Calcul du retrait et du gradient thermique - Sétra

Calcul du retrait et du gradient thermique
La dalle en béton d'un tablier mixte, du fait de sa connexion avec la charpente, est gênée dans
son retrait. Cette gêne se manifeste sous forme d'auto contraintes dans la structure mixte
isostatique. L'action de ce retrait (ou du gradient thermique) sur cette même structure n'induit
aucune sollicitation dans les sections (l'intégration des contraintes sur chaque section ne
donnera donc ni effort normal ni moment).
L'action du retrait (ou du gradient thermique) a aussi pour effet de déformer les sections. Si
cette déformation est empêchée par des liaisons hyperstatiques sur la structure, il s'ensuit des
sollicitations et des contraintes dites hyperstatiques. Dans OM3, ces sollicitations et effets
secondaires du retrait sont obtenus grâce à l'application d'une déformation imposée aux barres
modélisant la structure mixte. Les auto contraintes (effets primaires du retrait) sont ajoutées
aux contraintes hyperstatiques du retrait grâce à l'ajout d'une constante dans la mise en
équation des contraintes généralisées sous la forme suivante :
Nhyper/S+Mhyper.V/I + CTE
Avec CTE=auto contraintes (effets primaires du retrait)
Remarques :
-Si le béton d'une section est tendu à ELS caractéristique (AVEC auto contraintes) et à ELS
caractéristique (SANS auto contraintes) la section est justifiée à partir des résultats de la
combinaison d'action ELS sans auto contraintes et des contraintes généralisées calculées sans
la participation du béton.
-Si le béton d'une section est tendu à ELS caractéristique (AVEC auto contraintes) et
comprimé à ELS caractéristique (SANS auto contraintes) la section est justifiée à partir des
résultats de la combinaison d'action ELS sans auto contraintes et des contraintes généralisées
calculées avec la participation du béton.
-Si le béton d'une section est comprimé à ELS caractéristique (AVEC auto contraintes) la
section est justifiée à partir des résultats de la combinaison d'action ELS avec auto contraintes
et des contraintes généralisées calculées avec la participation du béton.
-Les retraits ne sont pris en compte dans chaque analyse globale que s'ils sont défavorables
-Le retrait à court terme est appliqué après la prise du béton de chaque plot et avant
bétonnage du plot suivant. A la fin de la construction les cas de charge de retrait iso relatif à
chaque plot sont cumulés afin d'obtenir le retrait iso total ou le retrait total.
-Il n'y a aucun effet isostatique du retrait à prendre en compte à l'état limite ultime. Les combinaisons
d'action à ELU sont donc combinées avec le retrait SANS auto contraintes.
-Si le béton d'une section est tendu à ELU (SANS auto contraintes) la section est justifiée à
partir des résultats de cette combinaison d'action et des contraintes généralisées calculées sans
la participation du béton.
-Si le béton d'une section est comprimé à ELU (SANS auto contraintes) la section est
justifiée à partir des résultats de cette combinaison d'action et des contraintes généralisées
calculées avec la participation du béton.
-Le retrait à long terme est appliqué à l'ensemble de la structure après bétonnage.
-Dans le cas d'une dalle préfa partielle le retrait court terme s'applique par simplification sur
toute la hauteur de la dalle.

Retrait du béton
Le retrait du béton est une déformation r imposée dans la section de béton comprimé qui a
trois origines physiques possibles :
Retrait endogène ca : il s'effectue à court terme, juste après la mise en oeuvre du béton,
et traduit la poursuite de l'hydratation du ciment après la prise, ce qui entraîne une
diminution du volume initialement mis en oeuvre.
Retrait thermique th : il s'effectue à court terme et traduit la différence de température
existant au moment du coulage entre le béton mou et la charpente métallique déjà en place.
Retrait de dessiccation cd : il s'effectue sur le long terme, pendant la vie de l'ouvrage, et
traduit une évaporation progressive de l'eau contenue dans le béton.
Même s'il s'effectue sur le long terme, le retrait de dessiccation commence dès le coulage du
béton. L'EN1992-1-1 (auquel l'EN1994-2 renvoie) traite donc simultanément ca et cd. On
calculera donc un retrait global cs = ca + cd à la mise en service (c'est à dire à court
terme pour tini = 110 jours pour l'exemple ci-après) et en fin de vie de l'ouvrage (c'est à dire à
long terme pour tfin = 100 ans ). Le retrait thermique est traité dans l'EN1994-2 car il
s'agit d'une particularité d'une structure mixte. EN1992-1-1, 3.1.4(6)
Calcul du retrait à la mise en service
Le calcul de cs nécessite de connaître l'âge t du béton à l'instant tini considéré. A cet instant,
chaque plot a un âge différent. Pour simplifier, on considère l'âge moyen de tous les plots
calculés en tenant compte du phasage de construction : t = 79,25 jours (voir tableau ciaprès).
Retrait endogène
ca (t) = as(t) . ca ( )
ca ( ) = 2,5 (fck – 10).10 -6 = 6,25.10 -5
as (t) = 1 – exp ( - 0,2 t 1/2 ) = 0,8314 pour t = 79,25
D’où on déduit ca (t) = 5,2.10 -5 .
Retrait de dessiccation
cd (t) = ds(t, ts) . kh . cd,0
cd,0 est appelé retrait de dessiccation de référence et calculé par :
cd,0 = 0.85 ((220+110 ds1).exp (- ds2.fcm / fcm0)).10 -6 RH
L'humidité relative retenue pour le projet est de 80 % donc on en déduit EN 1992-1-1,
3.1.4(6)
EN 1992-1-1, annexe B2 Calcul des ponts mixtes routiers selon les Eurocodes – Guide méthodologique
Collection « Les outils » – Sétra – 42 – août 2006
le coefficient : RH = 1.55.(1-(RH/100) 3 )= 0,7564.

fcm0 est une valeur de référence de la résistance à la compression prise égale à 10 MPa. Les
coefficients ds1 et ds2 traduisent la rapidité de prise du ciment. Pour un ciment à prise
normale (N), on a : ds1 = 4 et ds2 = 0,12. D'où on déduit : cd,0= 2,53.10 -4 .
Le coefficient kh dépend du rayon moyen h0 = 2Ac / u où Ac = 3,9 m² est l'aire de la section
de béton u le périmètre exposé à la dessiccation. u s'obtient en soustrayant au périmètre
réel p = 24,6 m les longueurs qui ne sont pas en contact direct avec l'atmosphère (c'est à
dire la largeur des semelles métalliques supérieures ainsi que la largeur de la chape
d'étanchéité) :
u = p -11 – 2x1,0 = 11,6 m
Par suite, on a h0 = 672 mm, puis kh = 0,7.
Par hypothèse, l'âge ts du béton quand le retrait de dessiccation commence, est pris égal à
1 jour. Alors, on a :
3 1/2
ds (t, ts) = (t-ts) /(t-ts+0.04 (h0 ) )= 0,10 pour t = 79,25
D'où on déduit : cd (t) = 1,8.10 -5
Retrait à la mise en service :
cs (t) = ca (t) + cd (t)
Au final, on applique cs = 7.10 -5 à chaque plot de bétonnage dès que le béton
correspondant est mis en oeuvre. Sur cette valeur, 26% sont apportés par le retrait de
dessiccation et 74% par le retrait endogène. Une hypothèse simplificatrice admissible
consiste à appliquer ce retrait au jeune âge en une seule phase à la fin du bétonnage de la
dalle. Il est intégré (phase par phase ou d'un seul coup) dans les combinaisons de charges
pour les vérifications de la structure à la mise en service. EN1992-1-1, tableau 3.3

Calcul du retrait au temps infini
L'âge du béton au temps infini est aussi infini. En faisant tendre t vers l’infini dans les
expressions du paragraphe précédent, on déduit :
as( ) = 1 et ds( , ts) = 1. Par suite, on a :
cs ( ) = cd ( ) + ca ( )
avec ca ( ) = 6,25.10 -5 et cd ( ) = kh . cd,0 = 1,77.10 -4 .
Au final, on applique cs ( ) = 2,4.10 -4 sur la dalle complète (en une seule phase). Sur cette
valeur, 74% sont apportés par le retrait de dessiccation et 26% par le retrait endogène. Il est
intégré dans les combinaisons de charges pour les vérifications de la structure au temps
infini. (Calcul des ponts mixtes routiers selon les Eurocodes – Guide méthodologique Collection « Les outils » –
Sétra – 43 – août 2006)
Calcul du retrait thermique
L'EN1994-2 permet de prendre en compte le retrait thermique apporté par la différence de
température T entre l'acier de charpente et le béton au moment du bétonnage. La valeur de
T est recommandée à 20°C mais est modifiable dans l'Annexe Nationale. En appliquant
strictement l'EN1994-2, on obtiendrait alors :
th = th c . T = 2.10 -4
ce qui est relativement élevé. En fait, des mesures sur sites montrent que cette différence de
température est correcte, mais le retrait correspondant s’applique en partie sur une structure
qui ne fonctionne pas encore en mixte. C’est pourquoi l’Annexe Nationale reprend le calcul
du retrait thermique proposé dans les « Recommandations Sétra pour la maîtrise de la
fissuration des dalles de ponts mixtes »:
th = th c . T / 2 = 1.10 -4
Le retrait thermique est appliqué sur la structure en même temps que le retrait au jeune âge :
cs = 7.10 -5 .
Il ne s’utilise normalement qu'à court terme, pour déterminer les zones fissurées de l’analyse
globale (voir paragraphe 7.2.3 de cette partie II du guide) et pour vérifier que les fissures de
la dalle sont maîtrisées. Par simplification (et afin de limiter les calculs), on a choisi de le
traiter de la même façon que le retrait à la mise en service. (EN1994-2, 7.4.1(6))
Exemple d'un phasage de bétonnage
Coulage en place des plots du hourdis supérieur par pianotage :
La longueur totale de 200 m a été découpée en 16 plots de bétonnage identiques de 12,5 m
de long. Ils sont coulés dans l'ordre indiqué sur la figure ci-après.

Le début du coulage du premier plot correspond à l'origine des temps dont la définition est
nécessaire pour déterminer les âges respectifs des plots de béton. Le temps de réalisation
de chaque plot est évalué à 3 jours ouvrables. Le premier jour est consacré au bétonnage,
le deuxième jour à la prise du béton, et le troisième jour au déplacement de l'équipage
mobile. Cette séquence permet de respecter une résistance minimale du béton de 20 MPa
avant décoffrage comme l'impose l'article 6.6.5.2 (3) de l'EN1994-2. Cette mesure permet
de ne pas endommager un béton partiellement durci dont le fonctionnement en mixte
serait sollicité par les phases ultérieures de bétonnage. La dalle est ainsi complètement
réalisée en 66 jours (incluant les jours chômés de fin de semaine).
Mise en place des superstructures :
Elle est supposée terminée en 44 jours de façon que le tablier soit entièrement réalisé à la
date t = 66 + 44 = 110 jours. Compte tenu de ces choix, le tableau suivant donne l’âge des
différents plots, ainsi que l'âge moyen t0 de l'ensemble du béton mis en œuvre, pour
chaque phase de construction.
Chargement Instant "t"
du
chargement
plot
1
plot
2
plot
3
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4
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5
plot
6
plot
7
plot
8
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9
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10
plot
11
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12
plot
13
plot
14
plot plot
15 16
Age moyen
"t0"du béton à
l'instant "t"
considéré
bétonnage plot 1 0
bétonnage plot 2 3 3 3.00
bétonnage plot 3 8 8 5 6.50
bétonnage plot 4 11 11 8 3 7.33
bétonnage plot 5 16 16 13 8 5 10.50
bétonnage plot 6 19 19 16 11 8 3 11.40
bétonnage plot 7 24 24 21 16 13 8 3 14.17
bétonnage plot 8 29 29 26 21 18 13 8 5 17.14
bétonnage plot 9 32 32 29 24 21 16 11 8 3 18.00
bétonnage plot 10 37 37 34 29 26 21 16 13 8 5 21.00
bétonnage plot 11 40 40 37 32 29 24 19 16 11 8 3 21.90
bétonnage plot 12 45 45 42 37 34 29 24 21 16 13 8 3 24.73
bétonnage plot 13 50 50 47 42 39 34 29 26 21 18 13 8 5 27.67
bétonnage plot 14 53 53 50 45 42 37 32 29 24 21 16 11 8 3 28.54
bétonnage plot 15 58 58 55 50 47 42 37 34 29 26 21 16 13 8 5 31.50
bétonnage plot 16 61 61 58 53 50 45 40 37 32 29 24 19 16 11 8 3 32.40
fin prise de la
dalle complète
66 66 63 58 55 50 45 42 37 34 29 24 21 16 13 8 3 35.25
superstructures 110 110 107 102 99 94 89 86 81 78 73 68 65 60 57 52 47 79.25
Fin de phasage 110 110 107 102 99 94 89 86 81 78 73 68 65 60 57 52 47 79.25