béton
300 cycles, Amplitude (-18 +9)°C, 4 cycles sur 24 h
Durée de l’essai : 3,5 mois
Critères d’évaluation :
• déformation longitudinale : ∆l/l
• fréquence de résonance : f1²/f
0²
Prismes 10x10x40 cm
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Spécifications
� Autres
Essais de gel sur béton durci :
Étude et convenance Contrôle
Allongement relatif (∆l/l) ≤≤≤≤ 400 µm/m ≤≤≤≤ 500 µm/m
Fréquence de résonance (f²/fo²) ≥≥≥≥ 75 % ≥≥≥≥ 60 %
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Spécifications
� Autres
Essai d’écaillage des surfaces de béton durci exposées au gel en présence d’une solution saline (XP P18-420) :
Gel en présence de sels de déverglaçage
Échantillons : ½ cube 15x15x7 cm
Cycles : 56 cycles (1 par 24 h)
Amplitude : (-20 + 20)°C
Durée : 3 mois environ
Etude et convenance Contrôle
Quantité de particules après 56 cycles ≤≤≤≤ 600 g/m² ≤≤≤≤ 750 g/m²
Concevoir, construire et gérer des structures durables en bétonSaint-Brieuc, le 9 novembre 2016 38
Conclusions
� Spécifications complexes
� Essais de contrôles spécifiques
� Grand Ouest : XF1 ou XF2 sauf cas particulier (salage)
� Retour d’expériences : pas d’écaillage
� XF2 => Air occlus < 4% et spécifications XD3=> On privilégie la prévention des risques de corrosion par les sels
de déverglaçage
Concevoir, construire et gérer des structures durables en bétonSaint-Brieuc, le 9 novembre 2016 39
Merci pour votre attention
Concevoir, construire et gérer des structures durables en bétonSaint-Brieuc, le 9 novembre 2016 40
Prévention vis à vis de l’alcali-réaction
� Michel Menguy
� CEREMA
Concevoir, Construire et gérer des structures durables en bétonÉvolutions normatives et réglementaires,Démarche performantielle
Concevoir, construire et gérer des structures durables en bétonSaint-Brieuc, le 9 novembre 2016 41
FD P18-464
Le FD P18-464 (2014) remplacer et actualise
les recommandations LCPC de Juin 94– Vise à optimiser la gestion des ressources de
granulats en accord avec une démarche de développement durable.
Il ne privilégie pas la solution restrictive « Granulats NR »
– Démarche par « partie d’ouvrage »
– Actualisation normative
Concevoir, construire et gérer des structures durables en bétonSaint-Brieuc, le 9 novembre 2016 42
La démarche se fait en deux temps :– Détermination du niveau de prévention à
atteindre parmi 3 niveaux (A,B ou C), le choix étant fonction de :
• La catégorie de l’ouvrage
• La classe d’exposition du béton à l’environnement climatique
– Orientation vers la (ou les) solution(s) possible(s) au regard des précautions liées au niveau de prévention retenu.
FD P18-464
Concevoir, construire et gérer des structures durables en bétonSaint-Brieuc, le 9 novembre 2016 43
Catégorie d’ouvrage (ou partie d’ouvrage)– Catégorie I :
• Eléments non porteurs à l’intérieur des bâtiments
• ouvrages provisoires ou facilement remplaçables
• produits préfabriqués non structurels
– Catégorie II :• La plupart des bâtiments et des ouvrages de
génie civil
– Catégorie III : Ouvrages de génie civil où le risque de RAG est jugé inadmissible : centrales nucléaires, ponts ou viaducs exceptionnels, barrages, tunnels, bâtiments de prestige.
FD P18-464
Concevoir, construire et gérer des structures durables en bétonSaint-Brieuc, le 9 novembre 2016 44
Classes d’exposition (ouvrage ou partie d’ouvrage)
FD P18-464
LRPC 94 FD P18-464 Description de l’environnement
Classe 1 XAR1 Sec ou peu humide (Hr<80%)a)
Classe 2 XAR2 Hr > 80 % ou en contact avec l’eau, avec ou sans gel
Classe 3 XAR3 Hr > 80 % avec gel et fondants
Classe 4 Marin
a) Certaines pièces de forte épaisseur (au moins de l’ordre 50cm pour une pièce ayant une seule face de séchage, et de l’ordre de 1m d’épaisseur pour les pièces ayant deux faces de séchage) peuvent garder une humidité interne qui amène à classe XAR2
Concevoir, construire et gérer des structures durables en bétonSaint-Brieuc, le 9 novembre 2016 45
FD P18-464
LCPC 94
Détermination du niveau de prévention
Concevoir, construire et gérer des structures durables en bétonSaint-Brieuc, le 9 novembre 2016 46
Les précautions à prendre en fonction du niveau retenu (1/2) :
– Niveau A : Pas de précaution particulière
– Niveau B : Précautions particulières
4 dispositions • Granulats NR
• Ou granulats PRP avec conditions spécifiques
• Ou bilan des alcalins satisfaisant
• Ou essai de performance de la formule satisfaisant
Concevoir, construire et gérer des structures durables en bétonSaint-Brieuc, le 9 novembre 2016 47
Les précautions à prendre en fonction du niveau retenu (2/2):
− Niveau C : précautions exceptionnelles� Granulats NR, ou PRP avec des conditions particulières
satisfaisantes
Ou, dans les quelques cas où l’approvisionnement en granulats NR ou PRP est particulièrement difficile :
Etude approfondie de la formule envisagée
� Granulats PR avec détermination seuil en alcalins déclenchant la RAG (base essai de performance NF P18-454 mais ciment à basse teneur en alcalins) + application d’une marge de sécurité (1 à 2kg/m3 de moins en fonction du caractère critique de la structure et de la variabilité des constituants)
Concevoir, construire et gérer des structures durables en bétonSaint-Brieuc, le 9 novembre 2016 48
La qualification des granulats NR, PRP ou PRSuivant déroulement prévu par la NF P18-594 (Méthodes d’essais) et le FD P18-542 (critères de qualification) associé.
Etude pétrographique – qualification NR si espèces réactives <4 %
Essais de stabilité dimensionnelle
Essais cribles (5j) - qualification NR PRP ou PR
Autoclave (essai de réf) sur 40x40x160mm5h à 127°c 0,15MPa en milieu suralcalinisé
Microbar (alternatif) sur éprouvettes 10x10x40mmcure vapeur (4h) cure alcaline 150°c (6h)
Essai à long terme (8 mois)Sur éprouvettes 70x70x282mm 38°c et 100 % d’humidité, une mesure par mois
Essais sévères :Si NR ou PRP pas de douteSi PR, un essai long peut qualifier le granulat NR
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Conditions particulières granulats PRP
Lorsque que les deux conditions sont respectées :
Condition 1 :
• Tous granulats PRP
Condition 2 :
• Soit le mélange >70 % silex (XP P18-543)
• Soit essai de performance du béton satisfaisant (NF P18-454)
Gonflement maximal pour une teneur en silice réactive dite « pessimale »
En dessous ou au dessus de le teneur pessimale le gonflement décroît fortement
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Bilan en alcalin satisfaisant
Teneur en alcalins ACTIFS du béton = T (kg/m3 du béton)
T = C.AC + B.AB + U.AU + E.AE
Ciment Granulats Adjuvants Eau
+ H.AH
Additions
Ex: C: quantité de en ciment (kg/m3 de béton) et Ac: teneur en alcalins actifs du ciment (% en masse)
méthodes de calcul des teneurs:
NF P 18-464: références normatives et méthodes regroupées dans le tableau 4
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Béton de CEM I, CEM II et CEM V
Lorsque les données statistiques des teneurs en alcalins actifs du ciment, des cendres volantes et du laitier sont disponibles, on utilisera la règle :
Tm < 3,5 kg/m3 et Tmax < 3,5 kg/m3
1 + 2Vc
et CEM III/A avec laitier < 60% ou béton avec additions de composition similaire
Bilan en alcalin satisfaisant
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Béton de CEM I, CEM II et CEM V
Tm = teneur moyenne en alcalins du béton (tableau 5)
Tmax = teneur maximale
En l’absence de données sur les dispersions des teneurs en alcalins, on admet qu’une formule de béton convient à l’emploi de granulats potentiellement réactifs si :
Tm < 3,0 kg/m3 et Tmax < 3,3 kg/m3
Bilan en alcalin satisfaisant
et CEM III/A avec laitier < 60% ou béton avec additions de composition similaire
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Béton de CEM III
Dans ce cas, il convient de :� s’assurer que le laitier est en quantité suffisante� limiter le taux d’alcalins TOTAUX des ciments CEM III
Une formule de béton convient à l’emploi de granulats potentiellement réactifs si :
am < 1,1 % am < 2,0 %
am = teneur moyenne en alcalins totaux du ciment
S = teneur en laitier de haut fourneau dans le ciment
CEM III/A ou CEM III/B CEM III/C
avec S(Laitier) > 60%
Bilan en alcalin satisfaisant
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Merci pour votre attention
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Prévention vis à vis de la Réaction Sulfatique Interne (RSI)
� Bruno Godart
� IFSTTAR
Concevoir, Construire et gérer des structures durables en bétonÉvolutions normatives et réglementaires,Démarche performantielle
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Introduction
Introduction
2007 : Publication par le LCPC des recommandations pour la prévention des désordres dus à la RSI
(Sous la Direction de L. Divet et B. Godart)
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La démarche préventive� Les bases de la méthode
1. Identifier les parties d’ouvrages susceptibles de développer une RSI
2. Choisir la catégorie dans laquelle se trouve l’ouvrage (ou la partie)
3. Caractériser l’environnement
Implique le niveau de prévention qui détermine alors les précautions à prendre
La démarche préventive
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1. Identifier les parties d’ouvrage1. Identifier les parties d’ouvrage1. Identifier les parties d’ouvrage1. Identifier les parties d’ouvrage
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� Les produits préfabriqués en béton subissant un traitement thermique
� Les parties d’ouvrages définies comme étant des pièces critiques� La notion de pièce massive n’est pas pertinente ���� annexe 3
Semelle de 1,5 m d’épaisseur :
C30/37 dosé à 370 kg/m3 de CEM III/A 42,5 N � ∆∆∆∆T = 29°C
Voile de 0,6 m d’épaisseur :
C40/50 dosé à 400 kg/m3 de CEM I 42,5 R � ∆∆∆∆T = 45°C
Définition d’une pièce critique : Pièce de béton pour laquelle la chaleur dégagée ne sera que très partiellement évacuée vers l’extérieur et conduira à une élévation importante de la température du béton (Epaisseur au moins supérieure à 0,25 m)
Identifier les parties d’ouvrage
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� L’élévation de température au sein d’un élément en béton dépend :
� de l’exothermie du béton
� de sa géométrie
� de la température initiale du matériau
� des déperditions thermiques
On ne peut pas établir une limite précise concernant l’épaisseur de la pièce à partir de laquelle il faut parler de
pièce massive
Identifier les parties d’ouvrage
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2. Catégorie de l’ouvrage ou de la 2. Catégorie de l’ouvrage ou de la 2. Catégorie de l’ouvrage ou de la 2. Catégorie de l’ouvrage ou de la partie d’ouvragepartie d’ouvragepartie d’ouvragepartie d’ouvrage
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� 3 catégories représentatives du niveau de risque vis-à-vis de la RSI que l’on est prêt à accepter pour un ouvrage :
� Choix décidé par le maître d’ouvrage
� Ce choix est fonction :
� de la nature de l’ouvrage
� de sa destination
� des conséquences des désordres sur la sécurité souhaitée
� de son entretien ultérieur
Choix de la catégorie
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Catégorie Exemples d’ouvrages ou d’éléments d’ouvrage
Catégorie Iconséquences
faiblesou acceptables
- Ouvrages de classe de résistance inférieure à C 16/20- Eléments non porteurs des bâtiments- Eléments aisément remplaçables- Ouvrages provisoires- La plupart des produits préfabriqués non structurels
Catégorie IIConséquences
peutolérables
- Les éléments porteurs de la plupart des bâtiments et les ouvrages de génie civil (dont les ponts courants)
- La plupart des produits préfabriqués structurels (y compris les canalisations sous pression)
Catégorie IIIConséquencesinacceptables
Ou quasi inacceptables
- Bâtiments réacteurs de centrales nucléaires et aéroréfrigérants- Barrages- Tunnels- Ponts ou viaducs exceptionnels - Monuments ou bâtiments de prestige- Traverses de chemin de fer
Choix de la catégorie
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3. Classe d’exposition3. Classe d’exposition3. Classe d’exposition3. Classe d’exposition
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� La norme NF EN-206/CN ne définit pas de classe d’exposition adaptée à la RSI
� 3 classes complémentaires XH1, XH2 et XH3 sont créées� elles prennent en compte le fait que l’eau ou une hygrométrie ambiante élevée sont des facteurs nécessaires à la RSI
� Ces 3 classes viennent en complément des 18 classes d’exposition définies dans la norme NF EN 206/CN
� Elles doivent être spécifiées au CCTP pour chaque partie d’ouvrage
Choix de la classe d’exposition
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Classesexposition
Description de l’environnement
Exemples informatifs illustrant le choix desclasses d’exposition
XH1 sec ou humiditémodérée
- Partie d’ouvrage située à l’intérieur de bâtiments où letaux d’humidité de l’air ambiant est faible ou moyen- Partie d’ouvrage située à l’extérieur et abritée de laPluie
XH2 alternancehumidité-
séchage,humidité élevée
- Partie d’ouvrage située à l’intérieur de bâtiments où letaux d’humidité de l’air ambiant est élevé- Partie d’ouvrage non protégée par un revêtement etsoumis aux intempéries, sans stagnation d’eau à lasurface- Partie d’ouvrage non protégée par un revêtement etsoumise à des condensations fréquentes
XH3 en contactdurable avec
l’eau :- Immersion permanente- stagnation d’eau à la
surface- zone de marnage
- Partie d’ouvrage submergée en permanence dansl’eau
- Eléments de structures marines- Un grand nombre de fondations- Partie d’ouvrage régulièrement exposée à desprojection d’eau
Choix de la classe d’exposition
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Détermination du niveau de prévention Détermination du niveau de prévention Détermination du niveau de prévention Détermination du niveau de prévention
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���� de la responsabilité du maître d’ouvrage
Classe
d’expositionCatégorie d’ouvrage
XH1 XH2 XH3
IRisque faible ou
acceptable
As As As
IIRisque peu tolérable As Bs Cs
IIIRisque inacceptable As Cs Ds
Choix du niveau de prévention
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Choix du niveau de prévention� Exemple d’application à un pont classé en catégorie II �Pieux et semelles de fondation : niveau Cs
� Piles et tablier : niveau Bs
� Chevêtre sur pile et sommiers sur culée : niveau Bs ou Cs
� fonction des dispositions prises pour assurer l’évacuation des eaux
Choix du niveau de prévention
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Principe de prévention� Le principe de prévention repose essentiellement
� sur la limitation de l’échauffement du béton caractérisé par Tmax susceptible d’être atteinte au sein de l’ouvrage
� Les recommandations donnent des outils de calcul de l’échauffement du béton :� méthode simplifiée permettant d’estimer si les pièces sont considérées comme critiques ���� outil d’alerte
� étude plus fine en utilisant un code de calcul aux éléments finis qui prend en compte la chaleur dégagée par le béton lors d’un essai spécifique
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� Pour éviter tout dégagement de chaleur excessif non maîtrisé du béton :
���� il convient de mettre en œuvre les moyens possibles suivants :
� choix de la formulation et des constituants du béton
� choix de la période de bétonnage
� refroidissement du béton frais
� dispositions constructives adaptées …
Principe de préventionPrincipe de prévention
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Niveau de prévention As
� Soit Tmax < 85°C
� Soit 85°C < Tmax < 90°C
et durée (Tmax > 85°C) < 4 heuresDans le cas d’un traitement thermique maîtrisé (en usine
de préfabrication ou installations sur chantier)
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� Soit Tmax < 75°C
� Soit 75°C < Tmax < 85°CDans ce cas, une des 6 conditions suivantes doit être respectée :
� soit (1) durée < 4 heureset Na2Oéquivalent actifs du béton < 3 kg/m3
� soit (2) utilisation d’un ciment conforme à la norme NF P15-319 (ES) avec pour les CEM I et CEM II/A : Na2Oéquivalent actifs du béton < 3 kg/m3
Niveau de prévention Bs
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Une des 6 conditions suivantes doit être respectée (suite) :
soit (3) utilisation de ciments non conformes à la norme NF P15-319 (ES)
de type CEM II/B-V, CEM II/B-S, CEM II/B-Q, CEM II/B-M (S-V), CEM III/A ou CEM Vet SO3 du ciment < 3% et C3A du clinker < 8%
� soit (4) vérification de la durabilité du béton vis-à-vis de la RSI à l’aide de l’essai de performance
Niveau de prévention Bs (suite)
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Une des 6 conditions suivantes doit être respectée (suite et fin) :� soit (5) utilisation en combinaison avec du CEM I, de cendres volantes, de laitiers de haut fourneau et de pouzzolanes
et proportion d’addition > 20 %et ciment CEM I : C3A < 8 % et SO3 < 3%
� soit (6) pour les éléments préfabriqués : couple béton/échauffement semblable à un couple disposant d’au moins 5 références d’emploi dans des lieux différents
Niveau de prévention Bs (suite)
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Niveau de prévention Cs
� Soit Tmax < 70°C
� Soit 70°C < Tmax < 80°CDans ce cas, une des 6 conditions (vues précédemment) doit être respectée
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Niveau de prévention Ds
1) Soit Tmax < 65°C
2) Soit 65°C < Tmax < 75°C
et utilisation d’un ciment conforme à la norme NF P15-319 (ES) avec pour les CEM I et CEM II/A : Na2Oéquivalent actifs du béton < 3 kg/m3
et validation de la formulation du béton par un laboratoire indépendant expert en RSI
2 précautions proposées, la première étant prioritaire
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Introduction� Ces recommandations reprennent certains concepts de base qui ont tendance à être négligés, voire oubliés :
� structures coulées en place :
� éviter des rythmes de construction soutenus au détriment de la durabilité des structures
� optimisation multicritère du choix du ciment et de la formulation du béton (éviter CEM I 52,5 R dans une pièce massive)
� éviter le coulage de pièces massives lors des fortes chaleur si aucune disposition prise pour limiter l’échauffement
� structures constituées de produits préfabriqués :
� éviter des Tmax élevées avec des durées de palier longues
En conclusion
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Introduction� Pour les niveaux Bs et CS, modification de la condition (2) introduite dans les recommandations sur l’approche performantielle du LCPC en 2010 :
utilisation d’un ciment conforme à la norme NF P15-319 (ES) excepté les ciments CEM I, CEM II/A-L et CEMII/A-LL pour les bétons de pièces critiques coulés en place.
�Révision des Recommandations RSI en cours…
� Publication prévue en 2017
En conclusion
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Merci pour votre attention
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Prévention vis à vis des risques de corrosion des armatures et optimisation de l’enrobage des armatures
� Patrick Guiraud
� CIMbéton
Concevoir, Construire et gérer des structures durables en bétonÉvolutions normatives et réglementaires,Démarche performantielle
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CORROSION DES ARMATURES
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CORROSION DES ARMATURES
EFFETS DE LA CORROSION
� Gonflement des armatures (la réaction d’oxydation de l’acier s’accompagne d’une forte augmentation de volume)
� fissuration du béton� Diminution de la section � � perte de résistance des armatures� Réduction de l’adhérence acier/béton� Apparition de traces de rouille en surface� Eclatement local du béton
2 PHENOMENES GENERENT LA CORROSION DES ARMATURES� LA CARBONATATION DU BETON� LA PENETRATION DES CHLORURES DANS LE BETON
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CARBONATATION DU BETON
� Le CO2 présent dans l’air pénètre dans le béton par le réseau poreux et, en présence d’eau dans les pores, abaisse le pH (initialement de 13) de la solution interstitielle du béton à 9 par réaction chimique avec la portlandite (Ca(OH)2)
Ca(OH)2 + CO2 + H2O �CaCo3 + 2H2O
� Les armatures initialement protégées par une couche d’oxyde de fer sont alors dépassivées et le phénomène de corrosion s’initie.
Nota : vitesse de progression du front de carbonatation = √ temps
e : enrobageec : profondeur de béton carbonatéeef : enrobage efficace
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PENETRATION DES CHLORURES� Les chlorures pénètrent dans le béton par diffusion en milieu saturé ou par absorption capillaire
lorsque le béton est soumis à des cycles d’humidification-séchage et initient la corrosion des armatures
� Seuls les chlorures libres (solubles dans l’eau) jouent un rôle actif dans le processus de corrosion des armatures
� Seuil critique [Cl- libres] critique = 0,4% par rapport à la masse de ciment,
lorsque [Cl- libres] > [Cl- libres] critique au voisinage des armatures, le phénomène de corrosion s’initie.
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ENROBAGE DES ARMATURES
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OBJECTIFS DE L’ENROBAGE DE ARMATURES
Norme NF EN 1992-1-1 Article 4.4.1.2
� FonctionnementBonne transmission des forces d’adhérence béton / armatures
� DurabilitéProtection de l’acier contre la corrosion
� SécuritéRésistance au feu convenable
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Les recommandations de l’EUROCODE 2 en matière d’enrobage sont novatrices. Elles visent, en conformité avec la norme NF EN 206-1, à OPTIMISER de manière pertinente la durabilité des ouvrages.
La détermination de la valeur de l’enrobage doit prendre en compte :
� La classe d’exposition dans laquelle se trouve l’ouvrage (ou la partie d’ouvrage),
� La durée d’utilisation de projet,
� La classe de résistance du béton,
� Le type de systèmes de contrôles qualité mis en œuvre pour assurer la régularité des performances du béton,
� La nature des armatures (acier au carbone, inox),
� La maîtrise du positionnement des armatures.
PHILOSOPHE DE L’ENROBAGE SELON L’EUROCODE 2
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ENROBAGE MINIMAL ET NOMINAL
� EUROCODE 2 : Norme NF EN1992-1-1 (4.4.1.2) :
� Calcul de l’ENROBAGE MINIMAL cmin :
cmin = max de
{ cmin,b ; cmin,dur + ∆ cdur,γ - ∆ cdur,st - ∆ cdur,add ; 10mm}
� Calcul de L’ENROBAGE NOMINAL (celui qui est précisé sur les plans )
cnom = cmin + ∆∆∆∆cdev
adhérence
durabilité
marge de sécurité : ∆dur,γ=0
acier inox protectionvaleurs = 0 en général
marge de calcul pour tolérances d’exécution …
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ENROBAGE MINIMAL VIS-À-VIS DE LA DURABILITE
L’enrobage cmin,dur est fonction des classes d’exposition relatives à la corrosion des armatures (XC/XD/XS) et de la classe structurale (NF EN1992-1-1 tab 4.4N) :
Classe d’Exposition
Cla
sse
stru
ctur
ale
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ENROBAGE MINIMAL VIS-À-VIS DE LA DURABILITE
� Classe structurale :� Ouvrages « courants » : S4 (durée utilisation projet de 50 ans)� Classe structurale à adapter avec le tableau 4.3NF de l’AN de l’EN1992-1-1.
Ouvrage de GÉNIE CIVIL : 100 ANSMajoration de 2 classes structurales >> Classe structurale S6
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TOLERANCES D’EXECUTION
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EXEMPLE DE DETERMINATION DE L’ENROBAGE MINIMAL
Diamètre des armatures
Ames 25 mm
Hourdis 20 mm
Hypothèses enrobage compact >>minoration d’une classe S5
XC4XS1
XC3
S5
S5
S6
S5
S5
� Caisson de Pont� Ouvrage en bord de mer� Béton C35/45� Enrobage compact des hourdis
supérieur et inférieurS5
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EXEMPLE DE DETERMINATION DE L’ENROBAGE NOMINAL
∆cdev 10 mm
Cnom =Cmin +10 mm
50 mm
50 mm
55 mm
50 mm
40 mm
40 mm
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COMMENTAIRES
� Attention les enrobages peuvent être très importants
Exemple d’une pile exposée à des projections de chlorures (XS3) de classe structurale S6 � cnom = 55 +10 = 65mm
� Annexe nationale 1992-1-1 - 4.4.1.2(5) :
« Note : L’attention est attirée sur les problèmes de fissuration auxquels risque de conduire un enrobage cnom supérieur à 50 mm. »
� Anticiper dès la phase projet et définir les enrobages au DCE :
Vérifier la cohérence entre :
� enrobage
� calcul des sections d’armatures
� maîtrise de la fissuration
� diamètre et espacements des barres
� dispositions constructives de l’EN1992 (section 8 et 9)
pour éviter les difficultés lors de l’exécution…
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OPTIMISATION DE L’ENROBAGE
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OPTIMISATION DE L’ENROBAGE NOMINAL
∆cdev 5 mmAmélioration du contrôle d’exécution
45 mm
45 mm
50 mm
45 mm
35 mm
35 mm
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OPTIMISATION DE L’ENROBAGE NOMINAL
∆cdev 5 mmAmélioration du contrôle d’exécution
ET
Amélioration de la classe de résistance du béton : C60/75 >> minoration de 2 classes structurales
35 mm
35 mm
40 mm
35 mm
25 mm
25 mm
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Questions