Prévention, modélisation et réparation des ouvrages atteints de RSI

La réaction sulfatique interne (RSI) dans les bétonsOpération de recherche nationale (pilotage LCPC)Prévention, modélisation et réparation desouvrages atteints de RSI(Programme LCPC n°11N052)Club Ouvrages d’Art – 12 décembre 2007 - Besançon1

Opération de recherche sur la RSI Objectifs1 - connaître les moyens nécessaires pour concevoir desouvrages exempts de réaction sulfatique interne2 - mieux gérer les ouvrages atteints de cette pathologie Organisation de la recherche en 4 sujets sujet 1 : Etude des méthodes préventives sujet 2 : Expérimentation sur structures sujet 3 : Modélisation numérique sujet 4 : Traitement et réparation des ouvrages2

Sujet 1 - Prévention Objectifs• Caractérisation du phénomène• Mise en évidence des paramètres moteurs ouinhibiteurs de la réaction• Finalisation d’un essai de performance sur béton Études et recherches• Études paramétriques (cycle de température,humidité ambiante, composition de béton : type deciment, additions, entraîneurs d’air…)• Combinaison de paramètres- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -• Représentativité de l’essai• Reproductibilité inter-laboratoires de l’essai

Sujet 1 - Productions Réalisation des ouvrages neufs – Prévention des risques• Recommandations (août 2007)• Essai de performance (n°66)Deux productions importantes ont été publiées récemment comme suite autravaux organisés au sein du sujet 1 : un guide technique et un essai.Le guide technique « Recommandations pour la prévention des désordres dus àla réaction sulfatique interne » présente les précautions à prendre pour éviter lesdésordres. Ces précautions sont plus ou moins contraignantes en fonction de lacatégorie de l'ouvrage (caractère acceptable ou non des désordres sur l'ouvrageou une partie d'ouvrage) et de la classe d'exposition (caractère aggravant ou nondu milieu extérieur). Le croisement des deux paramètres précédents permet ladéfinition d'un niveau de prévention. Le niveau de prévention engendre ensuitecertaines précautions relatives à la température maximum du béton au jeune âgeau sein de la pièce ou à la composition du béton.L'essai de performance du béton vis à vis de la réaction sulfatique internecaractérise le caractère réactif ou non d'une formulation de béton. Cetteformulation est soumise à un cycle de température au jeune âge puis à unvieillissement accéléré du béton durci afin de déterminer, sur une période de 12à 15 mois si la formulation présente ou non un risque de gonflement différé du àla RSI.

Sujet 2 – Expérimentations sur structures Objectifs• Étudier le couplage chimico-mécanique dans les bétonsatteints de RSI• Fournir des données de calage pour le sujet 3 Études et recherche• Expérimentations sur structures « poutre » et éprouvettes• Différents états thermiques, hydriques et mécaniques

Sujet 3 - Modélisation Objectifs• Améliorer les outils de modélisation et de prédiction ducomportement des structures atteintes sur la base desmodules existants dans CESAR-Lcpc pour la Réaction Alcali-Silice (TEXO, DTNL, ALKA…) Études et recherche• Implantation d’un nouveau module (SULF)• Calage du modèle

Sujet 3 - Structuration Agencement des modules dans CESAR - LcpcCalcul hydriqueCalcul thermiqueCalcul thermiqueau jeune âgePotentiel degonflementIncrément de déformationchimique imposée anisotropeCalcul de l’avancementInfluence de la contrainte surle gonflementCalcul mécaniqueDéplacements, déformations et contraintesLa structure du logiciel permet de déterminer trois paramètres de base : larépartition hydrique, les températures au sein de la pièce au jeune âge et à terme.En fonction de ces paramètres, le logiciel est en mesure de déterminer lepotentiel de gonflement du béton ainsi que l'avancement de la réaction au sein dela pièce. Les calculs prennent en compte de manière incrémentale l'évolution del'état mécanique (déformations et contraintes) au sein de la pièce souschargement extérieur et gonflement du à la RSI.Le logiciel permettra à terme de coupler les réactions de RSI et de RAS.

Sujet 4 – Traitement des ouvrages atteints Objectifs• Étudier des solutions possibles de protection, renforcementet réparation d’ouvrages atteints• Expérimentation en laboratoire et sur ouvrages• Production d’un guide de traitement des ouvrages atteintsen complément du guide de gestion Études et recherches• Caractérisation de revêtements suréprouvettes• Essais de renforcements sur corpsd’épreuve• Réparations, renforcements ouprotections sur ouvrages + suivi

Sujet 4 – Champ d’expérimentation Traitement des ouvrages malades - laboratoire• Armatures métalliques (la plupart des ouvrages à traiter sont armés)• Fibres de carbone (piste de renforcement par l'extérieur)– Lamelles Discontinues (renforcement)– Tissus Continu Étanche (renforcement + protection)• Revêtement « étanche » par peinture époxyde polyamide(support peu fissurant et surface protégée)• Précontrainte tridimensionnelle• Chemisage béton indépendant ?

Sujet 4 – Champ d’expérimentation Traitement des ouvrages malades - réparationsPlusieurs actions de réparations ont été entreprises ou le seront dans un avenirproche. Les photos présentent :* la démolition/reconstruction du chevêtre du viaduc de Fozières dans l'Hérault(en haut à gauche)* la réparation et/ou protection du pont sur le Doubs de Gevry dans le Jura (àdroite)* les chevêtres de PS sur l'A71 (en bas à gauche) dont les études de traitementsont en cours