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durabilité

Capacité pour une structure à maintenir des fonctionnalités pendant sa durée de vie prévue. La norme EN 1990, ou eurocode 0, propose des durées d’utilisation de projet, c’est à dire des durées probables de vie des constructions, en fonction de leur nature. Ainsi, il est proposé qu’un pont ait une durée d’utilisation de 100 ans et un bâtiment de 50 ans. Ces valeurs sont données à titre d’exemples et peuvent être naturellement modifiées par le maître d’ouvrage, lequel peut décider des durées d’utilisation différentes. Enfin les valeurs proposées intègrent implicitement le fait que les constructions soient entretenues et puissent être réparées pendant leur durée d’utilisation.


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enrobage

Distance entre la surface extérieure d’une armature et la surface extérieure du béton. L’enrobage minimum à respecter est définie par la norme EN 1992 en fonction de la sévérité de l’environnement et de la durée fixée d’utilisation de projet. Sa valeur minimale varie de 10 à 65 mm.


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MPa

C’est l’unité de contrainte pour la résistance des solides. 1 MPa équivaut à une force de 1 MN appliquée sur 1 m2, soit 100 tonnes sur 1 m2. (en mécanique des structures on a l’habitude de prendre g=10 m/s2)



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précontrainte

La précontrainte d’une pièce en béton consiste à exercer sur celle-ci des contraintes de compression permettant d’éviter, ou de limiter, l’apparition de contraintes de traction dues aux chargements extérieurs. En pratique, la précontrainte s’effectue par des torons tendus transmettant des contraintes au béton par adhérence (pré-tension), ou par des câbles formés de plusieur torons, introduits dans une conduite cylindrique, et ancrés aux extrémités de la pièce en béton par une tête d’ancrage (post tension) (détails). Voici une animation du processus en post tension pour le viaduc de Blagnac :




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retrait

C’est un phénomène de raccourcissement du béton au cours d’une part de l’hydratation, et, d’autre part, de la dessiccation de la structure. Le retrait varie entre 0,1 mm/m à 1 mm/m selon le type de béton. Des armatures d’aciers spécifiques sont utilisés, non pas pour diminuer le retrait, mais pour répartir les fissures de retrait empêché en microfissures plus nombreuses mais invisibles.


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contrainte

Sollicitation qui s’exerce, par unité d’aire, sur une section d’un solide sous l’effet des actions extérieures qui lui sont appliquées. Cette sollicitation est un vecteur qui peut se décomposer suivant une composante normale à la surface et une composante parallèle à la surface. La première est une sollicitation de compression ou traction, la seconde de cisaillement. Le dimensionnement d’un élément de structure passe par l’étape du calcul des contraintes ou des déformations maximales au sein de l’élément.


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hydratation

C’est la réaction des composés du ciment avec l’eau de gâchage conduisant à la formation d’hydrates. Les composés du ciment sont des silicates de calcium, l’aluminate de calcium et le ferroaluminate de calcium. Les principaux hydrates sont le silicate de calcium hydraté, qui constitue la phase résistante principale de la matrice cimentaire, l’aluminate de calcium hydraté, le ferroaluminate de calcium hydraté et la portlandite. La portlandite est appelée chaux éteinte, ou plus simplement, chaux, notée [Ca(OH)2]. La chaux éteinte peut être obtenue par ailleurs par combinaison de la chaux vive, CaO, avec l’eau. La teneur en portlandite varie dans le béton en fonction de la nature, de la quantité de ciment, et de la proportion de ciment ayant réagie. Elle varie de quelques pourcents à plus de 25% de la masse de ciment. La présence de la portlandite dans le béton est très importante pour le maintien du pH à des valeurs élevées ( 13,5), ce qui place les armatures en acier en état de passivation. La chaux se combine aussi avec les pouzzolanes (roches siliceuses) pour créer des hydrates résistants. C’est ce qui est à la base du ciment romain.


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eau

L’eau a un double rôle d’hydratation de la poudre de ciment et de facilitation de la mise en œuvre (ouvrabilité). Son dosage est très important. En l’absence d’adjuvant plastifiant, la quantité d’eau est déterminée par la condition de mise en œuvre. En ajoutant un superplastifiant, la quantité d’eau utilisée décroît et les performances mécaniques du matériau sont améliorées (BHP : béton hautes performances).


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plastique

(adj) se dit du domaine des déformations irréversibles d’un matériau sous sollicitations. Le domaine plastique du béton est faible (moins de 0,2% en compression), mais il est pris en compte dans le calcul du béton armé pour les états limites ultimes. L’acier de construction a un domaine plastique important (plus de 10%), ce qui lui confère un caractère ductile.


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décoffrage

Enlèvement des éléments de coffrage d’un élément en béton coulé en place après que ce béton a atteint une résistance suffisante.


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chaux

Notée Ca(OH)2, c’est la combinaison de la chaux vive CaO avec l’eau. Dans le langage des chimistes, le terme de portlandite est préféré. La portlandite est un liant qui fait prise, non pas dans l’eau, mais au contact de l’atmosphère, par carbonatation, c’est à dire en réagissant avec le dioxyde de carbone. On parle alors de chaux aérienne. La chaux aérienne est très utilisée en rénovation de monuments historiques ou de bâtiments anciens. L’industrie cimentière propose aussi des chaux hydrauliques, qui sont des mélanges de portlandite et de silicates de calcium. Les chaux hydrauliques s’apparentent plutôt à des ciments de très faible résistance.


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ciment

Au sens large, le ciment est une matière pulvérulente formant avec l’eau une pâte liante capable d’agglomérer en durcissant des substances variées (Larousse 2002). Dans le présent contexte, le terme de ciment désigne par défaut un liant hydraulique, i.e. qui fait prise au contact de l’eau par hydratation, dont la composition est régie par la norme EN 197.1. Il existe des ciments spéciaux qui possèdent des propriétés spécifiques de prise ou de résistance : ciment alumineux fondu, ciment prompt naturel…régis par des normes spécifiques. Le ciment est gris le plus souvent mais il existe des ciments blancs composés à partir de matières premières sans oxyde de fer.


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formulation du béton

Définition de la composition du béton. La composition donne la masse de chaque constituant pour un mètre cube de béton en place.


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BHP

Les BHP sont des bétons de résistance caractéristique en compression supérieure ou égal à 50 MPa, ou de rapport e/c inférieur ou égal à 0,4. Leur résistance élevée à long terme et leur faible fluage les prédestinent aux structures précontraintes. Les BHP sont réalisés avec des constituants courants. Ils nécessitent néanmoins un ciment de bonne résistance (de préférence de classe 52,5), des granulats de résistance assez élevée (un des buts de l’étude de formulation est de choisir des granulats convenables), et l’usage d’un superplastifiant. Dans la catégorie supérieure de résistance (90 MPa en compression), il est souvent nécessaire de recourir à des fumées de silice. Un atout important des BHP est qu’il permettent d’obtenir des structures très durables. Cela est dû aux qualité de la microstructure (faible perméabilité, faible porosité, fluage faible, etc. ).


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e/c

C’est le rapport de la masse d’eau à celle de ciment. Le rapport e/c est pris en compte dans la prévision de la résistance en compression du béton. Ce terme est très utilisé par les formulateurs.


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granulats

Les granulats sont les inclusions, a priori inertes, du béton. Ils couvrent une gamme dimensionnelle très étendue, de quelques microns à plusieurs centimètres. Ils sont d’origine naturelle (alluvionnaire ou de carrière), artificielle (sous-produits industriels, élaborés industriellement, recyclés, légers et très légers ; Ils déterminent les caractéristiques mécaniques et parfois esthétiques du béton. L’optimisation granulaire est une étape importante de la formulation des bétons. Il s’agit d’optimiser la granularité du béton, c’est à dire la distribution optimale de tailles des granulats. Cette opération permet de minimiser la quantité de ciment du béton, à résistance et consistance données, ce qui permet de faire un béton économe, ayant par ailleurs des caractéristiques améliorées dans le domaine du retrait et du fluage.


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fluage

On distingue les déformations instantanées des déformations différées. Alors que les premières se produisent juste après le chargement et se calculent à partir de la loi de Hooke et du module d’Young, les secondes se développent au cours du temps, parfois pendant plusieurs dizaines d’années. Le fluage est un phénomène de raccourcissement différé du béton dû au chargement mécanique. La précontrainte du béton provoque par exemple son fluage. Le fluage est pris en compte dans le calcul des structures en béton armé et précontraint.


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BFUP

béton fibré ultra performant. C’est un béton de résistance caractéristique supérieure ou égale à 150 MPa en compression. Il contient de 2 à 8 % en volume de fibres, métalliques ou polymères. la teneur courante étant de 2,5% en volume. Leur particularité est qu’ils sont préparés avec un rapport e/c très faible, i.e. proche de 0,2, ce qui nécessite l’usage d’un superplastifiant très efficace, un malaxage très énergique.


Durabilité
Longévité des structures en béton
fiche thématique n°4
   


Coupole du panthéon à Rome ©SCD

Les structures en béton sont réputées, à juste titre, très durables. Elles supportent les climats extrêmes et les environnements agressifs. Cependant, force est de constater que nombre de constructions emblématiques du début du XXème siècle présentent des désordres apparents (Fig. 1 et 2). Certaines constructions dégradées seront réparées au regard d’une valeur patrimoniale admise ou d’une réelle capacité de réhabilitation à coût non prohibitif. D’autres seront détruites car ne s’adaptant plus aux modes de vie et au confort d’aujourd’hui - immeubles à loyer modéré d’après guerre, etc. Enfin, pour certaines d’entre elles, la durée de vie est fixée à l’avance du fait de leur liaison avec une production industrielle déterminée - aréroréfrigérants des centrales nucléaires, plates formes pétrolières, etc.

Cette fiche thématique présente les différents types d’agressions physico chimiques des structures en béton, les moyens de les prévenir ainsi que quelques principes de réparation. Dans la suite on désignera, sauf indication explicite, par construction en béton, une construction en béton armé ou précontraint. Les chiffres donnés dans cette fiche sont des ordres de grandeur et non pas des valeurs précises à inclure dans un calcul. La complexité des phénomènes engendre une multiplicité de situations que la présente fiche ne peut évidemment pas reproduire. Néanmoins, nous avons cherché à être le plus près possible des phénomènes physico-chimiques.



1 Prévoir la fin de vie de la construction



Dans un certain nombre de cas, les viaducs de très grande portée par exemple, la recherche d’une durabilité maximale reste la première règle. Des ponts de Freyssinet rendent encore de bons services, et ne parlons pas de certains ponts romains. Mais pour ce qui concerne l’extension d’une zone d’activité périurbaine, les besoins en matière de construction sont beaucoup plus « éphémères ». Un bâtiment peut changer rapidement de destination ou devenir obsolète en quelques décennies, voire moins.

A la notion de performance de longévité se substitue progressivement celle de la performance au cours de son cycle de vie, voire de performance environnementale au cours du cycle de vie. Cette façon de considérer la durabilité implique de la part du maître d’ouvrage la programmation des entretiens et la prévision de la fin de vie, ce qui lui impose un exercice difficile d’extrapolation.

Ainsi, le maître d’ouvrage doit préciser au maître d’œuvre la longévité souhaitée de la construction qu’il projette. Les normes constituent une aide dans cette démarche. La norme EN 1990 (appelée communément Eurocode 0), propose au maître d’ouvrage des valeurs de durée de vie minimale des constructions en fonction de leur catégorie (Tab. 1). Afin d’être sûr que les longévités proposées soient atteignables, les normes d’application, ici l’EN 1992 (Eurocode 2 consacré aux structures en béton), présentent des dispositions constructives, en adéquation avec les exigences de durabilité, la première d’entre elles étant l’exigence d’un enrobage minimum des armatures. On imagine bien que le cahier des charges d’un béton et les méthodes de construction, pour un ouvrage prévu pour 100 ans, sont plus sévères que pour un autre prévu pour 50 ans.






Catégorie de durée d’utilisation du projetDurée indicative EN 1990 Annexe nationale française (en année)exemples
110Structures provisoires non réutilisables
225Eléments structuraux remplaçables
325Structures agricoles et similaires
450Structures de bâtiments courants
5100Structures de bâtiment monumentaux ou stratégiques, ponts


Tableau 1. Durée indicative d’utilisation de projet selon la norme l’annexe française de l’EN 1990 (dit également Eurocode 0)



2 La physique pour expliquer les règles de l’art



Dans la majorité des cas, la corrosion des armatures est responsable de la dégradation des constructions en béton. Lorsque la corrosion, en augmentant le volume de métal transformé en oxydes à la surface des aciers, fait fissurer le béton de parement, le phénomène s’accélère. Mais alors peut on déduire qu’un béton sans armature sera aussi durable que la pierre ? Il n’y a pas de réponse définitive à cette question. Il faudrait d’ailleurs pour cela définir la durabilité de la pierre. Or certaines pierres se dégradent sous l’action d’agressions diverses physiques ou chimiques. Le béton non armé est quant à lui généralement très durable, les parties bétonnées du Panthéon de Rome, datant de 125 après JC, en sont la preuve. Mais, il peut aussi subir, à l’instar de la pierre, des agressions physiques ou chimiques exogènes, telles que les actions du gel, du feu, ou les réactions sulfatiques. Dans certaines situations très rares, le béton peut même être le siège de réactions chimiques différées mettant en cause la stabilité de ses hydrates. Les progrès remarquables de ces 20 dernières années dans la science des matériaux ont permis de bien prévoir tous ces phénomènes et de les éviter. Ils ont aussi fait apparaître des nouveaux bétons, dont la durabilité était jusqu’à lors inégalée, des méthodes de réparation plus efficaces et même des méthodes permettant de retarder préventivement, in situ, la dégradation des structures existantes.

Une spécificité du béton est qu’il est un des rares matériaux à pouvoir être fabriqué sur chantier. Il est alors naturellement sujet à des aléas qui peuvent réduire grandement la durabilité, même si par ailleurs la formulation a été étudiée par le meilleur spécialiste. La bonne organisation du chantier (planning, qualité des outils, qualification des personnels, etc.) et les règles de mise en œuvre sont des facteurs tout aussi importants que la conception pour le respect de la longévité prévue. Ceci implique aussi pour le maître d’œuvre une compétence minimum et une implication forte sur le chantier.


Figure 1. Halle Boulingrin à Reims. Freyssinet (1928).

 

Figure 2. Travée d’accès à la passerelle Debilly (1906). Dégradations par corrosion des aciers. Béton d’enrobage manquant.




Phénomènes couplés

Si l’on exclut de notre propos les évènements ayant une origine accidentelle (séisme, feu, choc, etc.) ou géotechniques (tassements imprévus par exemple), la durabilité d’une construction en béton armé est liée à celle des mécanismes de dégradations du béton et de l’armature (Fig. 3). La rouille ayant un volume massique plus grand que l’acier, elle exerce des pressions au sein du béton pour « prendre sa place », ce qui provoque des fissures. Comme l’indique la figure 4, les phénomènes sont couplés. Si la corrosion des armatures provoque des fissurations du béton de parement, la fissuration du béton, pour une cause quelconque, facilite aussi l’accès des agents agressifs aux armatures, ce qui va à son tour accélérer la corrosion. Par simplicité, nous allons néanmoins séparer les phénomènes et discuter des mécanismes de dégradation du béton d’une part, et des phénomènes qui conduisent à la corrosion des armatures d’autre part.


Figure 3. Progression d’une altération du béton permettant le démarrage de la corrosion.

 

Figure 4. Décomposition du problème d’altération des constructions en béton.





3 Le contrôle de la fissuration du béton - De la micro fissure normale à la fissure désordre



Avant d’envisager la dégradation du béton, on propose d’aborder les mécanismes courants de fissuration du béton armé, afin de distinguer lesquels peuvent être évités moyennant quelques simples précautions.


3.1 Les microfissures de fonctionnement



Le premier mécanisme conduisant à la fissuration du béton est dû au fonctionnement même du béton armé. En raison de la faible résistance en traction du béton, l’ingénieur a su immédiatement qu’il était préférable de ne pas en tenir compte dans le calcul de la résistance d’une poutre (voir fiche béton armé). Il suppose donc que les parties de la structure en traction sont fissurées. Effectivement, lorsque les contraintes de traction dans les aciers sont supérieures à une trentaine de MPa (méga Pascals), la déformation de l’acier est suffisante pour entraîner la fissuration du béton en état de tension. Des fissures de l’ordre du 5/100ème de millimètre d’ouverture peuvent donc être présentes dans une poutre fléchie sous l’action des charges de service. Ces fissures se referment lorsque les charges disparaissent.

Le remède est ici immédiat. Partant de l’hypothèse que l’ouverture des fissures est corrélée à la durabilité, on cherchera donc à limiter ces ouvertures. C’est le parti pris présenté dans l’Eurocode 2 (voir fiche réglementation). L’ouverture moyenne des fissures étant dépendante des contraintes de traction dans les aciers, la solution consiste alors à limiter l’amplitude de ces contraintes - ce qui conduit à augmenter le taux d’armatures. L’ouverture des fissures, sous l’effet des chargements est ainsi limitée à 0,3 mm dans la plupart des cas, ou 0,4 mm en cas de risque faible de corrosion des armatures. Il faut donc réaliser un calcul, mais on peut aussi s’en dispenser en appliquant des règles pratiques de disposition d’armatures supplémentaires, qu’on appelle armatures de peau. L’espacement maximal entre ces armatures est aussi codifié en fonction de leur diamètre et de la longévité désirée de l’ouvrage (sa catégorie telle qu’elle est présentée dans le tableau 1). C’est donc l’ingénieur concepteur qui apporte ici la solution.

Enfin, dans les cas d’exigences exceptionnelles, le recours à la précontrainte est une solution qui a fait ses preuves, grâce à la mise en compression du matériau. Dans des cas particuliers, cette précontrainte est appliquée suivant les 3 directions – voir fiche précontrainte, digue de Monaco.


3.2 Les fissures consécutives au retrait empêché



Un deuxième mécanisme de fissuration a son origine dans le retrait du béton, ou plutôt, les retraits du béton (voir encart). Les déformations de retrait du béton armé sont généralement comprises entre 0,3 mm/m et 0,8 mm/m. Le retrait n’entraîne pas toujours de fissuration. En effet, les fissures du béton n’apparaissent que si des contraintes de traction sont créées et encore faut-il que ces contraintes dépassent la résistance en traction du matériau. Or, le retrait libre et homogène n’entraîne aucune contrainte. Un retrait empêché peut donc être à l’origine d’une fissuration.

3.2.1 AUTO CONTRAINTES ET FISSURES DE PEAU



Pourtant, un paradoxe apparent subsiste puisqu’un objet, même libre de se déformer, peut fissurer. Il est connu qu’une poterie sortant du four, et trop rapidement refroidie, fissure. L’explication est dans la création d’autocontraintes. Une partie de la matière est en compression, l’autre en traction, de telle manière que la somme des efforts internes s’annule. Rien ne permet d’observer extérieurement l’existence de ces autocontraintes, exceptées bien sûr, l’apparition de fissures. Pour le cas du pot en terre cuite, la surface extérieure se refroidit rapidement, donc cherche à rétrécir, alors qu’au cœur du matériau, la température élevée le maintient en état dilaté. Le rétrécissement de la peau est partiellement empêché par le maintien du cœur, ce qui crée des autocontraintes de traction en peau et de compression à cœur. D’où le risque de fissuration. Si cette dernière se produit, les autocontraintes s’annulent, au moins partiellement. Le refroidissement lent est, pour le pot en terre cuite, une solution pour limiter ces contraintes.

Le retrait thermique du béton produit, à une amplitude moindre, le même effet. Dans une paroi épaisse fraîchement bétonnée, la température n’est pas uniforme. Une vingtaine d’heures après le bétonnage, elle sera en effet élevée au centre - des températures de 70°C ont été mesurées sur ouvrages d’art - et proche de la température ambiante en surface (Fig. 5). Des autocontraintes sont créées comme pour le pot en terre cuite. En pratique, ce retrait thermique est en général négligeable pour les parois d’épaisseur inférieure à 30 cm, sauf peut être pour les bétons ultra performants. Pour certaines structures, comme les piles de ponts, les enceintes étanches, les fondations massives, etc., il est important de chercher à le limiter ou à en limiter les effets, même si parfois la fissuration est inévitable (Fig. 6).


Figure 5. Champ de température dans un tablier de pont en béton fibré ultra performant. Simulations par le code de calcul aux éléments finis CESAR LCPC (F. J. Ulm). La couleur rouge dans le talon renseigne sur la température maximale (ici 46 °C).

 

Figure 6. Massif de fondation d’une pile de pont de grande hauteur. A droite fissure d’origine thermique de ce massif.



Dans le phénomène de dessiccation, le front de séchage se propage de la surface vers le cœur, le béton de peau va subir un retrait de dessiccation plus rapide que le béton de cœur. Cette différence de retrait va engendrer des contraintes de « retrait empêché » - distribution continue des autocontraintes-, ce qui peut générer des fissures de peau (Fig. 7). Ces fissures, produites en général au jeune âge, restent superficielles. Dans les cas extrêmes d’une dessiccation précoce la fissuration se traduit par un parement dit « faïencé » (Fig. 8).


Figure 7a. En imaginant une paroi feuilletée, le retrait n’est pas uniforme (à gauche). Dans la réalité, la déformation du monolithe (à droite) est telle que l’effort résultant est nul dans la section considérée, ce qui impose aux couches extérieures d’être tendues et aux couches intérieures d’être comprimées.
 

Figure 7b. Il s’ensuit une répartition des contraintes (autocontraintes) dans le béton sous l’effet du séchage. Des micro fissures de peau apparaissent si les contraintes de retrait empêché dépassent la résistance en traction du béton.


Figure 8. Parement faïencé résultant d’un séchage précoce de la surface.



3.2.2 LES FISSURES TRAVERSANTES



Le retrait peut aussi être empêché à l’échelle de la structure. Le cas d’un mur encastré à sa fondation filante peut servir d’exemple. En imaginant que la semelle de fondation ait été réalisée bien avant le mur et que le retrait de celle-ci soit déjà bien avancé, le retrait du mur est empêché par la liaison mécanique à la fondation. Il s’ensuit la création de contraintes horizontales de traction dans le mur, comme si on avait allongé le mur de la valeur du retrait qu’il souhaitait développer. En supposant que le mur ait une longueur de 10 m et que le retrait à long terme soit de 0,5 mm/m, le raccourcissement horizontal libre serait de 5 mm. Ce retrait empêché va provoquer des microfissures verticales, voire parfois des macro fissures visibles (Fig. 9). Des fissures tous les 50 cm, soit au total 20 fissures sur 10 m, auraient par exemple une ouverture de 0,25 mm. Ces fissures sont alors traversantes puisque le retrait est empêché sur toute l’épaisseur du mur.

L’exemple du mur est tout à fait généralisable. Dans tous les cas où le retrait d’un élément en béton est limité à une de ses frontières, il y a un risque de fissuration. Ce risque se rencontre pour les reprises de bétonnage si un temps important s’est déroulé entre le bétonnage de la première phase et la reprise.


Figure 9. Fissuration de retrait empêché. Cas d’une semelle de fondation ayant déjà produit son retrait.



3.3 Les moyens de limiter les fissurations de retrait



Pour limiter les fissurations il faut donc veiller à limiter les contraintes de retrait empêché et les autocontraintes.

3.3.1 DIMINUER L’AMPLITUDE DU PHENOMENE



C’est la première solution qui vient à l’esprit. Des solutions existent pour limiter les retraits. En proposant des ciments à faible chaleur d’hydratation, l’industrie cimentière répond à la question des ouvrages massifs. Certains ciments au laitier de haut fourneau (CEM III) entrent dans cette catégorie. Il est aussi possible d’agir sur la formule de béton. Le retrait endogène est connu pour être important pour les bétons de hautes résistances (jusqu’à 0,25 mm/m), alors qu’il est négligeable pour les bétons ordinaires. A l’inverse, le retrait de dessiccation des bétons ordinaires est plus important que celui des bétons de hautes résistances. L’ingénierie des matériaux permet de prévoir avec une précision convenable l’amplitude de ces phénomènes. Un logiciel (bétonlab.pro distribué par les presses de l’ENPC) permet même de réaliser ces simulations.


3.3.2 AGIR SUR LA CONCEPTION



Le contrôle de la dimension des fissures est conditionné par les intervalles et l’ouverture des fissures. On évitera la concentration des fissures. En cherchant à diviser par N le pas des fissures (la distance entre elles), on diminue par N leur ouverture. Dans le cas de fissures résultant d’un gradient de retrait dans l’épaisseur (autocontraintes), la diminution du pas de fissuration est possible par l’addition d’armatures de peau, en plus des armatures calculées pour la tenue des éléments de structure.

Par ailleurs, les cas de figure de retrait empêché sont nombreux en construction en béton armé car les bâtiments sont en général conçus pour fonctionner de manière monolithique. Pour des constructions longues, des joints de retrait/dilatation doivent être prévus tous les 30 ou 35 m pour éviter la concentration de fissures de retrait empêché. On citera le cas spécifique des ponts. Le tablier repose en général sur les piles par l’intermédiaire d’appuis en néoprène fretté permettant les retraits et dilatations de se produire librement. Aux extrémités du tablier, un système de joint de dilatation est prévu pour permettre la libre déformation de celui-ci.

3.3.3 OPTIMISER LES PROCEDES DE CONSTRUCTION



Un principe de chantier très important, et malheureusement trop peu souvent observé, est l’application d’une cure sur la surface du béton en contact avec l’atmosphère. La cure consiste à protéger la surface du béton contre la dessiccation soit par un produit prêt à l’emploi, soit par de l’eau apportée continûment par des systèmes d’arrosage (comme ceux de jardin). Elle évite la microfissuration au jeune âge due à ce qu’on appelle le retrait plastique car il se produit avant le durcissement du béton (faiençage de la figure 8) et diminue le retrait du béton d’enrobage à long terme, donc le risque de fissuration différée.

Cette cure est aisée à réaliser sur les surfaces horizontales tels que les dallages, mais bien plus difficile pour les surfaces verticales. En pratique, on ne la réalise pas pour les voiles de bâtiment, souvent destinés à être protégés par un revêtement, mais pour les ponts exceptionnels la cure de surfaces verticales a déjà été mise en œuvre. Ajoutons qu’une solution simple est de maintenir plus longtemps le coffrage en place, en prenant garde qu’il ne provoque pas de retrait empêché. Le noyau rigide du coffrage d’un tuyau en béton peut par exemple provoquer des fissures au jeune âge.

Le recours à la préfabrication, si elle est décidée pour des raisons de délais, peut avoir des conséquences positives sur la durabilité. Dans le cas de pièces préfabriquées, les retraits endogène et thermique peuvent déjà s’être produits en grande partie avant l’assemblage des pièces, ce qui contribue à diminuer les contraintes de retrait empêché post clavage. Bien évidemment, il faut que le béton ou mortier de clavage soit à retrait nul ou presque, ce qui est possible dans la situation spécifique de bétonnage de faibles volumes confinés (voir encart béton sans retrait).

Il est possible de prévoir par le calcul les contraintes provoquées par les retraits du béton, afin de trouver les meilleures solutions, en terme de scénario de construction, ou de formulation, qui minimiseront l’apparition des fissures. Des outils de simulations par éléments finis ont ainsi été utilisés pour les grands ouvrages (Pont de Normandie, Viaduc de l’Iroise à Brest, Centrale nucléaire de Civaux, Viaduc de Verrières sur la A75, Viaduc de Millau pour ne citer qu’eux). Des calculs réalisés au Laboratoire Central Des Ponts et Chaussées ont par exemple montré qu’il était important de différer le décoffrage des pylônes du pont de l’Iroise de plusieurs heures afin de diminuer le choc thermique.


4 Mécanismes ayant pour effet la corrosion des aciers



La corrosion a plusieurs mécanismes : corrosion chimique, biochimique et électrochimique. La corrosion des aciers dans le béton est un processus électro-chimique. Le phénomène peut se développer lorsque les 3 conditions indiquées sur la figure 10 sont réunies. Il faut de l’oxygène, la présence d’humidité, et l’absence de protection de l’acier.


Figure 10. Conditions à réunir pour que la corrosion des armatures se développent.


4.1 Processus de corrosion



Le processus de corrosion électrochimique met en jeu, comme son nom l’indique, un déplacement d’électrons et des réactions chimiques. Prenons une barre de fer plongée dans un liquide aqueux contenant de l’oxygène. Lorsque le fer en surface de la barre, Fe, perd 2 électrons et se transforme en Fe2+, qui part dans la solution, c’est une réaction d’oxydation. Des électrons se retrouvent « en trop » dans le métal, si bien qu’une autre réaction, se déroulant à la même vitesse, doit avoir lieu avec le milieu. Cette réaction de réduction conduit à la formation d’ions OH- :
En présence d’oxygène :

En absence d’oxygène, H2O réagit avec les électrons pour former OH- et H2


4.2 Passivation des armatures



Dans le béton les réactions précédentes ont bien lieu. Pourtant, les armatures de béton armé sont naturellement protégées dans un béton sain. En l’absence de dégradation, le milieu interstitiel du béton, qui contient toujours une certaine masse d’eau libre, est alcalin, c’est-à-dire un pH basique. Le pH se situe entre 12,5 et 13,5, grâce à la présence d’hydroxyde de calcium (qu’on appelle simplement chaux ou, pour les chimistes, Portlandite) [Ca(OH)2] et des hydroxydes alcalins NaOH et KOH.

En fait, d’autres réactions entrent en jeu. La solution aqueuse se trouvant en présence d’ions métalliques (Fe2+) et hydroxyde (OH-), un équilibre s’opère suivant les réactions :



Ces 2 réactions génèrent de l’hydroxyde ferreux (réaction de gauche) et de l’hydroxyde ferrique (réaction de droite). Ce sont tous deux des composés de très faible solubilité qui précipitent sur la surface métallique. Ces réactions sont dites de passivation, car elles viennent protéger l’armature d’une couche protectrice. Les mécanismes de dissolution sont toujours possibles mais très nettement ralentis compte tenu qu’ils sont alors gérés par la diffusion des ions à travers cette couche protectrice.

En résumé, lorsque le pH est très élevé (milieu basique), ce qui est le cas dans le béton sain, une couche protectrice, ou de passivation, empêche la corrosion de se développer. Néanmoins, avec le temps, un risque peut survenir comme nous allons le voir.


4.3 Carbonatation



La carbonatation est une réaction lente qui se déroule entre le gaz carbonique atmosphérique et la chaux libre présente dans le béton. Le gaz carbonique pénètre dans la microstructure du béton par le réseau poreux ou les fissures et réagit suivant la réaction suivante :



La chaux, qui permet de maintenir le pH à un niveau élevé, est donc consommée. En disparaissant, c’est alors le pH qui diminue. Lorsque celui-ci atteint la valeur approximative de 9 au niveau des armatures, il y a un risque de corrosion si les 2 autres conditions sont réunies, à savoir, de l’humidité et un oxydant (qui peut être l’eau elle-même ou l’oxygène par exemple).

Fort heureusement, la carbonatation est un phénomène très lent. La profondeur de béton d’enrobage atteinte varie entre 0,1 cm et 3 cm en 30 ans, en fonction de la performance du béton et des conditions climatiques. Mathématiquement parlant, on remarque que la profondeur de carbonatation varie suivant une loi proportionnelle à √t . Autrement dit, si la carbonatation a atteint une profondeur de 1 cm en 30 ans, alors, pour 100 ans, la profondeur sera :



On notera immédiatement qu’en augmentant l’enrobage des armatures, on retarde l’échéance de la corrosion. Ce point sera précisé plus loin.


4.4 Effet des chlorures



Les ions chlorures sont présents par exemple dans l’eau de mer ou dans les zones soumises à des sels de déverglaçage. Ces ions vont diffuser lentement dans le réseau poreux, certains vont réagir (sans conséquences particulières néfastes pour le béton) avec les hydrates du ciment, d’autres vont continuer leur chemin (chlorures libres). Le risque provient du fait que la corrosion par piqûre localisée apparaît pour des fortes concentrations en chlorures. Cette concentration critique en [Cl-] est comprise, selon les auteurs, entre 60 et 100 % de la concentration des ions [OH-]. Cette corrosion localisée diminue localement la résistance de l’armature atteinte.

Pour les ouvrages à la mer, la zone de marnage est la plus exposée au risque de corrosion par les chlorures (Fig. 11). Aux effets d’érosion de la houle s’ajoute un effet cumulatif de la pénétration de [Cl-] dû aux cycles d’humidification et de séchage. En effet, lors d’un séchage, les ions [Cl-] sont piégés dans la microstructure. D’autres ions vont être apportés par la marée suivante.


Figure 11. Pile atteinte de corrosion en zone de marnage (Divet).



5 Mécanismes de dégradation du béton en l’absence d’armatures



Nous avons évoqué en introduction la possibilité de dégradation du béton même en l’absence d’armatures. Les experts internationaux ont classés par ordre décroissant d’importance les mécanismes de dégradation des structures en béton. Après la corrosion des aciers vient, pour les pays à climat froid, le gel, puis les attaques chimiques par les sulfates et les chlorures. Nous nous intéresserons donc en priorité à ces causes de dégradation.

5.1 Le gel




5.1.1 MECANISMES



L’action mécanique du gel sur les matériaux de construction a pour origine le gel de l’eau dans la porosité et l’apparition de pression internes dues à l’augmentation de volume de 9% de la glace. Cette dégradation apparaît pour des cycles successifs de gel-dégel. La dégradation augmente avec le nombre de cycles. Il existe donc des régions sans gel, à gel modéré et à gel sévère, en fonction du nombre de jours de l’année où le gel est apparu.

Tout le monde sait qu’il existe des roches gélives et d’autres non gélives. Ce qui les différencie est leur porosité et leur perméabilité. Lorsque l’eau libre, présente dans les pores d’une roche, gèle en un point, l’eau liquide environnante est mise sous pression. On peut par exemple supposer que l’eau puisse migrer vers des zones à plus faible pression. Cela est par exemple possible lorsque la roche n’est pas saturée en eau et qu’elle contient donc des vides d’air. Mais, si l’eau ne peut pas migrer, l’accroissement de pression de l’eau met à son tour la roche en pression interne. Cette pression interne va provoquer un gonflement macroscopique voire une fissuration de la roche. On voit aussi que la perméabilité du matériau est une grandeur qui intervient dans le phénomène. Une forte perméabilité, pour une porosité donnée, ou une très faible porosité non saturée, sont bénéfiques à la résistance au gel.

Le gel des bétons est gouverné par les mêmes principes.

Dans le schéma qui est décrit, le gel n’apparaît pas de manière uniforme dans le matériau. Il est vrai qu’il progresse de la surface vers l’intérieur. Cependant, même si on pouvait faire chuter la température d’un échantillon de manière uniforme, on ne pourrait pas faire geler l’eau en même temps. En fait le gel apparaît d’abord dans les grands pores (de l’ordre du micromètre tout de même), puis, si la température baisse, dans les pores plus petits. Un matériau dont la distribution poreuse est centrée vers des très petits pores est donc protégé contre les risques de gel modéré. Les pores à l’échelle du nanomètre gèlent par exemple aux alentours de -70°C.

Enfin, on trouve le cas particulier des revêtements en béton recevant des sels de déverglaçage. Ces sels sont du chlorure de potassium ou du chlorure de sodium (ils contiennent également en faible quantité des sels de magnésium). Ils ont pour effet de retarder le gel en surface du béton, ou de faire fondre la glace si celle-ci s’est déjà formée. Ce dernier cas de figure est particulièrement agressif pour le béton. En effet, la réaction de fonte de la glace est dite endothermique, c’est-à-dire qu’elle se produit en puisant de la chaleur, ici dans le béton . En fondant, la glace fait donc refroidir une couche de béton proche de la surface. Dans ce scénario, les différences de températures suivant les couches horizontales font apparaître des autocontraintes. Le paroxysme se produit lorsqu’un front de gel apparaît à quelques cm en dessous de la surface du béton. Ce gel fait encore une fois apparaître des pressions internes, et on retrouve les mécanismes décrits ci-dessus. La dégradation se manifeste alors par un écaillage de la surface du béton (Fig. 12).


Figure 12. Mécanisme d’écaillage par gel.



5.1.2 SOLUTIONS



Les solutions sont à trouver dans la possibilité de mouvement de l’eau et la réduction du taux de saturation du matériau. Depuis longtemps, on introduit un entraîneur d’air dans la formulation du béton pour le protéger du gel. On retrouve dans le matériau durci des micro bulles d’air qui vont servir à diminuer les pressions interstitielles locales, comme un vase d’expansion d’un circuit de refroidissement de voiture ou d’une installation de chauffage. Pour que leur efficacité soit maximale, elles ne doivent pas être distantes de plus de 0,2 mm en moyenne (Fig. 13).


Figure 13. Un réseau de bulles d’air (à droite) contre le gel du béton.


Une autre solution est la recherche d’un matériau comportant peu d’eau. Pour cela il doit être peu poreux et, de plus, faiblement perméable. On retrouve ici la signature des bétons de hautes performances (BHP) (voir fiche formulation). Cependant, tous les BHP ne conviennent pas. Dans le milieu de la gamme (autour d’une résistance de 60 MPa), la teneur en eau de surface, due à une porosité pas assez faible, ne permet pas de protéger efficacement le matériau contre le gel. De plus, la perméabilité a, dans le même temps, fortement chuté, ce qui permet la création de pressions internes encore plus fortes par manque de mobilité de l’eau intesticielle.

Il faut donc encore introduire des entraîneurs d’air dans les « petits » BHP. Pour les bétons de résistance supérieure à 100 MPa, qu’on appellera béton de très hautes performances (BTHP), la perméabilité est très faible -il ne saturent pas- et la quantité d’eau libre est suffisamment faible pour que leur protection au gel soit, en général, suffisante.

Dans les cas pratiques, la protection contre le gel est à assurer en fonction des climats. Les zones de gel et de leur sévérité sont données dans la norme européenne sur les bétons, l’EN 206-1 (voir fiche réglementation).

5.2 Les réactions sulfatiques




5.2.1 MECANISMES



Les bétons sont sensibles à la présence de sulfates. On trouve les sulfates dans le sol, par exemple le sol gypseux parisien (CaSO4, 2H2O), ou dans l’eau, par exemple les eaux des égouts, voire l’eau de mer. La pâte de ciment Portland durcie n’est pas très stable en présence de sulfates. Il est par exemple très déconseillé d’appliquer un enduit de ciment sur un mur ancien en maçonnerie de moellons hourdée au plâtre. On peut par contre plâtrer un mur en béton. Candlot avait constaté en 1887 que les fortifications de Paris étaient attaquées partout où se trouvaient des sulfates de chaux, c’est-à-dire du gypse. C’est ce qui a conduit à appeler sel de Candlot le produit de la réaction de dégradation, autrement dit l’ettringite. La même qu’on va contrôler pour faire des ciments à retrait compensé (voir encart). La formule chimique de l’ettringite est : 3CaO, Al2O3, 3CaSO4, 32H2O. Cette formule sera utile pour savoir comment éviter sa formation. La création d’ettringite s’accompagne, sur le matériau durci, d’un gonflement qui crée des pressions internes et un risque de fissuration.

On trouve dans le ciment courant tous les ingrédients pour que cette réaction ait lieu lorsque le matériau est au contact de sulfates. En effet, CaO est la chaux (chaux vive diraient certains), Al2O3 l’alumine. La chaux est produite à l’occasion de l’hydratation du ciment Portland. Elle se trouve sous forme de Portlandite (Ca(OH)2) et peut représenter plus de 10% des hydrates. L’alumine se trouve dans le ciment anhydre sous forme d’aluminate tricalcique (3CaO,Al2O3) dans des proportions de 2% à 11% de la masse de ciment. Il est le siège de réactions successives que l’on ne va pas détailler ici.

La dégradation progresse donc de la surface vers l’intérieur du matériau. Elle conduit à un enlèvement progressif de la matière.

Plus récemment a été identifié un phénomène voisin, mais plus rare, avec des sulfates qui proviennent du béton lui-même, et qui provoquent la formation -différée- d’ettringite. Les recherches ont réussi à montrer les conditions d’existence de ces sulfates en solution et de formation d’ettringite. Hormis la composition du ciment elle-même, une de ces conditions est l’atteinte d’une température élevée du béton, proche de 80°C pour fixer les idées, et aussi la durée du maintien de cette température, etc. Le risque apparaît donc pour des structures épaisses ou pour des éléments ayant subis un traitement thermique à haute température. C’est pour cela que la filière de préfabrication a limité la température des bétons dans les cycles d’étuvage des pièces.

5.2.2 SOLUTIONS



La solution consiste à formuler le béton avec un liant résistant aux sulfates. Certains ciments Portland contiennent peu d’aluminates tricalciques et sont donc à privilégier dans le cas de risque de contact du béton avec des sulfates. La désignation du ciment permet de vérifier cette qualité. Elle est mentionnée par les lettres PM ES (prise mer eau sulfatée). Un ciment CEM II 32,5/A PM ES est donc un ciment résistant aux sulfates (voir guide Cimbéton G10).

Une solution complémentaire est de limiter la teneur en chaux, soit en choisissant un ciment en produisant peu, le ciment CEM III au laitier de haut fourneau par exemple, soit en incorporant des ajouts minéraux qui vont provoquer une réaction pouzzolanique avec la chaux (voir fiche formulation).

Lorsque le risque est important, il peut être utile de limiter la progression des sulfates en diminuant la porosité, donc en augmentant la résistance.

La protection de la surface du béton par une résine est également une pratique rencontrée dans des cas spécifiques, notamment en réparation (station d’épuration par exemple).


5.3 Le béton dans l’eau de mer




5.3.1 MECANISMES



Nous avons vu que les chlorures ne produisent pas de rréactions de dégradation du béton, mais sont surtout néfastes aux armatures. Il fauda aller chercher le sulfate de magnésium présent dans l’eau de mer pour trouver une source de dégradation, mais en mettant en jeu plusieurs réactions successives. La première réaction est celle de substitution de Ca dans la chaux par Mg suivant la réaction :

MgSO4 + Ca(OH)2 -> Mg(OH)2 + CaSO4

Mg(OH)2 est insoluble et a un effet protecteur. Par contre, la formation de CaSO4 introduit des sulfates de calcium qui vont pouvoir réagir avec les aluminates du ciment hydraté, pour former, encore une fois, de l’ettringite, donc un risque de fissuration.


5.3.2 SOLUTIONS



Le remède est ici simple. On choisira d’abord un ciment comportant une proportion d’alumine suffisamment faible (< 5%), de manière à former le moins d’ettringite possible. On cherchera aussi à limiter la quantité de chaux libre, soit par un ciment en produisant peu (CEM III par exemple), soit en utilisant des ajouts à caractère pouzzolanique (cendres volantes, fumées de silice). La formulation de béton à faible teneur en eau (BHP) vient renforcer les premières précautions.


5.4 Le béton et les acides



Le milieu du béton étant à pH élevé, pH = 13,5 pour le béton sain, il est naturellement sensible aux attaques acides, notamment par combinaison avec la chaux présente dans la microstructure. Les acides forts, tels que les acides chlorhydrique et nitrique dissolvent entièrement le béton. Les acides lactiques sont aussi très agressifs. Certains acides ne dégradent pas le béton, comme par exemple l’acide oxalique (COOH)2.

Les solutions sont donc à traiter au cas par cas et se trouveront d’abord dans le choix du liant hydraulique ainsi que dans la minimisation de la porosité (faible rapport e/c). Dans l’exemple de l’acide lactique, on peut citer l’efficacité des liants alumineux (ciment fondu).


5.5 L’alcali réaction ou réaction alcali granulat



L’alcali réaction désigne un ensemble de réactions chimiques différées au sein de la solution interstitielle du béton durci, entre les ions sodium et potassium, la chaux, et des minéraux siliceux provenant des granulats. Les produits de cette réaction s’appellent les silicates mixtes de calcium et de potassium hydraté (ou de calcium hydraté). Il faut donc que des conditions simultanées soient réunies pour que la réaction ait lieu : présence d’alcalins (ions sodium et potassium), de silice réactive (provenant des granulats), de chaux (calcium), et humidité relative élevée. Ceci explique la rareté de son apparition. Néanmoins, certaines régions sont plus propices que d’autres à l’apparition du phénomène à cause de granulats siliceux dont la silice est soluble en milieu basique. Mais la nature est parfois trompeuse, car tous les granulats siliceux ne sont pas réactifs, et, inversement, des granulats calcaires peuvent contenir des éléments siliceux réactifs. Des types d’ouvrages sont également plus propices que d’autres à l’apparition d’alcali réaction. Ce sont ceux en contact avec l’humidité : piles de pont en rivière, barrage par exemple. Lorsque l’on est amené à utiliser des granulats potentiellement réactifs, la solution est de choisir un ciment pauvre en alcalins.

Généralement les laboratoires et les fournisseurs de béton présents sur l’ensemble du territoire français sont informés des risques et ont déjà intégrés des solutions en terme de choix de ciment.


6 Les moyens d’atteindre la longévité grâce au respect des normes européennes et françaises




6.1 Respecter la norme béton (l’EN 206-1) et aller au delà



Les normes européennes (voir fiche réglementation) ont données des règles dont le respect permet d’espérer que la construction réalisée atteindra et même dépassera la durée de vie escomptée. Cet espoir est fondé sur le fait que ces règles sont le résultat de nombreuses recherches européennes associant des scientifiques et des praticiens. Les exigences réglementaires sont liées à la catégorie d’ouvrage (tab. 1) et à la classe d’environnement. La norme sur le béton (EN 206) définit ces classes d’environnement (voir fiche réglementation) qui représentent les types d’agression : carbonatation, corrosion induite par les chlorures, attaque due au gel, attaques chimiques. Elle impose ensuite, en fonction de la nature du risque, des exigences sur la formulation du béton. Nous pouvons comprendre en effet, au travers des explications précédentes, que les phénomènes de dégradation voient leur cinétique évoluer en fonction de la qualité du béton.

Prenons l’exemple du gaz carbonique qui migre par les pores du béton : on comprend que la perméabilité est une grandeur clé dans la vitesse du phénomène. Celui-ci pouvant être très fortement ralenti pour un béton de très faible perméabilité (un BHP par exemple). Il en est de même pour la diffusion des chlorures. Une quantité minimum de liant est aussi spécifiée. Dans le cas de la carbonatation, elle permet de fixer une quantité de chaux minimale nécessaire au maintien du pH élevé (voir paragraphe carbonatation). Pour le bâtiment où le risque principal est la carbonatation, une teneur en ciment de 265 kg/m3 de béton est par exemple imposée. Pour une structure à la mer la teneur peut aller jusqu’à 350 kg/m3.

Dans le cas d’ouvrages particuliers, il arrive fréquemment que le maître d’ouvrage définisse ses propres règles préventives, plus sévères que la norme EN 206. Cela peut aller de la nature du liant à des performances exceptionnelles requises.

Le choix de la nature du liant est fondé sur la connaissance, maintenant assez grande, de l’efficacité particulière de certains ciments face aux agressions diverses. Il est par exemple connu que les ciments au laitier de type CEM III, sont particulièrement résistants aux sulfates. Ce sont donc les ciments de prédilection des fondations.

L’approche désignée « approche performantielle » représente l’avenir pour obtenir une très grande longévité de la construction. Elle consiste à vérifier les propriétés du béton sans chercher à en imposer la formulation (ce qui permet l’innovation). Les critères sont divers. Ils peuvent être fondés sur un essai accéléré (diffusion des chlorures dans un échantillon de laboratoire), la mesure d’une grandeur qui décrit la microstructure (porosité) ou la cinétique des transferts (perméabilité). L’association française de génie civil (AFGC), qui a réalisé un important travail sur ce thème, a mis en pratique une méthode performantielle sur des ouvrages récents, comme par exemple le pont Vasco de Gama à Lisbonne. Les résultats importants, rapportés par l’AFGC et le laboratoire central des ponts et chaussées (LCPC), portent sur les bénéfices qu’apportent les bétons de hautes performances sur la durabilité des constructions. Leur faible perméabilité –la perméabilité à l’eau des BHP peut descendre en dessous de 9% contre plus de 15% pour les bétons ordinaires-, leur microstructure très fine sont des propriétés qui limitent les transferts des chlorures ou la carbonatation dans des proportions importantes. Leur faible fluage les destine également aux pièces précontraintes. La plupart des grands ponts français sont ainsi réalisés en BHP depuis les années 90. Les propriétés liées la durabilité étant encore améliorée pour les bétons fibrés ultra performants (BFUP), la longévité des ouvrages en BFUP devrait encore être plus grande dans le cas d’utilisation de fibres inoxydables ou synthétiques.


6.2 Ce qu’apporte la norme de conception (l’EN 1992)



Nous avons vu que le concepteur doit limiter l’ouverture des fissures dans le béton provoquées par les chargements. Il intervient sur un autre point important qui est l’enrobage du béton. Le béton d’enrobage étant la protection de l’armature, le concepteur est tenu, en fonction de la catégorie d’ouvrage, au respect d’un enrobage minimum. Si autrefois cet enrobage était une valeur forfaitaire, 2 à 3 cm pour les bâtiments, 4 à 5 cm pour les ponts, il fait maintenant l’objet d’un calcul plus savant décrit dans la norme EN 1992. L’enrobage nominal (Cnom) figurant sur les plans est la somme de l’enrobage minimal (Cmin) et d’un supplément dû aux erreurs d’exécution (ΔCdev), ce dernier étant généralement fixé à 10 mm :

Cnom=Cmin+ΔCdev

Cmin dépend de plusieurs paramètres mais est principalement fonction de la durabilité souhaité, donc de la catégorie d’ouvrage. Pour un bâtiment de durée de vie de 50 ans (catégorie 4) soumis au risque modéré de carbonatation, l’enrobage minimum, défini dans l’EN 1992-1, est par exemple de 15 mm. L’enrobage nominal sera alors de 15 + 10 = 25 mm. Pour un pont (durée de vie de 100 ans), soumis au risque lié aux chlorures des sels de déverglaçage, l’enrobage minimal peut atteindre 50 mm (valeur variable selon la fréquence de sallage), ce qui conduit à un enrobage nominal de 50 + 10 = 60 mm. Des conditions particulières permettent une légère réduction, comme par exemple un contrôle strict du respect de l’enrobage, ce qui permet de réduire ΔCdev.


6.3 Ce qu’apporte la norme d’exécution (l’ENV 13670)



Cette norme européenne est provisoire à la date de rédaction du document. Elle décrit les méthodes d’exécution à respecter et les contrôles permettant de ne pas annihiler les efforts de conception par des erreurs grossières de réalisation. Sans entrer dans les détails du document, nous signalons un point très important : le béton doit être protégé pendant la phase de durcissement au jeune âge pour éviter des fissurations précoces. La période pendant laquelle le risque existe est fonction de la rapidité de durcissement, donc de la formulation du béton, et des conditions climatiques. L’ENV définit les durées de cure des surfaces de béton en tenant compte de ces éléments. Les durées varient de 0,5 jour à plusieurs jours.

D’autres documents comme les documents techniques unifiées (le DTU 21 par exemple), ainsi que les fascicules requis pour les marchés publics de travaux (le fascicule 65 A du cahier des clauses techniques générales pour l’exécution des ouvrages en béton, béton armé et précontraint) regroupent la position française en matière d’exécution d’ouvrages. Ces documents contiennent des informations explicatives très précises et sont donc des outils très utiles.



BIBLIOGRAPHIE

La durabilité des bétons, bases scientifiques pour la formulation de bétons durables dans leur environnement, (2008) sous la direction de Jean Pierre Ollivier et Angélique Vichot, presses de l’école nationale des ponts et chaussées, Paris.

Conception des bétons pour une durée de vie donnée des ouvrages, (2004) Documents scientifiques et techniques, Association Française de Génie Civil.








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1 Esthétique des bétons
2 Choix des performances
4 Durabilité
5 Formulation des bétons
6 Normalisation européenne sur le béton


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