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RÉSUMÉ
De nombreux ouvrages ou éléments d’ouvrages en béton armé présentent des dégradations, dont les deux causes principales sont la corrosion des armatures et l’alcali-réaction. Cet article décrit une approche globale et prédictive de la durabilité des structures en béton armé, outil précieux pour l’ingénieur et le concepteur. Il présente la sélection et la justification d’indicateurs de durabilité établis sur la base des mécanismes physico-chimiques observés. Des méthodes d’essai sont également requises pour déterminer ces indicateurs en laboratoire, sans oublier l’approche par modélisation.
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Véronique BAROGHEL-BOUNY : Docteur de l’École nationale des Ponts et Chaussées - Ingénieur divisionnaire des Travaux Publics de l’État - Chef de la Section « Microstructure et durabilité des bétons » au Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)
INTRODUCTION
Cet article présente une approche performantielle, globale et prédictive de la durabilité des structures en béton armé, fondée sur la notion d’indicateurs de durabilité, et combinant mesures en laboratoire et codes de calcul (modèles). Cette approche a été développée pour la prévention de la corrosion des armatures et des dégradations générées par l’alcali-réaction dans le cadre du groupe de travail de l’Association Française de Génie Civil « Conception des bétons pour une durée de vie donnée des ouvrages - Indicateurs de durabilité » et a fait l’objet d’un Guide.
Dans cet article, les objectifs de l’approche et les indicateurs de durabilité sélectionnés, paramètres simples mais particulièrement pertinents vis-à-vis des mécanismes physico-chimiques mis en jeu dans un environnement donné, ainsi que les fondements de cette sélection sont tout d’abord présentés. Les méthodes à disposition pour déterminer les indicateurs de durabilité sont également explicitées.
L’étude complète du sujet comprend les articles :
-
[C 2 245] « Nouvelle approche de la durabilité du béton. Indicateurs et méthodes ;
-
« Nouvelle approche de la durabilité du béton. Méthodologie et exemples » ;
-
« Nouvelle approche de la durabilité du béton. Pour en savoir plus ».
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Durée de vie. Définitions
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1. Contexte, intérêt et objectifs d’une approche performantielle
Les opérations de surveillance organisées en France (et en Europe) montrent que de nombreux ouvrages (ponts, bâtiments...) ou éléments d’ouvrages en béton armé présentent des dégradations, dont les deux causes principales sont, tout d’abord la corrosion des armatures, puis l’alcali-réaction.
1.1 Constatations vis-à-vis de la corrosion des armatures du béton armé
La base de données IQOA « pathologie » de 1997 indiquait en effet que 28 % de l’échantillon de ponts inspectés était affecté par la corrosion des armatures. La corrosion est induite par la carbonatation du béton, et/ou par la pénétration des chlorures pour les ouvrages en milieu marin (immergés, en zone de marnage, soumis aux éclaboussures ou aux embruns...) ou exposés aux sels de déneigement dans les environnements présentant des risques de gel (contact direct, projections, ruissellement...).
Les phénomènes électrochimiques de corrosion correspondent à la formation d’oxydes et d’hydroxydes dont le volume est supérieur à celui de l’acier sain (figure 1). Ils conduisent donc à une diminution de la section des armatures, homogène dans le cas d’une diminution du pH résultant de la carbonatation, ou par piqûres (profondes) dans le cas d’une attaque par les chlorures (lorsque la concentration en chlorures a dépassé la concentration « critique » initiant la dépassivation [4].
Ces phénomènes conduisent également à des gonflements et à des contraintes de traction dans le béton d’enrobage [66]. Ces contraintes de traction entraînent l’apparition d’une fissuration parallèle aux aciers, qui diminue en outre la qualité de l’adhérence acier/béton, et l’éclatement du béton d’enrobage (formation d’épaufrures sur les ouvrages). Les manifestations des phénomènes de corrosion sur le parement des ouvrages peuvent donc aller de traces ou de coulures de couleur rouille, lorsqu’ils sont encore peu développés, jusqu’à la mise à nu des armatures corrodées (cf. figure 2). De tels désordres sont très fréquents dans le domaine du bâtiment. Dans ces conditions, les mécanismes de corrosion induits par les agents agressifs issus du milieu environnant ne peuvent que s’accélérer....
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