EVALUATION DE
LA DUREE DE VIE
DES OUVRAGES
GENIE CIVIL DES
ODIS
RESUME Ce rapport est le fruit dun travail de fin dtude,
pour lobtention du titre dingnieur dtat gnie
civil de lcole Hassania des Travaux Publics, labor
au sein de SOGEA-MAROC, en partenariat avec LPEE-
CASABLANCA, ayant pour objectif dtudier la dure
de vie des ouvrages gnie civil des ODIs, dont la
maitrise duvrage revient lOCP et la maitrise
duvre JESA.
1 |P a g e
Table des matires
1 Introduction : ................................................................................................................................... 8
2 Prsentation des projets et de leurs environnements : ................................................................ 10
2.1 Prsentation gnrale du projet ........................................................................................... 10
2.2 Classes dexpositions attribues ce projet : ....................................................................... 11
3 Phnomnes influant la durabilit des ouvrages tudis ............................................................. 12
3.1 Corrosion des armatures ....................................................................................................... 12
3.1.1 Les deux tapes de la corrosion : .................................................................................. 12
3.1.2 Mcanismes de la corrosion des armatures.................................................................. 13
3.1.3 Phnomnes inducteurs de la corrosion des armatures : ............................................. 15
3.2 Alcali-raction : ...................................................................................................................... 18
3.2.1 Raction alcali-carbonates : .......................................................................................... 19
3.2.2 Raction alcali-silice: ..................................................................................................... 19
3.2.3 Raction alcali-silicate : ................................................................................................. 20
3.3 Raction sulfatique interne : (formation dettringite diffre DEF) ..................................... 20
3.3.1 Gnralit sur la raction sulfatique interne : .............................................................. 20
3.3.2 Mcanisme dexpansion : .............................................................................................. 21
3.4 Raction sulfatique externe : ................................................................................................ 21
4 Etude de la conformit de la formulation du bton avec les aspects normatifs de durabilit : ... 24
4.1 Dosage en ciment, rapport E/C et classe de rsistance minimale : ...................................... 25
4.2 Vrification de la teneur maximale en ions chlorure : .......................................................... 25
4.3 Vrification vis--vis dun dveloppement dune alcali-raction : ........................................ 26
4.4 Prvention primaire de la raction sulfatique interne .......................................................... 28
5 Moyens et les conditions de mis-en place retenus permettant dassurer la durabilit des
ouvrages ................................................................................................................................................ 29
5.1 Prvention contre lattaque chimique .................................................................................. 29
5.2 Prvention contre lattaque sulfatique externe : .................................................................. 29
5.3 La cure ................................................................................................................................... 29
5.4 Vibrations du bton ............................................................................................................... 32
5.5 Coffrage ................................................................................................................................. 34
5.6 Joints ...................................................................................................................................... 35
6 Etude du risque du dveloppement dune raction sulfatique interne ........................................ 37
6.1 Dfinition du niveau de prvention ...................................................................................... 37
2 |P a g e
6.2 Calcul de Tmax ......................................................................................................................... 40
7 Approche performantielle ............................................................................................................. 40
7.1 Introduction gnrale ............................................................................................................ 40
7.2 Essais de performance ........................................................................................................... 42
7.2.1 Porosit accessible leau : NF P18-459 ....................................................................... 42
7.2.2 Coefficient de diffusion apparent : NT BUILD 492 ........................................................ 42
7.2.3 Permabilit accessible au gaz : Mthode AFREM........................................................ 43
7.3 Rcapitulation des rsultats .................................................................................................. 44
8 Calcul de la dure de vie de louvrage vis--vis de la corrosion des armatures: ........................... 47
8.1 Introduction la mthodologie : ........................................................................................... 47
8.2 Amorage de la corrosion : .................................................................................................... 48
8.2.1 Temps damorage de la corrosion, Ti :......................................................................... 48
8.2.2 Temps dinitiation la corrosion par carbonatation : .................................................... 49
8.3 Formation de la fissuration : ................................................................................................. 49
8.4 Temps de propagation de la fissuration : .............................................................................. 51
8.4.1 Calcul de la dure de service Tservice : ............................................................................. 52
8.4.2 Calcul du temps dclatement du bton denrobage Tclat ............................................ 53
8.5 Synthse des rsultats : ......................................................................................................... 53
8.5.1 Temps dinitiation de la corrosion : ............................................................................... 53
8.5.2 Dure de service de louvrage et le temps dclatement de son bton denrobage .... 55
9 Approche probabiliste : ................................................................................................................. 56
9.1 Dfinition de la mthodologie : ............................................................................................. 56
9.1.1 Thorie de fiabilit :....................................................................................................... 56
9.2 Modles prdictives de la dure de vie choisis pour notre ouvrage : .................................. 59
9.2.1 Dfinition des variables alatoires : .............................................................................. 60
9.3 Valeurs limites retenus par les aspects normatives : ............................................................ 61
9.4 Rcapitulation des rsultats obtenus : .................................................................................. 62
9.4.1 Vis--vis de la corrosion des armatures par pntration dions chlorure: .................... 62
9.4.2 Vis--vis de la corrosion des armatures par carbonatation : ........................................ 66
10 Conclusions et recommandations : ............................................................................................... 70
10.1 Conclusions : .......................................................................................................................... 70
10.2 Recommandations : ............................................................................................................... 70
3 |P a g e
Liste des figures
Figure 2-1 : vue en plan dun site ODI .................................................................................................. 10
Figure 2-2 : hall de stockage .................................................................................................................. 11
Figure 3-1:dgradations par la corrosion des armatures ...................................................................... 12
Figure 3-2:diagramme de Tutti .............................................................................................................. 12
Figure 3-3: diagramme de Pourbaix du couple Fe/H2O ........................................................................ 14
Figure 3-4:mcanisme de corrosion des armatures .............................................................................. 15
Figure 3-5: mcanisme de la carbonatation .......................................................................................... 16
Figure 3-6:mcanisme de la corrosion des armatures par penetration d'ions chlorures .................... 18
Figure 3-7:augmentation de volume des produits d'oxydation de fer ................................................. 18
Figure 3-8:exemple de dgradation cause par la raction sulfatique interne .................................... 21
Figure 3-9:Schma simplifi des processus de dtrioration du bton intervenant lors des attaques
sulfatiques ............................................................................................................................................. 23
Figure 4-1:schma des tapes prendre pour accepter une formulation liminant le risque de
dveloppement d'une alcali-raction ................................................................................................... 28
Figure 5-1:determination de la vitesse d'vaporation en fonction de la temprature de l'air,
l'humidit relative, la temprature du bton et la vitesse du vent ...................................................... 30
Figure 5-2:dlai minimal de cure ........................................................................................................... 32
Figure 5-3:diffrence visuel en un bton vibr et un bton non-vibr ................................................. 32
Figure 5-4:vibrateur externe ................................................................................................................. 33
Figure 5-5:vibrateur de coffrage ........................................................................................................... 33
Figure 5-6:vibrateur surfacique ............................................................................................................. 34
Figure 6-1:Catgorie de l'ouvrage, issue du [Guide, 2004] ................................................................... 37
Figure 6-2:les classes d'expositions vis--vis de la raction sulfatique interne .................................... 38
Figure 6-3:Le niveau de prvention contre la raction sulfatique interne en fonction de la classe
d'exposition attribue contre ce phnomne, et de la catgorie de l'ouvrage .................................... 38
Figure 8-1:exemple de donnes mtorologique d'ELJADIDA .............................................................. 46
Figure 9-1:reprsentation des tapes de performance d'un lment en bton arm ......................... 47
Figure 9-2:reprsentation de la pression uniformment rpartie autour de la barre d'acier .............. 50
Figure 9-3:reprsentation schmatique de la propagation de l'ouverture de la fissure due la
croissance de la rouille .......................................................................................................................... 51
Figure 10-1:schma illustratif de la surface de l'tat limite, le domaine de dfaillance et le domaine
de scurit ............................................................................................................................................. 57
Figure 10-2: schma illustratif de la diffrence entre l'approche de la surface de l'tat limite par les
mthodes, FORM et SORM ................................................................................................................... 59
Figure 10-3:diagramme dvolution de l'indice de fiabilit en fonction du temps du bton F3 .......... 62
Figure 10-4:diagramme dvolution de l'indice de fiabilit en fonction du temps des btons F4 et F5,
par risque de corrosion par pntration d'ions chlorures .................................................................... 63
Figure 10-5:diagramme de lvolution de l'indice de fiabilit en fonction du temps du bton F6, pour
risque de corrosion par pntration d'ions chlorure ............................................................................ 64
Figure 10-6:diagramme de l'volution de l'indice de fiabilit en fonction du temps pour le bton F7,
pour le risque de corrosion par pntration d'ions chlorure ................................................................ 65
4 |P a g e
Liste des tableaux
Tableau 4-1:rcapitulatif des formulations ........................................................................................... 24
Tableau 4-2:conformit du rapport E/C, classe de rsistance, et dosage en ciment pour les
formulations avec la norme206-1 ........................................................................................................ 25
Tableau 4-3: Les teneurs en chlorures dans les btons ........................................................................ 26
Tableau 4-4:niveau de prvention contre l'alcali-raction, en fonction du niveau d'exigence et du type
d'environnement ................................................................................................................................... 27
Tableau 4-5:la teneur en alcalins quivalents dans les ciments utiliss ............................................... 29
Tableau 6-1:rcapitulatif des tempratures maximales au cur du bton pour les diffrentes
formulations .......................................................................................................................................... 40
Tableau 8-1:les tensions et les dures du test appliquer ................................................................... 43
Tableau 8-2:rcapitulatif des rsultats d'essais sur les diffrentes formulations de bton ................. 44
Tableau 8-3:les valeurs limites, pour les diffrents niveaux d'exigences ............................................. 45
Tableau 9-1:temps estim pour l'initiation de la corrosion par carbonatation du bton d'enrobage . 53
Tableau 9-2:temps estim de l'initiation de la corrosion par pntration d'ions chlorures ................. 54
Tableau 9-3:temps estim pour l'initiation de la corrosion des armatures .......................................... 54
Tableau 9-4: Tableau rcapitulatif de la dure de service des ouvrages par rapport leurs btons et
les armatures du premier lit .................................................................................................................. 55
Tableau 10-1:tableau rcapitulatif des densits de probabilits attribues au diffrentes classes de
bton ..................................................................................................................................................... 61
Tableau 10-2:Indice de fiabilit en fonction du temps du bton F3, pour le risque de corrosion par
pntration d'ions chlorure................................................................................................................... 62
Tableau 10-3:indice de fiabilit l'ELS des btons F4 etF5, pour le risque de corrosion par pntration
dions chlorure ....................................................................................................................................... 63
Tableau 10-4:Tableau rcapitulatif de l'indice de fiabilit en fonction du temps du bton F6, pour le
risque de corrosion par pntration d'ions chlorures........................................................................... 64
Tableau 10-5:tableau rcapitulatif de l'indice de fiabilit en fonction du temps pour le bton F7 pour
le risque de corrosion par pntration d'ions chlorures ....................................................................... 65
5 |P a g e
A ceux qui mont vu grandir,
et ceux que je vois grandir
6 |P a g e
Remerciement
Je voudrais remercier dabord Monsieur EL Othmani, directeur du CTR-CASABLANCA-LPEE,
Monsieur Marchyllie, directeur gnral de SOGEA-MAROC ainsi que monsieur BAKHTI Mimoun de
mavoir honor et accord un stage de fin dtude au sein de leurs organismes.
Je tiens galement remercier Monsieur BERADA Noureddine, directeur dexploitation gnie civil
SOGEA-MAROC et Monsieur Abdelhafid FARHAT, directeur travaux des chantiers des ODIs, pour
laccueil chaleureux quils mont ddi et pour lintrt quils ont port mon sujet et mon travail. Jai
normment de gratitude lgard de Monsieur Farhat, qui na fourni defforts pour que mon travail,
au sein des chantiers quil dirige, soit le plus confortable possible.
Ma reconnaissance sadresse Monsieur Errouaiti Simohammed, directeur du CSTC-LPEE,
pour ses conseils pertinents, son omniprsence durant toute ma formation, son sens de lcoute et ses
qualits humaines qui font de lui mon idole, sur le plan technique, managrial et personnel.
Quant Monsieur Ait Al Aal, directeur du CEGT-LPEE, les mots semblent faire dfauts lorsque
je veux exprimer ma gratitude envers lui. On nen verra pas une personne dont la quantit de travail
est si infini, lagenda est aussi charg, et portant il nen est pas de plus disponible, abordable, gnreux
de son savoir comme de son temps, ne mnageant ni sa gentillesse ni ses efforts. Je lui dois plus que
beaucoup.
Pour mon encadrant lcole, Monsieur khaled Lahlou, il est difficile dexprimer ma
reconnaissance envers lui. Il noffre aucune raison de se plaindre. Sans son encadrement bien reconnu
defficace, je naurai pas avanc un pas dans ce sujet. Monsieur Lahlou est disponible autant
quaimable, savant autant quinvesti. Les mots nexprimeront guerre ma reconnaissance envers lui.
Jadresse mes remerciements les plus distingus Monsieur Fahd Elhssini, lingnieur qualit
SOGEA-MAROC, qui se chargeait de mon encadrement quotidien au sein de lentreprise. Jai
beaucoup appris ses cts, en termes de rigueur, de culture scientifique et du chantier. Son sens de
la communication, de lhumour et de la pdagogie sont lous par tous ceux qui ont eu loccasion den
profiter, et jen fais partie. Je souhaite pouvoir dire quil a fait cole.
Ma gratitude sadresse galement Monsieur Laghmam, mon encadrant au CTR-CASABLANCA
LPEE, dont la bonne rputation a une trs longueur davance sur lui. La confiance qui a donn mon
travail doit tre loue, les conseils quil ma attribus doivent tre chaleureusement remercis, et les
explications scientifiques rigoureuses doivent tre reconnues. Je vous remercie de tout mon cur.
Je tiens remercier galement Monsieur Boujad, un ingnieur au CEMGI-LPEE pour les
conseils quil ma attribus et le temps quil ma rserv.
Mes remerciements sadressent galement Mr Erik Costandyan, un docteur chercheur en
fiabilit des structures, pour son aide concernant lapproche probabiliste et les conseils prcieuses
quil ma donns.
Je remercie spcialement Abdelilah Lachkar, un technicien au sein du service qualit, Hicham
Lamraichi et Mustapha Sebri, les responsables du laboratoire du CTR Jorf Lasfar, Moueqqit
7 |P a g e
Mohammed, un chef chantier dans le mme site, Maxence Caquant et Soufiane Miry, deux
conducteurs travaux, pour leurs aides au quotidien, leur sens dhumour et leur contribution norme
pour que mon travail de fin dtudes connaisse le jour.
Je garderai un souvenir enjou de ma priode de stage dans les chantiers des ODIs et au Quai
1 du port de Jorf Lasfar. Mes remerciements sadressent toutes les personnes qui contribuent au bon
fonctionnement et lambiance chaleureuse quil rgne dans ses lieux. Je ne peux les nommer tous,
mais ceux vers qui se portent mes lans daffection se reconnaitront bien.
Certains de ceux que je veux remercier ne sont ni des collgues ni des encadrants. Ils sont des
amis. Ceux qui ont support mes mauvaises humeurs, mon caractre difficile, et qui ont rest mes
cts lors de mes russites ainsi que mes checs. Ce sont les compagnons du meilleur et du pire
instants. Bendaoudi, Salah, Moutassir, Salah-eddine, Redouane, Youssef.
Je tiens remercier chaleureusement et sincrement ma tante Samira, mon oncle
Simohammed, et leurs enfants, pour les accueils chaleureux quils me rservaient, et leur soutien et
souci permanent quils me ddiaient.
Je dois des remerciements plus particuliers mes familles AGGAD et SADNI, dont le soutien
moral quils maccordaient ma t dun trs prcieux secours.
A mes parents enfin, Je leur dois tout ce que je suis aujourdhui. Je ne pourrais jamais leur
rendre ce quils mont apport
8 |P a g e
1 Introduction :
Le bton est aujourdhui le matriau de construction le plus utilis dans le monde. La
simplicit de sa fabrication et de sa mise en place, son faible prix de revient et les performances
mcaniques et de durabilit quil assure ont lgitim son utilisation pour raliser les ouvrages
les plus divers, notamment des btiments, des immeubles dhabitation, des ponts, des routes,
des barrages, des centrales thermiques et nuclaires, etc. Dabord employ en complment ou
en substitution de la pierre, le matriau a connu un rel essor dans son association avec lacier
dans le bton arm. La complmentarit, la fois mcanique et chimique, entre ces deux
matriaux, a permis de construire de faon conomique et fiable les ouvrages ncessaires
toutes les activits humaines.
Cependant, comme tout matriau, le bton vieillit. Il volue avec le temps et finit par se
dgrader.
Les besoins des hommes voluent eux aussi avec le temps. Des btiments ou des
quipements construits il y a seulement quelques dizaines dannes peuvent ne plus tre adapts
aux besoins actuels et aujourdhui dmolis. Mais certains ponts construits il y a plusieurs sicles
sont encore trs emprunts.
Toutefois, ce travail de fin dtude est labor pour estimer la dure de vie des ouvrages
gnie civil construits par SOGEA-MAROC dans les sites des ODI Jorf-Lasfer. Pour cela, une
compagne exprimentale a t mene en collaboration avec CTR (Centre Technique Rgional
de Casablanca) et CEGT (Centre dEtude des Grands Travaux).
Dans un premier temps, on prsentera le projet ainsi que les classes dexpositions qui
lui ont t attribu par le maitre duvre. Ensuite on procdera une tude bibliographique sur
les phnomnes qui influent la durabilit des structures dans notre cas.
Dans la deuxime partie de ce travail, On commencera par ltude de la conformit des
formulations des btons avec les spcifications normatives et les recommandations afin
dassurer leur durabilit. On passera ensuite aux techniques de mis-en-uvre retenues assurant
la durabilit de nos ouvrages. Par la suite, une tude de risque de dveloppement dune raction
9 |P a g e
sulfatique interne a t labore. Une tude estimative de la dure de vie vis--vis de lattaque
des sulfates a t mene.
Dans la troisime partie, on tudiera la durabilit du bton par le biais dune approche
performantielle ; dabord, on choisira nos indicateurs de durabilits, et on mne une compagne
dessais sur nos btons. Pour dterminer lintervalle de temps dans lequel est lge de notre
structure, par le biais du guide [AFGC, 2004]. Puis, on passera un niveau plus suprieur de
ltude ; on fait intervenir des modlisations mathmatiques permettant destimer le temps
dinitiation de la corrosion des armatures, puisque tous les autres risques ont t limin, que
ce soit dans la phase de ltude de la formulation de bton, dans la phase de lexcution ou
indpendamment (cas des ractions sulfatiques, interne et externe). Ltude ne sarrtera pas
l ; on mnera par la suite une tude du temps de louverture de fissuration et de ltat limite de
service de louvrage.
Enfin, on passera ltude la plus sophistiqu ; une approche probabiliste de la durabilit
de louvrage, par des modlisations des incertitudes lies aux diffrentes donnes, par des
variables alatoires et par le biais de la mthode de fiabilit des structures.
La dernire partie de ce travail est consacre une conclusion gnrale et des
recommandations, comme retour dexprience, sur lesquelles SOGEA-MAROC peut sappuyer
pour assurer, et la qualit de construction, et la durabilit des ouvrages.
10 |P a g e
2 Prsentation des projets et de leurs environnements :
2.1 Prsentation gnrale du projet
Le projet, nomm package 2, consiste en une ralisation gnie civil des deux units de
production dengrais phosphats, pour le compte de lOCP (Office Chrifien de Phosphate) et
sous la maitrise duvre de JESA (Jacobs engineering SA).
Chiffres cls :
Chiffre daffaire : 900 M Dhs HT
Bton : 185 000 m
Acier : 20 000 TN
Excavation : 330 000 m
Remblais : 200 000 m
Nombre dheure : 3,2MHeures
Le projet comporte diffrentes zones rcapituls dans la figure 2-1.
Figure 2-1 : vue en plan dun site ODI
Zone PAP (Phosphoroc acid plant :batiments industriels
Zone DAP (Phosphate diammonique ) : batiments industriels
Zone OSBL (Outside Battery Limit =Btiment support):
11 |P a g e
2.2 Classes dexpositions attribues ce projet :
La norme 206-1 dfinit 18 classes dexpositions regroupes par risque de corrosion (XS
, XC, XD) et dattaques, (XF et XA) (voir annexe 1 )
Dans notre cas, le maitre douvrage a attribu aux zones PAP et DAP une classe
dexposition XC1 (dfinie comme tant la classe dexposition XCA1 dans la norme marocaine
NM 10.1.008), risque de corrosion par carbonatation. Pour la zone OSBL, la classe dexposition
XA1 (risque dattaque chimique) lui a t attribue.
Figure 2-2 : hall de stockage
12 |P a g e
3 Phnomnes influant la durabilit des ouvrages tudis
3.1 Corrosion des armatures
Lacier et le bton forment un couple complmentaire dans lequel lacier renforce les
caractristiques mcaniques du bton en traction et le bton protge physiquement et
chimiquement lacier de la corrosion. Lhydratation du ciment produit une solution interstitielle
basique de pH lev qui confre une protection chimique aux armatures noyes dans le bton.
Cependant, la pntration dagents agressifs conduit des dsordres dans le bton denrobage
protecteur de lacier, provoquant ainsi une corrosion lectrochimique darmature conduisant
des fissurations, clatement etc. la figure2-1 illustre quelques dgradations causes par la
corrosion des armatures.
Figure 3-1:dgradations par la corrosion des armatures
3.1.1 Les deux tapes de la corrosion :
En termes de cintique, la corrosion se manifeste suivant deux processus successifs schmatiss
dans la figure 3-2, par le diagramme de Tutti :
Figure 3-2:diagramme de Tutti
13 |P a g e
Une priode damorage(I), dite aussi priode dormante, dincubation ou dinitiation,
durant laquelle la stabilit du systme constitu par larmature mtallique noye dans la
matrice cimentaire du bton dcrot progressivement et durant laquelle se crent les
conditions favorables au dveloppement de la corrosion. Cette tape peut tre
provoque, soit par carbonatation du bton denrobage, soit par pntration des ions
chlorures.
une priode de propagation(II) durant laquelle on observe, en premier lieu, la formation
de produits issus de la corrosion de larmature. La corrosion, tant un phnomne
lectrochimique, comme on le verra plus loin, conduit la formation doxydes et
dhydroxydes ferreux de volumes suprieurs celui de lacier sain( voir plus
loin,Figure3.7). Ces produits entranent des contraintes qui peuvent provoquer une
fissuration parallle la direction des aciers corrods ainsi quune diminution de
ladhrence acier/bton. De plus, on remarquera par la suite lclatement du bton
denrobage.
Les dsordres crs nuisent laspect esthtique des ouvrages. En plus, ils contribuent
laffaiblissement des capacits portantes des structures et diminuer la section darmatures et
ladhrence acier/bton.
La corrosion est reconnue comme tant homogne, dans le cas de la carbonatation, ou par
piqres (profondes) dans le cas dune attaque par les chlorures lorsque la concentration en
chlorures dans le bton dpasse un seuil critique . On notera quune corrosion homogne
peut galement tre cause par une attaque dions chlorure, lorsque cette dernire est accrue.
3.1.2 Mcanismes de la corrosion des armatures
Pour mieux comprendre le phnomne de la corrosion, on commencera par expliquer le
milieu du bton dans lequel se trouve les armatures.
Lors des premiers instants du gchage du bton base de ciment portland, on peut
mesurer un pH trs basique de lordre de 13,5 14 dans le liquide interstitiel. Un des produit
de lhydratation est la portlandite Ca(OH)2, prsent sous forme de cristaux lgrement solubles.
Elle ragit avec les sulfates alcalins, toujours prsents en quantit mineure dans le ciment, pour
donner les hydroxydes correspondants :
Ca(OH)2 + K2SO4 CaSO4 + 2 KOH
Ca(OH)2 + Na2SO4 CaSO4 + 2 NaOH
La prsence dune grande quantit de OH-, provenant des bases alcalines et de la chaux, est la
cause dun PH lev du bton. En effet, la solution interstitielle senrichit progressivement en
bases alcalines NaOH et surtout KOH, alors que la concentration en chaux dcrot et devient
ngligeable long terme.
14 |P a g e
Grace cette forte valeur de PH, une couche de rouille mince, dpaisseur entre 10-3 et 10-1 m
se forme sur lacier le protgeant de la corrosion. On dit que lacier est passiv.
La figure suivante, diagramme de Pourbaix du systme Fe-H2O, montre les diffrents tats
dquilibre en fonction du PH.
Figure 3-3: diagramme de Pourbaix du couple Fe/H2O
La corrosion est un phnomne lectrochimique qui ncessite la prsence de :
un oxydant et un rducteur :
un lectrolyte : la solution interstitielle du bton
conducteur lectrique pour crer un chemin de transport dlectrons : Lacier
De l, on sous-entend deux ractions doxydo-rductions se produisent :
Une raction anodique : doxydation du mtal
Fe Fen+ + ne
Une raction cathodique : de rduction dun oxydant prsent dans la solution
interstitielle .Deux cas se manifestent :
En absence doxygne :
2H2O + 2e 2OH- + H2
15 |P a g e
2H3O+ + 2e 2H2O + H2
En prsence doxygnes :
O2 + 2H2O +4e 4OH-
Ou
O2 + 4H3O+ + 4e 6H2O
Ces ractions principales doxydorduction sont suivies des ractions secondaires de formation
des produits de corrosion la surface du mtal:
Fen+ + nOH Fe(OH)n
2 Fe(OH)n FexOy + H2O
La figure 3-4 schmatise le phnomne de corrosion darmature dans le bton
Figure 3-4:mcanisme de corrosion des armatures
3.1.3 Phnomnes inducteurs de la corrosion des armatures :
La corrosion des armatures dans le bton est induite par deux phnomnes :
La carbonatation du bton par pntration du dioxyde de carbone au bton.
Pntration des ions chlorure.
3.1.3.1 Carbonatation du bton :
Dans ce cas, La dpassivation des armatures se fait ds que la profondeur de carbonatation
atteigne lpaisseur de lenrobage. En effet, aprs pntration du dioxyde de carbone gazeux
travers les pores ou par les fissurations dans le bton, une succession de ractions chimiques
gnre la carbonatation :
16 |P a g e
Dissolution de CO2 dans leau :
CO2 + H2OH2CO3
H2CO3+ H2O HCO3 + H3O+
HCO3 + H2O CO32 + H3O+
Raction de lacide carbonate avec la portlandite, aprs sa dissolution:
H2CO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + 2H2O
La consommation de la portlandite, et la libration de H3O+ abaisse le PH jusqu des valeurs
voisines de 9, ce qui dplace la stabilit de lacier et impose sa dpassivation selon le diagramme
de Pourbaix.
La figure 3-5 illustre le mcanisme de carbonatation de la portlandite.
Figure 3-5: mcanisme de la carbonatation
En outre, les bases alcalines, prsents dans le bton, peuvent se carbonater :
H2CO3 + 2KOH K2CO3 + 2H2O
H2CO3 + 2NaOH Na2CO3 + 2H2O
17 |P a g e
La carbonatation des bases alcalines augmente la solubilit de la chaux qui peut alors se
carbonater en plus grande quantit :
K2CO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + 2KOH
Na2CO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + 2NaOH
Et donc, on aura davantage de la consommation de la portlandite et un abaissement donc du
PH.
3.1.3.2 Pntration des ions chlorure :
Les ions chlorures sont un facteur important dans la dgradation des armatures du bton ;
Ils pntrent dans le bton denrobage, atteignent les armatures et ensuite amorcent la corrosion
aprs le dpassement dune concentration critique. Cette dernire est dfinie par le guide de
lAFGC [AFGC, 2004] sur la durabilit du bton par une valeur critique de [CL-]/[OH-] >0,6.
Dailleurs, ce rsultat conduit une concentration critique de 0,4% de la masse du ciment.
La prsence dune phase liquide dans le bton est importante pour la pntration des
ions chlorure. En milieu satur ou partiellement satur, mais avec interaction de la phase liquide
du bton poreux, les ions chlorure pntrent dans le bton par diffusion. Cette dernire rsulte
de lagitation alatoire des ions soumis des gradients de concentrations (entre la surface
contenant des chlorures et le cur du bton qui en est exempt). Lorsque la structure en bton
est soumise des cycles dhumidification/schage (zone de marnage, exposition aux embruns
ou aux sels de dverglaage), les chlorures peuvent pntrer dans le bton par absorption
capillaire et migrer avec la phase liquide par convection au sein de la zone concerne par les
cycles. Les chlorures migrent ensuite par diffusion dans les zones satures.
Les ions chlorures, qui pntrent dans le bton denrobage, narrivent pas tous
destination des armatures ; une parties des ions chlorures interagissent avec la matrice
cimentire : ils peuvent sadsorber par les C-S-H ou ragir chimiquement avec la pte du ciment
pour donner de nouveaux produits (principalement la chloroaluminates de calcium). Ils sont
appels chlorures fixes ou lies. Les ions chlorures qui continuent leurs parcours sont
nommes chlorures libres(Cb). Leur somme est nomme chlorures totaux(Ct).
Ct=Cb+ C
La corrosion induite par les ions chlorures est diffrente de celle provoque par la
carbonatation ; Elle nest pas gnralise, mais elle est locale sous forme de piqure.
La prsence des ions chlorure, en une concentration suffisante (concentration critique),
provoque la dissolution de la couche passive et une migration de celle-ci. On retient le
rcapitulatif des ractions chimiques.
Fe + 3 Cl FeCl3 + 2e
FeCl3 + 2 OHFe(OH)2 + 3 Cl
18 |P a g e
Les lectrons librs par la raction doxydation se dplacent travers le mtal
jusquaux sites cathodiques. Selon les ractions ci-dessus, le processus conduit une diminution
du pH par consommation de OH- et un recyclage des ions chlorure. La figure3-6 illustre ce
phnomne.
Figure 3-6:mcanisme de la corrosion des armatures par penetration d'ions chlorures
Les produits de corrosion diffrent, mais ils ont tous un volume suprieur de lacier de
base(figure3-7) , ce qui entraine une surpression sur le bton jusqu cration de fissures et
clatement du bton denrobage par la suite.
Figure 3-7:augmentation de volume des produits d'oxydation de fer
3.2 Alcali-raction :
Nomme galement la raction alcali-granulat(RAG), lalcali-raction dsigne un
ensemble de ractions chimiques internes au bton impliquant certains types de granulats
renfermant des espces minrales qui peuvent se rvler comme potentiellement ractives au
19 |P a g e
contact de solutions riches en oxydes alcalinsNa2O et/ou K2O. Ces oxydes alcalins peuvent
tre dorigine interne (ciment, additions minrales, granulats, adjuvants, eau de gchage) ou
externe (sels de dverglace, par exemple). Ils se retrouvent dissous dans la solution interstitielle
du bton. La raction alcali granulat gnre ainsi des gonflements nuisibles ltat de service
de louvrage.
On distingue trois types dalcali ractions :
La raction alcali-carbonate :
La raction alcali-silicate :
La raction alcali-silice :
3.2.1 Raction alcali-carbonates :
Contrairement aux autres formes dalcali-ractions, aucune expansion cause par cette
raction na t rvle au Maroc ou en France. Nanmoins, On a constat des dgradations
causes par lalcali-carbonate dans des zones hivernales rigoureuses dans les tats unis et au
Canada.
Cette raction correspond la dedolomisation de calcaire dolomique qui renferme des
impurets phylitteuses.
La ddolomitisation correspond la raction suivante :
(Ca, Mg) (CO3)2 + 2 NaOH (aq.) Mg (OH)2 + CaCO3 + Na2CO3 (aq.) (1)
La solution alcaline est rgnre en permanence :
Na2CO3 (aq.) + Ca(OH)2 2NaOH + CaCO3 (2)
3.2.2 Raction alcali-silice:
Certains granulats siliceux, lorsquils sont constitus de silice amorphe, mal cristallise
ou microcristalline (par exemple des verres, de lopale, de la calcdoine) sont attaqus par la
solution interstitielle qui occupe les pores du bton. La silice libre ragit ensuite avec les
alcalins Na+, K+ de cette solution interstitielle et lon observe finalement, lapparition de gels
silico-alcalins sils renferment Si, Na (et ou K) ou calco-silico-alcalins sils contiennent, en
plus, du calcium. Ces gels sont qualifis de gonflants mais il sagit l dune simplification
abusive : en effet, lon constate que des phnomnes de gonflement se produisent dans le bton
et quils y provoquent des dsordres, mais les mcanismes invoqus pour expliquer ces
gonflements sont encore controverss.
Jusqu linstant, on admet, selon la modlisation de Coussy et la schmatisation de
Hornain, que le processus de dgradations se fait de la manire suivante :
1. diffusion des ions OH-, Na+ et K+ dans le rseau siliceux du granulat ;
2. pseudomorphose du granulat par un gel trs visqueux, poreux ;
3. gonflement de cette rgion suivant un mcanisme de gonflement de corps poreux et
dbut de microfissuration ;
4. dissolution de la silice et formation dun sol silico-alcalin ;
5. glification de ce sol au contact des ions Ca++ apports par la portlandite :
6. dissipation du gel visqueux dans la pte de ciment et propagation de microfissures
sous laction des pousses engendres par ce gel.
20 |P a g e
3.2.3 Raction alcali-silicate :
La diffrence essentielle avec la raction alcali-silice rside dans le fait que les granulats
ractifs ne sont pas forms de silice libre mais sont des silicates varis (phyllo-silicates, tecto-
silicates, sains ou altrs). En ce qui concerne les produits de la raction, on admet quils sont
voisins de ceux apparus dans la raction alcali-silice; des tudes plus anciennes signalaient que
lon nobserve pas la production de gels siliceux.
3.3 Raction sulfatique interne : (formation dettringite diffre DEF)
3.3.1 Gnralit sur la raction sulfatique interne :
Le guide de durabilit [Guide,2007], distingue trois types dettringites :
La premire forme correspond lettringite de formation primaire, un produit normal
dhydratation, qui rsulte de la raction de laluminate tricalcique C3A avec le rgulateur
de prise au cours de la prise du bton (gypse, hmihydrate, anhydrite) et qui est un
produit normal de lhydratation des ciments.
La deuxime forme correspond lettringite de formation secondaire rsultant soit de
laction directe de sulfates externes et pouvant gnrer de lexpansion, soit de la
dissolution et recristallisation dettringite primaire ou dautres formes prexistantes. Il
sagit, dans ce dernier cas, dettringite pouvant accompagner des phnomnes
dexpansion, mais nen tant pas lorigine.
La troisime forme correspond lettringite de formation diffre : cette forme
dettringite dont les conditions de formation sont trs spcifiques, doit tre distingue
des deux prcdentes.
Cest une raction sulfatique interne, qui se provoque dans le bton durci, sans apport de
sulfates externes, se manifestant par une lvation de temprature denviron 65C, cause soit
par un traitement thermique inadapt, soit par une exothermie naturelle de la raction
dhydratation.
Les dgradations du bton par la RSI ne se manifestent quaprs plusieurs annes, lorsque
louvrage atteint est soumis un environnement humide ; Elles se manifestent par un rseaux
de fissures multidimensionnelles, gnralement situes dans les parties massives des ouvrages.
Louverture de ces fissures peut varier de quelques diximes de millimtres quelques
millimtres. La figure 3-8 illustre le rseau de fissures dans un pile de pont atteint de la raction
sulfatique interne.
21 |P a g e
Figure 3-8:exemple de dgradation cause par la raction sulfatique interne
3.3.2 Mcanisme dexpansion :
La DEF est une raction endogne trs complexe. Plusieurs auteurs ont labor des
scnarios concernant la nature du mcanisme de gonflement et le dtail de son enchanement.
Mme si chaque approche a eu tour tour ses dfenseurs et ses dtracteurs, lensemble des
rsultats accumuls jusqu maintenant reste un acquis important pour la connaissance de ce
type de raction.
Les mcanismes exacts par lesquels la formation dettringite peut gnrer des pressions
au sein du bton ne font donc pas encore lunanimit. On retrouve dans la littrature, quatre
mcanismes qui ont t proposs pour expliquer le gonflement induit par la formation
dettringite, mais les deux suivantes restent les plus cites :
- un gonflement par lexpansion uniforme de lettringite [TAYLOR, 1993],
- un gonflement par la croissance cristalline de lettringite [DIAMOND, 1996].
3.4 Raction sulfatique externe :
Les phnomnes lorigine de lattaque sulfatique ne sont pas parfaitement bien connus
ni matriss.
Lattaque sulfatique est associe la prcipitation de produits sulfats secondaires, dune
expansion importante et de la dtrioration chimio-mcanique (modifications des proprits de
transport de la porosit, fissures, perte de rsistance et de cohsion,). Ceci peut conduire la
ruine du matriau cimentaire, plus ou moins long terme en fonction de lattaque (nature, teneur
et concentration des sulfates au contact) et du ciment utilis (type et rapport eau/Ciment).
22 |P a g e
Les mcanismes fondamentaux daltration des btons par ractions chimiques, ainsi que leurs
effet sont t reprsents par la figure ci-dessous daide dun schma propos par [Mehta]. Ce
schma a t simplifi par [Planel,2002] pour se focaliser sur lattaque sulfatique. Deux
ractions y figurent, lhydrolyse des hydrates de la pte de ciment durci et les ractions
entranant la formation des produits expansifs (associs lAttaque au Sulfate de Sodium :
ASSO). Nanmoins, les consquences macroscopiques sont dordre mcanique : chute de
rsistance et de rigidit, fissuration et dformation du matriau et dordre physico-chimique :
perte de rsistance, modification de la porosit et des proprits de transport et formation dun
hydrate expansif.
Lattaque sulfatique externe se produit lorsquun matriau cimentaire se trouve en contact
direct avec une source de sulfate, comme dans les sols, les eaux souterraines, les eaux
dinfiltration, les pluies acides (acide sulfurique) lies la pollution industrielle atmosphrique.
Elle peut tre dcrite selon trois processus permettant dvaluer lagression :
Le transfert dans le milieu poreux des ions sulfates qui est contrl par la permabilit
et la diffusivit des matriaux,
Les ractions chimiques entre les composants de la pte de ciment, qui dpendent du
ciment utilis, et de lapport en ions SO42-,
Le phnomne dexpansion, rsultant de la cristallisation de nouveaux hydrates
La quantit de sulfates pouvant intervenir dans les ractions dpend de chaque source considre :
lieu, quantit, type
23 |P a g e
Figure 3-9:Schma simplifi des processus de dtrioration du bton intervenant lors des attaques sulfatiques
Lintensit du mcanisme de lexpansion sulfatique va dpendre :
De la qualit du bton savoir la composition du ciment, le mode de fabrication, la cure,
ltat dendommagement du bton avant lattaque ;
De lexposition sur le site savoir la concentration en SO42- et sa distribution dans le
sol, lhumidit, les opportunits de transport ;
Des conditions environnementales et atmosphriques savoir les changements
dhumidit, la frquence des intempries, la temprature, la surface expose.
24 |P a g e
4 Etude de la conformit de la formulation du bton avec
les aspects normatifs de durabilit :
Lassurance de la durabilit dun ouvrage en bton arm passe essentiellement par la phase
de formulation de bton. On tudiera dans cette partie du travail, la prise en compte des critres
de durabilit lors de la formulation du bton.
Les recommandations primaires sont celles exigs par la Norme europenne 206-1, ou son
quivalent au Maroc NM 10.1.008. Les recommandations officielles, du laboratoire central des
ponts et chausses (LCPC), et du RILEM sont aussi des critres de base.
On commencera dabord par rappeler les formulations des btons utiliss dans les sites
des ODIs. Pour cela, on attribuera les notations F1,F2, F7 pour nos btons :
F1: BHN C16/20 CPJ 55 D25 S2 XC0 CL 0,40
F2: BPS C20/25 CPJ55 D25 S2 XC0 CL 0,40
F3: BPS C25/30 CPJ55 D25 S2 XCA1 CL 0,4
F4: BPS C30/37 CPJ55 D25 S2 XCA1 CL0,4
F5: BAP C30/37 CPJ55 D15 F6 XCA1 CL 0,4
F6: BPS C35/45 CPJ55 D25 S2 XM1 CL 0,4
F7: Ultra acceler BPS C35/45 CPJ55 D25 S2 XM1 CL 0,4
Le tableau suivant rcapitule les formulations des btons utilises :
Tableau 4-1:rcapitulatif des formulations
F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7
Sable 370 380 345 370 390 370 370
SC-AOC 550 450 550 530 547 530 520
GI-gravel 440 490 570 540 830 525 560
GII-gravel 600 615 500 410 0 435 440
CPJ55
lafarge BSK 220 270 310 370 440 400 380
EAU TOTALE 180 175 170 187 195 180 170
CER 0,88 1,08 - 1,48 - - -
C20 - - - - - - 3,8
OPTIMA 206 - - - - 11,8 - -
CHRYSLO
XEL 650 - - - - - - 7,6
FLU40 - - 4,65 - - 4,8 -
25 |P a g e
4.1 Dosage en ciment, rapport E/C et classe de rsistance minimale :
Afin de prserver le bton des dsordres dordres internes et des agressions du milieu
extrieur, la norme 206-1 impose des recommandations sur le rapport E/C, la classe de
rsistance et le dosage minimal en ciment. Ces spcifications sont rsums dans le tableau de
lannexe I.
Le tableau suivant rcapitule les donnes :
Tableau 4-2:conformit du rapport E/C, classe de rsistance, et dosage en ciment pour les formulations avec la norme206-1
XC0 Cl 0,40 XC1 0,40 XA1 Cl0,40
F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7
E/C
Rapport E/C 0,75 0,6 0,51 0,47 0,43 0,42 0,42
E/C max selon NF 206-1 - - 0,65 0,65 0,65 0,55 0,55
Conformit O O O O O O O
Classe de rsistance
Classe de rsistance C16/20 C20/25 C25/30 C30/37 C30/37 C35/45 C35/45
Classe de rsistance minimale selon NF 206-1 C12/15 C12/15 C20/25 C20/25 C20/25 C30/37 C30/37
Conformit O O O O O O O
Dosage en ciment
Dosage en ciment 220 270 310 370 440 400 380
Dosage minimal en ciment recommand par la NF 206-1 - - 300 330 330 330 330
Conformit O O O O O O O
4.2 Vrification de la teneur maximale en ions chlorure :
La norme 206-1, dans son article 5.2.7, dfinit que la teneur maximale en ions chlorure
ne doit pas dpasser 0,4% par rapport la masse du ciment, pour les armatures ne subissent pas
une depassivation .Elle se calcule par bilan des ions chlorures, apports par tous les constituants
26 |P a g e
du bton. Le tableau suivant rcapitule les rsultats pour les diffrentes formulations de btons
utilises dans les ouvrages des ODI.
Tableau 4-3: Les teneurs en chlorures dans les btons
F3 F4 F5 F6 F7
Teneur en chlorures, dans les btons, par rapport la masse du ciment 0,09% 0,08% 0,07% 0,08% 0,08%
Teneur en chlorures maximal selon la norme EN 206-1 0,40% 0,40% 0,40% 0,40% 0,40%
Conforme O O O O O
En conclusion, toutes les formulations de bton utilises dans le site des sites des ODIs sont
exempt dune dpassivation darmatures par excs dions chlorures dans le bton.
4.3 Vrification vis--vis dun dveloppement dune alcali-raction :
La qualification dune formulation de bton vis--vis de lalcali-raction est prsente
dans la norme NF 18-454:
En effet, on y classifie les granulats selon trois catgories :
NR (non ractifs) : ractivit trs faible, quelle que soit leurs conditions dutilisations,
ces granulats ne conduiront pas des dsordres vis--vis de lalcali-raction
PR (potentiellement ractifs) : ractivit importante, ces granulats sont susceptibles,
dans certaines conditions, de conduire des dsordres par alcali-raction.
PRP (ractif effet pessimum) : trs forte ractivit uniquement dans certaines
conditions. En dpit de ceci, ils peuvent tre utiliss sans risque de dsordres si leur
mise en uvre satisfait certaines conditions.
Pour la prvention vis--vis de la raction alcali-granulats, trois niveaux de prventions
sont prdfinis dans les recommandations ; niveau A, B et C. On tient compte dans la dfinition
du niveau de prvention, de la catgorie de louvrage et de lenvironnement auquel il est soumis.
27 |P a g e
Le tableau suivant, rcapitule ces niveaux de prventions :
Tableau 4-4:niveau de prvention contre l'alcali-raction, en fonction du niveau d'exigence et du type d'environnement
La dure de vie de notre ouvrage est 50 ans. Il faut choisir entre le niveau A et le niveau
B ; Pour des raisons de scurit, on choisit de prendre un niveau de prvention B.
Les tapes prendre pour accepter une formulation de bton sont dveloppes dans le
guide de lAFGC 2004. La figure 4-1 illustre ces tapes, selon le niveau de prventions :
28 |P a g e
Figure 4-1:schma des tapes prendre pour accepter une formulation liminant le risque de dveloppement d'une alcali-raction
Les granulats utiliss dans nos ouvrages sont qualifis comme non-ractifs(NR) selon
la classification de la NF P18-454.
Donc, il ny a pas risque de dveloppement de raction alcali-granulat.
4.4 Prvention primaire de la raction sulfatique interne
Selon les rsultats du congrs de la RILEM sur la raction sulfatique interne, tous les
chercheurs ont t unanimes sur le rle des alcalins comme facteur important du dveloppement
de la DEF, et de la valeur finale dexpansion .Ils ont montrs quune augmentation des alcalins
combine par leffet dune augmentation de la temprature conduit une solubilit dettringite
plus leve ; les teneurs en alcalins quivalent ne doivent pas tre suprieures 1% dans les
ciments utiliss. Le tableau suivant rcapitule la teneur en Na2Oeq des ciments utiliss dans les
btons des ouvrages des ODI.
29 |P a g e
Tableau 4-5:la teneur en alcalins quivalents dans les ciments utiliss
Na2Oeq dans le ciment
utilis 0,92%
La condition primaire est donc satisfaite.
A titre informatif, le reste de ltude du risque du dveloppement dune raction sulfatique
interne dans nos ouvrages fera lobjet du paragraphe 6.
5 Moyens et les conditions de mis-en place retenus
permettant dassurer la durabilit des ouvrages
5.1 Prvention contre lattaque chimique
Pour lutter contre les attaques chimiques qui peuvent savrer dans les zones
Clarification , concentration et FSA , on a opt pour des revtements antiacides. En
effet, les caniveaux de ces zones sont revtues par des briques antiacides, et le reste, compris
les voiles et les dallages, sont couverts dune chape antiacide.
Lexcution des briques antiacide est en cours, alors que lapplication de la chape ne
prendra place quen fin de travaux.
5.2 Prvention contre lattaque sulfatique externe :
Le risque de dveloppement dune raction sulfatique externe se montre dans les btons
douvrages enterrs comme les semelles des ouvrages et les longrines. Les sulfates dans le sol,
comme mentionn prcdemment, saltre dans le bton aprs dissolution. Toutefois, pour la
prvention de ce risque, on opte pour un recouvrement de ces parties douvrage par une peinture
bitumineuse impermable leau, jusqu une hauteur de 1m du niveau des sols.
Cette solution nest pas durable, cependant, le maitre douvrage confirme quil n y a pas risque.
5.3 La cure
La raction chimique dhydratation ncessite une quantit deau suffisante ainsi que des
conditions appropries de tempratures pour permettre au bton datteindre la rsistance et la
durabilit spcifie. Une cure inexistante ou inadquate peut entrainer des fissurations et
affecter, et la durabilit de louvrage et ses proprits mcaniques et physiques. En effet, la cure
a une forte influence sur les proprits du bton durci.
Les surfaces exposes des dalles y sont particulirement sensibles puisque cest la qualit
des premiers millimtres de bton qui protge les ouvrages des agressions.
30 |P a g e
Ngliger la cure d'un bton apparent, c'est exposer celui-ci des dommages esthtiques
et mcaniques, dont la correction cotera bien davantage - en temps et en argent - qu'une
cure correctement excute.
La cure des surfaces de bton exposes doit dbuter immdiatement aprs les
oprations de finition. Pour valuer le taux dvaporation de lhumidit dans les surfaces de
bton couverte deau, on utilise labaque de la figure ci-dessous. Lorsque l'vaporation de
l'humidit superficielle est suprieure 1 kg/m2.h, des mesures supplmentaires pour la
protection du bton lors de la mise en place doivent tre prises.
Figure 5-1:determination de la vitesse d'vaporation en fonction de la temprature de l'air, l'humidit relative, la temprature du bton et la vitesse du vent
Le bton doit tre protg des pertes dhumidit la surface, que celles-ci soient causes
par le vent ou par le schage d une temprature suffisamment leve.
La cure est applique, dans tout lment de notre ouvrage, juste aprs son compactage,
dune manire continue est homogne.
31 |P a g e
Il existe diffrents types de cure :
Cure leau :
Larrosage continuel : qui constitue une cure excellente sil ny a pas de risque de
gel
Limmersion de la pice : Elle supprime tout risque de dessiccation ou de dfaut
dhydratation. Leau ne devant pas tre beaucoup plus froide que le bton pour viter
de provoquer des contraintes trop importantes donc des risques de fissuration par
gradient thermique.
Lutilisation de toiles, paillassons, tous revtements absorbant : est possible, mais il
vaut veiller ce que ce soit propre. La frquence de r humidification de la
couverture diminue lorsque la rtention deau augmente.
Lusage de matriaux fins humides (sable) tout en vrifiant quil ne contienne pas
de substance pouvant retarder la prise du ciment.
La cure par des matriaux dtanchit :
Lusage de produit de cure : conformment aux normes NF 18-370 et NF 18- 371,
consiste former la surface un film sopposant la dessiccation. Avec le temps de
schage rapide, ces produits offrent une protection efficace jusqu 3 4 semaines.
Lusage de feuilles tanches : tel un film plastique, appliqu la surface humide du
bton frais, et doit recouvrir toutes les surfaces exposes du matriau, puis lest de
manire rester au contact pendant toute la dure de cure.
Le maintien des coffrages en place permet dviter une grande vaporation la
surface du bton, une fois le bton est coul.
Pour le choix de la cure utilise sur site, on a opt, dans la plupart des cas, pour une cure
humide leau par arrosage continuel, sauf sous demande du client, vu le degr dhumidit du
milieu et les conditions climatiques.
La dure de lapplication de la cure dpend ncessairement de de la temprature la
surface du bton frais, et du dveloppement de la rsistance du bton. Pour dterminer la dure
dapplication de la cure dans un lment douvrage dans les chantiers des ODIs, on se basait
sur les recommandations du fascicule 65, rsumes dans le tableau suivant :
32 |P a g e
Figure 5-2:dlai minimal de cure
Des prcautions particulires sont prendre lorsque les lments sont conservs en
ambiance chaude (T > 25C) ou froide. En revanche, des conditions ambiances humides (H.R
>80% et une vitesse du vent infrieur 30km/h) assurent des conditions de cure satisfaisantes
pour le bton, selon le fascicule 65.
5.4 Vibrations du bton
La vibration applique au bton frais a pour fonction de favoriser larrangement des
grains dans le bton. Elle a un double rle : faciliter le remplissage des moules, enrobage des
armatures, et prsenter une compacit plus forte du bton. En effet, la vibration transmise au
bton se traduit par un dplacement alternatif rapide des grains, munis dune faible amplitude,
ce qui se traduit par une insertion des grains les plus fins entre les plus gros.
Grace la vibration, lair tend remonter vers la surface extrieure. A ltat durci, le
bton prsente ainsi une porosit rduite par leffet de serrage et une protection darmatures
efficace.
Figure 5-3:diffrence visuel en un bton vibr et un bton non-vibr
33 |P a g e
Il existe deux grandes familles de vibrateurs : les vibrateurs internes et les vibrateurs externes.
Les vibrateurs internes, illustrs dans la figure ci-dessous, nomms galement aiguilles
vibrantes, les plus couramment utiliss sur chantiers, constitus par un tube mtallique
dans lequel la rotation dune masselotte excentre produit la vibration. Ils diffrent par
leur nergie de fonctionnement : pneumatique, lectrique, mcanique et thermique.
Figure 5-4:vibrateur externe
Les vibrateurs externes : Ils se dcomposent en vibrateurs de coffrages et vibrateurs de
surface. On les utilise que pour les faibles et moyennes paisseurs ; le premier mode est
rserv pour les pices dont lpaisseur ne dpasse pas 25 cm, alors que le deuxime
mode trouve sa limite pour une paisseur de 20cm au maximum.
Figure 5-5:vibrateur de coffrage
34 |P a g e
Figure 5-6:vibrateur surfacique
Dans notre ouvrage, on a opt, pour la plupart des cas, pour une vibration par aiguille
vibrante, grce sa fiabilit pour tous les types de structures, et sa qualit de vibration
suprieure celle dune vibration surfacique.
Cependant, on avait dans louvrage des parties avec un ferraillage compact, avec la
prsence de tiges dencrage dont le dplacement tait intolrable. Pour cette raison, on a utilis
dans ces cas, des btons ultra-fluides pour liminer tout risque de dplacement ou manque de
compactage par une vibration.
5.5 Coffrage
La peau du bton est le premier lment par lequel pntrent les agents agressifs au bton
tel que le dioxyde de carbone et les ions chlorures. Ainsi, elle doit tre suffisamment rsistante
ces derniers, surtout quon est plac dans un milieu marin. Pour remplir cette fonction, on doit
opter pour un coffrage adquat.
Diffrents types de coffrages sont disponibles sur le march ; des coffrages en bois,
mtalliques et plastiques.
Pour choisir le type de coffrage utiliser sur chantier, on sappuyait, en addition des
critres de durabilit du bton, sur les critres suivant :
35 |P a g e
Indformabilit et stabilit : Un coffrage doit tre indformable sous leffet de la
pousse du bton (qui varie gnralement de 2 6 t/m) ou lors de la vibration (dont les
valeurs de la pression dpendent du mode de vibration et du matriel utilis). Le respect
des tolrances dimensionnelles de louvrage dpend directement de ce critre.
Etanchit : un coffrage est constitu par la juxtaposition de panneaux ou dlments ;
labsence dtanchit aux joints a pour effet de laisser passer leau ou la laitance du
bton, ce qui provoque sur le parement des dfauts daspect, et parfois la dessiccation
du bton : htrognit de texture et de teinte, nid de cailloux. Pour les surfaces
destines tre apparentes, ltanchit des coffrages doit tre particulirement soigne.
Etat de surface : Un coffrage est le ngatif de louvrage ; tout dfaut de surface se
trouvera donc sur le parement de louvrage.
Dans le cas de notre ouvrage, on utilisait des coffrages bois minces dans les ODIs, et des
coffrages mtalliques dans le chantier du port.
Lors de la prparation du coffrage, on tenait vrifier ltanchit, le nettoyage et la
prparation de surface en liminant toute trace de bton dj adhrent.
Dune autre part, pour liminer le risque dadhrence entre bton et coffrage lors du
dcoffrage, on utilise des produits de dcoffrage.
5.6 Joints
La maitrise de la fissuration est une condition ncessaire pour assurer la durabilit des
ouvrages en bton arm. En effet, la prsence de fissures dans le bton facilite la pntration
dagents agressifs dans ce dernier. A titre dexemple, le coefficient de diffusion apparent peut
augmenter de dix fois lorsque le bton est fissur, ce qui cause une diminution de la dure de
service de louvrage.
Afin de minimiser le risque de fissurations causes par les variations dimensionnelles du
bton, il est ncessaire dutiliser les joints sur nos chantiers, pour :
Prsenter des plans de dissipations de contraintes internes au bton, afin de minimiser
la fissuration alatoire (joints de retrait)
Prvoir les liaisons indsirables afin daccommoder les mouvements diffrentiels des
lments de construction adjacents (joints de dsolidarisation)
36 |P a g e
Les diffrents types de joints quon a utilis se partagent entre :
Joints de dsolidarisation : comme cit prcdemment, nomms aussi joints
dexpansion, sont des joints qui permettront les mouvements diffrentiels, horizontaux
et verticaux des parties contigus dune structure. Ils sont gnralement faits :
Le long des murs de fondations
Autours des ttes de puisards et de regards
Autour des primtres des dalles sur sol
Lors de lexcution et de ses contrles, on sassurait que les surfaces en contact avec la
structure avoisinante sont dsolidarises sur toute la profondeur afin dviter que les
mouvements diffrentiels causent de la fissuration. Le matriau compressible utilis dans le
joint doit avoir une paisseur variant de 6 13 mm.
Joints de retrait : appels aussi joints de contrle, de rupture ou de contraction, conus
essentiellement pour dallage, servent relcher les tensions internes du retrait au
schage et du mouvement thermique du bton, ils sont donns sur les plans dexcution
laborer par le bureau dtude, base dun calcul conforme au DTU 13.3.
La premire solution pour laquelle on a opt est dinsrer dans le bton frais des profils en
plastique qui demeurera dans le bton aprs son durcissement pour assurer ltanchit.
Une deuxime solution consiste une procdure de sciage du bton qui vient de durcir
(entre 6 et 48 heures aprs le btonnage, selon les conditions climatiques), sur une profondeur
allant de 1/3 de lpaisseur du dallage.
Joints de dilatation : Ce sont des joints qui divisent un ouvrage en plusieurs parties
indpendantes de dimensions limites, pour permettre leur dilatation, sans causer de
soulvements (dallages) ou de fissuration diffuse (murs, parois, voiles). Ils sont
constitus dune fourrure en matriau imputrescible et compressible de 10 20 mm
dpaisseur, colle sur les faces en regard des parties sparer. Leur espacement peut
varier de 25 40m linaire et ils concident le plus souvent avec les joints de
construction.
Joints de construction : Ils sont employs lors dun arrt prolong de btonnage ; sur le
chantier, on a utilis des joints goujons lisses conformment aux plans fournis par le
maitre douvrage.
37 |P a g e
6 Etude du risque du dveloppement dune raction
sulfatique interne
6.1 Dfinition du niveau de prvention
Avant de commencer ltude, il faut dfinir le niveau de prvention contre la RSI.
On donne, dans le tableau suivant, un exemple douvrages et partie douvrage class par
catgorie, selon [Guide, 2004] :
Figure 6-1:Catgorie de l'ouvrage, issue du [Guide, 2004]
Vu limportance de louvrage, son impact sur lconomie du pays, sa difficult de
rparation et limpossibilit de son remplacement durant sa dure de vie, on se situe dans la
catgorie 3.
Cependant, il reste dterminer la classe dexposition de louvrage vis--vis de la
raction sulfatique interne ; aucune spcification dans la norme 206-1 ne traite ce sujet. On se
rfre alors au tableau ci-dessous,
38 |P a g e
Figure 6-2:les classes d'expositions vis--vis de la raction sulfatique interne
La classe dexposition la plus significative dans notre cas est XH2.
Pour la prvention de la RSI, il existe trois niveaux dfini dans le guide : As, Bs, Cs et Ds .
Sa dtermination se fait linstar des niveaux dexpositions et des classes dexpositions
selon le tableau suivant :
Figure 6-3:Le niveau de prvention contre la raction sulfatique interne en fonction de la classe d'exposition attribue contre ce phnomne, et de la catgorie de l'ouvrage
Le niveau de prvention quon doit laborer correspond au niveau Cs.
39 |P a g e
Le principe de ltude prventive repose essentiellement sur la limitation de
l'chauffement du bton caractris par la temprature maximale Tmax susceptible d'tre
atteinte au sein de l'ouvrage et, le cas chant, par la dure de maintien d'une temprature leve.
Pour ce niveau de prvention, le risque vis--vis de la raction sulfatique interne doit tre
pris en compte par une des deux prcautions suivantes :
La temprature maximale atteinte dans le bton doit rester infrieure 70 C.
Si la temprature maximale atteinte dans le bton ne peut rester infrieure 70 C,
alors elle doit rester infrieure 80 C et au moins une des six conditions suivantes
doit tre respecte :
1) le traitement thermique est matris*, la dure de maintien de la temprature du
bton au-del de 70 C ne doit pas excder 4 heures et les alcalins quivalents
actifs du bton doivent tre en quantit infrieure 3 kg/m3. (La dure de
maintien est dfinie comme la priode pendant laquelle la temprature est
suprieure 70 C) ;
2) utilisation d'un ciment conforme la norme NF P 15-319 (ES) avec, dans le cas
des CEM I et CEM II/A, une limitation 3 kg/m3 de la teneur en alcalins
quivalents actifs du bton ;
3) utilisation de ciments non conformes la norme NF P 15-319 (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 V,
ciments dont la teneur en SO3 ne doit pas excder 3 %, et fabriqus partir d'un
clinker dont la teneur en C3A ne doit pas excder 8 % ;
4) utilisation, en combinaison avec du CEM I, de cendres volantes conformes la
norme NF EN 450-1, de laitiers de haut fourneau moulus conformes la norme
NF EN 15167-1, ou encore de pouzzolanes naturelles calcines (norme franaise
en prparation). La proportion d'addition doit tre d'au moins 20 % sous rserve
de respecter les exigences des normes (en particulier la norme NF EN 206-1).
Le CEM I utilis doit respecter les exigences suivantes :
C3A (rapport au ciment) 8 % et SO3 3 % ;
5) vrification de la durabilit du bton vis--vis de la RSI l'aide de l'essai de
performance et par la satisfaction aux critres dcisionnels ;
6) pour les lments prfabriqus, le couple bton/chauffement envisag est
identique ou analogue un couple bton/chauffement disposant d'au moins
cinq rfrences d'emploi satisfaisantes dans des lieux diffrents**. Cette
analogie devra tre justifie par une documentation satisfaisante et devra tre
approuve par un laboratoire indpendant expert en RSI.
40 |P a g e
6.2 Calcul de Tmax
Pour le calcul de Tmax (au cur de la pice), on sappuiera sur la mthode dvelopp par
le LCPC, publi dans le [Guide, 2004], dans son annexe V :
Tableau 6-1:rcapitulatif des tempratures maximales au cur du bton pour les diffrentes formulations
F4 F5 F6 F7
T( C) 48 46 48 45,5
Tfrais (C) 21 20 20 22
T (C) au cur de la pice 69 66 68 67,5
Puisquon avait beaucoup dlments douvrages, jai calcul selon le cas le plus
dfavorable selon les paisseurs de la pice, et en prenant le maximum des tempratures pour
chaque cas de bton, pris des rapports du laboratoire externe de SOGEA.
On conclut donc, quil ny a pas risque de dveloppement dune raction sulfatique
interne dans notre ouvrage.
7 Approche performantielle
7.1 Introduction gnrale
Les mthodologies mises en uvre afin de matriser la durabilit des ouvrages en bton
peuvent revtir quatre niveaux de complexit :
le niveau 1 correspond une approche prescriptive essentiellement base sur des obligations
de moyens ;
le niveau 2 repose sur lutilisation dindicateurs de durabilit ou dessais de performance ;
ce stade, la dure de vie nest pas encore quantifie ;
le niveau 3 implique lutilisation de modles de durabilit dterministes ;
le niveau 4 correspond lutilisation de modles probabilistes
Lapproche performantielle consiste apprhender la durabilit des btons en
considrant non pas les seules donnes lies la formulation mais certaines caractristiques ou
proprits du matriau dont on sait quelles prsentent un intrt pour prvoir lvolution de
celui-ci lorsquil est expos des conditions environnementales donnes. Diffrents concepts
sont aujourdhui dvelopps afin de pouvoir mettre en uvre une approche performantielle de
la durabilit. Les deux principaux concepts correspondent, dune part, la mthode base sur
41 |P a g e
des indicateurs de durabilit et, dautre part, au systme reposant sur lutilisation des essais de
performance. Notons que ces concepts ne sont pas opposs ni contradictoires, mais bien au
contraire trs complmentaires.[Durabilit du bton,2007]
Dans le cadre de ce projet, on travaillera par lapproche performantielle dveloppe par
lAFGC (Association Franaise du Gnie Civil),[AFGC,2004]
Les indicateurs de durabilits :
On choisit dabord les indicateurs de durabilit pour le cas de notre ouvrage :
On distingue trois types dindicateurs de durabilit :
Les indicateurs de durabilit gnraux :
porosit accessible l'eau,
coefficient de diffusion (apparent ou effectif) des ions chlorure,
permabilit aux gaz,
permabilit l'eau liquide,
teneur en portlandite Ca(OH)2.
Les indicateurs de durabilit spcifique lalcali-raction :
On distingue deux types dindicateurs de durabilit spcifique lalcali-raction, des
indicateurs chimiques, et des indicateurs globaux et macroscopiques.
Des indicateurs chimiques :
quantit de silice libre par les granulats en fonction du temps (cintique),
concentration en alcalins quivalents (Na2Oq.) actifs de la solution interstitielle
(o Na2Oq.] = [Na2O] + 0,658 [K2O]).
Des indicateurs globaux et macroscopiques :
Des indicateurs sur le bton durci dformations de gonflement d'prouvettes en
bton ("essai de performance" d'une formule de bton vis--vis de l'alcali-raction,
faisant l'objet de la norme NF P 18-454 [24]).
Les indicateurs de substitution :
On trouve parmis ces indicateurs
porosit accessible au mercure ,
rsistivit lectrique ,
quantit d'lectricit selon l'essai AASHTO (norme ASTM C 1202 ),
coefficient de diffusion du CO2 ou de l'O2 ,
coefficient de diffusion de l'eau tritie,
coefficient d'absorption capillaire.
La dtermination de paramtres complmentaires aux indicateurs prcdemment dfinis peut
tre requise par la mthode choisie pour l'valuation de certains des indicateurs, ou lorsque ces
42 |P a g e
paramtres figurent comme donnes d'entre d'un modle prdictif, ou de faon plus gnrale,
pour aider l'interprtation, voire la prvision de la durabilit.
Les indicateurs de durabilits retenus dans nos ouvrages :
Dans le cas de nos projets, en tenant compte de lenvironnement marin et de la prsence du
dioxyde du carbone dans lair, on a choisi de travailler avec les indicateurs suivant :
Porosit accessible leau : Parce que la porosit est llment de premier ordre qui agit
sur la durabilit des ouvrages en bton arm.
Coefficient de diffusion apparent : parce quon est plac dans un milieu marin, ou il y a
risque de corrosion des armatures par pntration dions chlorures.
Permabilit accessible au gaz : parce quon des risque de corrosion des armatures par
carbonatation.
7.2 Essais de performance
La dtermination de ces paramtres seffectue par le biais des essais de laboratoires normaliss,
sur des prouvettes gs de 90 jours. Cet ge est recommand dans le guide [AFGC, 2004],
dans son paragraphe 7.2.6.
7.2.1 Porosit accessible leau : NF P18-459
La mesure de la porosit accessible leau du bton durci implique la dtermination par peses des :
masse apparente dans leau aprs immersion dans leau (pese hydrostatique) dun corps dpreuve de bton pralablement imprgn leau 1) sous vide ;Meau
masse dans lair libre du mme corps dpreuve imbib ; Mair masse ltat sec ; Msec
La porosit accessible leau est alors calcule partir de la relation suivante :
7.2.2 Coefficient de diffusion apparent : NT BUILD 492
Cet essai ncessite une cellule double compartiment, sachant que diffrents dispositifs
exprimentaux sont utilisables. Les principales adaptations portent sur lutilisation de NaOH
dans la solution est une concentration plus modre en NaCl . Un potentiel lectrique externe
est appliqu travers lchantillon et force les ions chlorures migrer dans lchantillon. Aprs
une certaine dure du test, lchantillon est dcoup paralllement son axe. Une coupe est
recouverte dune solution de nitrate dargent afin de dterminer la distance de pntration des
43 |P a g e
ions chlorures (prcipitation dAgCl2). Et partir de cette profondeur, le coefficient de
diffusion est calcul par la relation suivante :
Avec :
Dnssm : Coefficient de diffusion en rgime non stationnaire en 10-12 m2/s
T : temprature moyenne des tempratures initiales et finales en C
L : Epaisseur de lchantillon en mm
U : Tension applique en V
Xd : Valeur moyenne de la pntration des chlorures en mm
t : Dure du test en heures
Tableau 7-1:les tensions et les dures du test appliquer
Courant initial en mA
(Avec 30V)
Tension applique U
(aprs ajustement) en V
Dure du test t
en h
I0
44 |P a g e
Cet essai est applicable aux prouvettes moules et aux carottes issues douvrages, dans
les limites des tolrances, dimensionnelles imposes par les cellules de mesure de lappareil.
En effet, lessai consiste soumettre le corps dprouvette un gradient de pression constant.
La permabilit apparente est ainsi Ka est ainsi dtermine partir de la mesure de flux de gaz
Q(en m3.s-1) sortant de lchantillon en rgime permanent (sous lhypothse dun rgime
dcoulement laminaire faible nombre de Reynolds).
=2
(2 2)
Ou L(m) et A(m2) sont respectivement lpaisseur et la section du corps, ( Pa.s ) est la
viscosit dynamique du gaz. Patm pression atmosphrique (de sortie), et P la pression dentre
(pression applique), recommande par le AFPC-AFREM dtre 0,2MPa (pression absolue).
7.3 Rcapitulation des rsultats
Le tableau suivant rcapitule les rsultats, sur les diffrents btons utiliss :
Tableau 7-2:rcapitulatif des rsultats d'essais sur les diffrentes formulations de bton
F3 F4 F5 F6 F7 F8
Coefficient de diffusion apparent (NTB
492) en 10-12[m2.s-1] 2,1 1,95 1,95 1,95 1,8 1,9
Porosit accessible l'eau (en %)
NF P 18-459 11% 10,95% 10,9% 10,9% 10,7% 10,8%
Permabilit au gaz en (10-18m2 ) 46,3 42,5 37 36 30 30
Les valeurs limites sont donne dans le tableau suivant, issu de [AFGC,2004],
45 |P a g e
Tableau 7-3:les valeurs limites, pour les diffrents niveaux d'exigences
Toutefois, la spcification de Kliq
46 |P a g e
Figure 7-1:exemple de donnes mtorologique d'ELJADIDA
Vis--vis de la carbonatation, nos btons ont une dure de 50 100ans. Quant au risque de
corrosion par pntration dions chlorures, on remarque que, pour le bton F3, la valeur du
coefficient de diffusion apparent dpasse la valeur limite. La justification de la durabilit de
cette formulation, au-del de 50 ans, sera traite dans la partie 9.2, par le biais de modle
dterministes de durabilit. On retrouvera que linitiation de la corrosion des armatures par
pntration dions chlorures sera estime 75 ans, ce qui dpasse 50 ans. En ce qui concerne la
valeur de la porosit accessible leau de 11%, elle est gale certes la valeur limite, mais les
tolrances de1,5% dfinies dans le guide [AFGC,2004], justifient que la valeur trouve est
tolrable.
47 |P a g e
8 Calcul de la dure de vie de louvrage vis--vis de la
corrosion des armatures:
8.1 Introduction la mthodologie :
Ce paragraphe est consacr ltude de la dure de service de louvrage. Puisque le seul
risque de dgradation qui reste est la corrosion des armatures, on tudiera la dure de service
de louvrage vis--vis de ses dgradations.
Cette tude passe par trois tapes illustres dans la figure ci-dessous [Richensen, 2000].
Figure 8-1:reprsentation des tapes de performance d'un lment en bton arm
La corrosion des armatures par les ions chlorures ncessitent leurs pntrations dans le
bton denrobage jusquaux armatures. Cependant, cette condition nest pas suffisante ; la
dpassivation des armatures est amorce lorsque la concentration des ions chlorure, linterface
bton-acier, dpasse un seuil quon appelle souvent concentration critique ou seuil critique.
Quant la corrosion par les dioxydes de carbone, lamorage est effectue lorsque le front de
carbonatation dpasse le front denrobage, mettant ainsi les armatures en contact avec une
solution interstitielle de PH
48 |P a g e
jusquune valeur limite significative de ltat limite de service, alors que Tclat reprsente
linstant de la propagation de la fissuration jusquune valeur ou lclatement du bton est
envisageable.
8.2 Amorage de la corrosion :
8.2.1 Temps damorage de la corrosion, Ti :
8.2.1.1 Temps damorage de la corrosion par pntration dions chlorure :
Pour prdire le temps dinitiation de la corrosion par pntration des ions chlorures, on
se rfrera la solution classique de la seconde loi de Fick, qui rgit la pntration des ions
chlorures dans la matrice cimentire :
(, ) = (1 erf (
2))
Avec :
C(x,t) : concentration en chlorures linstant t, la distance x , (mol.m-3 )
Cs : Concentration en chlorures la surface du bton (mol.m-3)
Da : Cofficient de diffusion apparent
X : distance depuis la surface du bton en contact avec les ions chlorures(m)
Le temps tinitiation la corrosion est donc :
=2
4(1 (
))2
c reprsente lenrobage en m.
Da reprsente le coefficient de diffusion apparent, mesur dans le laboratoire.
Ccrit est la concentration critique des chlorures. Diffrentes valeurs, variant de 0,35% 2,5%
sont publi par les auteurs. On retiendra la valeur publi par Jean pierre olivier dans son ouvrage
[durabilit des btons, 2007], et prsente dans la norme 206-1 pour le bton arm, estime
0,4% de la masse du ciment.
Quant la concentration la surface Cs, on retiendra la valeur 0,65%, celle publie dans les
travaux de [Silva, 2004] .Cette valeur a t confirm dans notre cas par Mr Boujad, un ingnieur
au CEMGI du LPEE.
49 |P a g e
8.2.2 Temps dinitiation la corrosion par carbonatation :
Plusieurs modlisations du phnomne ont t labores par plusieurs chercheurs. On
retiendra dans ce travail le modle de cintique classique pour sa simplicit de calcul.
() =
Avec t le temps dexposition de louvrage en annes, et k un coefficient dterminer.
On en dduit le temps dinitiation de la corrosion, en annes.
= (
)2
On retiendra, dans ce travail, le coefficient de Smolczyk, vu la facilit de son calcul et la
disponibilit de ses lments dentre.
= 7(10
1
28 0,175)
Avec 28 la rsistance du bton 28 jours.
8.3 Formation de la fissuration :
Durant la corrosion des armatures, les produits qui se forment autours delles exercent
une pression sur le bton denrobage, car ces produits sont plus volumineux que le mtal
dorigine.
On ne tiendra compte dans ce travail que de la pression due lexpansion de la rouille traite
dans les calculs.
Selon les travaux de [Christensen, 2000], on retiendra trois tapes de la formation de fissures :
Expansion libre (Free expansion) : La couche dinterface acier bton est poreuse, et les
produits de corrosion y pntrent. Lors de cette phase, aucune pression sur le bton nest
applique, car le volume des produits de corrosion est infrieur au volume des pores
vides dans cette couche.
La pression sur le bton autour des barres (Stress initiation): Les produits de corrosion
dans cette tape dpasse le volume des pores. Toutefois, aucune fissuration napparait
encore.
La fissuration (Crack initiation) : Lorsque la quantit de la rouille atteint une valeur
critique, la pression quelle exerce sur le bton dpasse sa rsistance la traction. Ainsi,
une fissuration se forme.
Pour modliser ce phnomne, comme lindique [Christensen, 2000], on se base sur deux
hypothses :
50 |P a g e
Le bton est un matriau homogne, et de comportement lastique
La corrosion est suppose uniforme, do luniformit de la pression exerce par la
rouille sur le bton. (illustration figure 8-2)
Figure 8-2:reprsentation de la pression uniformment rpartie autour de la barre d'acier
On considre la zone poreuse avec une paisseur tporous, le diamtre de la barre.
Ainsi, le rayon intrieur de la barre est =(+2)
2 , le rayon externe
= +(+2)
2, avec c lpaisseur de lenrobage.
En effet, le principe de la mthode dvelopp par [Christensen, 2000] , consiste
comparer la masse de rouille forme avec une masse critique , dvelopp sur une paisseur
nomme paisseur critique , dnomme . Son expression est la suivante :
Le calcul de Wcrit se fait par la mthode suivant :
= + +
Wporous : est la masse de rouille ncessaire pour remplir la zone dinterface acier-bton.
51 |P a g e
=
Wexpan : est la masse de rouille capable de produire des pressions sur le bton
= ( + 2) , avec estime 12,5m selon [Christensen,
2000].
Wsteel est la masse de la rouille capable de crer une fissuration.
=
Et, = 0,57 [Silva, 2004]
Avec,
=
2
2=
2
2 0,0383 103
8.4 Temps de propagation de la fissuration :
Daprs les travaux [Andrade,Alonso & Molina, 1993], lvolution de louverture des
fissures est proportionnelle, dune faon linaire avec la rduction des diamtres des barres
corrodes :
=
Avec
=( 1)
(
2+)
Et =
.
Figure 8-3:reprsentation schmatique de la propagation de l'ouverture de la fissure due la croissance de la rouille
52 |P a g e
8.4.1 Calcul de la dure de service Tservice :
Le BAEL ne donne pas une valeur douverture maximale de la fissuration. Cepandant,
leurocode reconnait la valeur de 0,3mm comme une valeur reprsentative douverture
maximale la surface du bton. De plus, cette valeur a t retenue dans les travaux de [Silva,
2004]
Recommended
