Prévention, modélisation et réparation des ouvrages atteints de RSI
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La réaction sulfatique interne (<strong>RSI</strong>) dans les bétonsOpération <strong>de</strong> recherche nationale (pilotage LCPC)Prévention, modélisation <strong>et</strong> réparation <strong><strong>de</strong>s</strong><strong>ouvrages</strong> <strong>atteints</strong> <strong>de</strong> <strong>RSI</strong>(Programme LCPC n°11N052)Club Ouvrages d’Art – 12 décembre 2007 - Besançon1
Opération <strong>de</strong> recherche sur la <strong>RSI</strong> Objectifs1 - connaître les moyens nécessaires pour concevoir <strong><strong>de</strong>s</strong><strong>ouvrages</strong> exempts <strong>de</strong> réaction sulfatique interne2 - mieux gérer les <strong>ouvrages</strong> <strong>atteints</strong> <strong>de</strong> c<strong>et</strong>te pathologie Organisation <strong>de</strong> la recherche en 4 suj<strong>et</strong>s suj<strong>et</strong> 1 : Etu<strong>de</strong> <strong><strong>de</strong>s</strong> métho<strong><strong>de</strong>s</strong> préventives suj<strong>et</strong> 2 : Expérimentation sur structures suj<strong>et</strong> 3 : Modélisation numérique suj<strong>et</strong> 4 : Traitement <strong>et</strong> réparation <strong><strong>de</strong>s</strong> <strong>ouvrages</strong>2
Suj<strong>et</strong> 1 - Prévention Objectifs• Caractérisation du phénomène• Mise en évi<strong>de</strong>nce <strong><strong>de</strong>s</strong> paramètres moteurs ouinhibiteurs <strong>de</strong> la réaction• Finalisation d’un essai <strong>de</strong> performance sur béton Étu<strong><strong>de</strong>s</strong> <strong>et</strong> recherches• Étu<strong><strong>de</strong>s</strong> paramétriques (cycle <strong>de</strong> température,humidité ambiante, composition <strong>de</strong> béton : type <strong>de</strong>ciment, additions, entraîneurs d’air…)• Combinaison <strong>de</strong> paramètres- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -• Représentativité <strong>de</strong> l’essai• Reproductibilité inter-laboratoires <strong>de</strong> l’essai
Suj<strong>et</strong> 1 - Productions Réalisation <strong><strong>de</strong>s</strong> <strong>ouvrages</strong> neufs – Prévention <strong><strong>de</strong>s</strong> risques• Recommandations (août 2007)• Essai <strong>de</strong> performance (n°66)Deux productions importantes ont été publiées récemment comme suite autravaux organisés au sein du suj<strong>et</strong> 1 : un gui<strong>de</strong> technique <strong>et</strong> un essai.Le gui<strong>de</strong> technique « Recommandations pour la prévention <strong><strong>de</strong>s</strong> désordres dus àla réaction sulfatique interne » présente les précautions à prendre pour éviter lesdésordres. Ces précautions sont plus ou moins contraignantes en fonction <strong>de</strong> lacatégorie <strong>de</strong> l'ouvrage (caractère acceptable ou non <strong><strong>de</strong>s</strong> désordres sur l'ouvrageou une partie d'ouvrage) <strong>et</strong> <strong>de</strong> la classe d'exposition (caractère aggravant ou nondu milieu extérieur). Le croisement <strong><strong>de</strong>s</strong> <strong>de</strong>ux paramètres précé<strong>de</strong>nts perm<strong>et</strong> ladéfinition d'un niveau <strong>de</strong> prévention. Le niveau <strong>de</strong> prévention engendre ensuitecertaines précautions relatives à la température maximum du béton au jeune âgeau sein <strong>de</strong> la pièce ou à la composition du béton.L'essai <strong>de</strong> performance du béton vis à vis <strong>de</strong> la réaction sulfatique internecaractérise le caractère réactif ou non d'une formulation <strong>de</strong> béton. C<strong>et</strong>teformulation est soumise à un cycle <strong>de</strong> température au jeune âge puis à unvieillissement accéléré du béton durci afin <strong>de</strong> déterminer, sur une pério<strong>de</strong> <strong>de</strong> 12à 15 mois si la formulation présente ou non un risque <strong>de</strong> gonflement différé du àla <strong>RSI</strong>.
Suj<strong>et</strong> 2 – Expérimentations sur structures Objectifs• Étudier le couplage chimico-mécanique dans les bétons<strong>atteints</strong> <strong>de</strong> <strong>RSI</strong>• Fournir <strong><strong>de</strong>s</strong> données <strong>de</strong> calage pour le suj<strong>et</strong> 3 Étu<strong><strong>de</strong>s</strong> <strong>et</strong> recherche• Expérimentations sur structures « poutre » <strong>et</strong> éprouv<strong>et</strong>tes• Différents états thermiques, hydriques <strong>et</strong> mécaniques
Suj<strong>et</strong> 3 - Modélisation Objectifs• Améliorer les outils <strong>de</strong> modélisation <strong>et</strong> <strong>de</strong> prédiction ducomportement <strong><strong>de</strong>s</strong> structures atteintes sur la base <strong><strong>de</strong>s</strong>modules existants dans CESAR-Lcpc pour la Réaction Alcali-Silice (TEXO, DTNL, ALKA…) Étu<strong><strong>de</strong>s</strong> <strong>et</strong> recherche• Implantation d’un nouveau module (SULF)• Calage du modèle
Suj<strong>et</strong> 3 - Structuration Agencement <strong><strong>de</strong>s</strong> modules dans CESAR - LcpcCalcul hydriqueCalcul thermiqueCalcul thermiqueau jeune âgePotentiel <strong>de</strong>gonflementIncrément <strong>de</strong> déformationchimique imposée anisotropeCalcul <strong>de</strong> l’avancementInfluence <strong>de</strong> la contrainte surle gonflementCalcul mécaniqueDéplacements, déformations <strong>et</strong> contraintesLa structure du logiciel perm<strong>et</strong> <strong>de</strong> déterminer trois paramètres <strong>de</strong> base : larépartition hydrique, les températures au sein <strong>de</strong> la pièce au jeune âge <strong>et</strong> à terme.En fonction <strong>de</strong> ces paramètres, le logiciel est en mesure <strong>de</strong> déterminer lepotentiel <strong>de</strong> gonflement du béton ainsi que l'avancement <strong>de</strong> la réaction au sein <strong>de</strong>la pièce. Les calculs prennent en compte <strong>de</strong> manière incrémentale l'évolution <strong>de</strong>l'état mécanique (déformations <strong>et</strong> contraintes) au sein <strong>de</strong> la pièce souschargement extérieur <strong>et</strong> gonflement du à la <strong>RSI</strong>.Le logiciel perm<strong>et</strong>tra à terme <strong>de</strong> coupler les réactions <strong>de</strong> <strong>RSI</strong> <strong>et</strong> <strong>de</strong> RAS.
Suj<strong>et</strong> 4 – Traitement <strong><strong>de</strong>s</strong> <strong>ouvrages</strong> <strong>atteints</strong> Objectifs• Étudier <strong><strong>de</strong>s</strong> solutions possibles <strong>de</strong> protection, renforcement<strong>et</strong> réparation d’<strong>ouvrages</strong> <strong>atteints</strong>• Expérimentation en laboratoire <strong>et</strong> sur <strong>ouvrages</strong>• Production d’un gui<strong>de</strong> <strong>de</strong> traitement <strong><strong>de</strong>s</strong> <strong>ouvrages</strong> <strong>atteints</strong>en complément du gui<strong>de</strong> <strong>de</strong> gestion Étu<strong><strong>de</strong>s</strong> <strong>et</strong> recherches• Caractérisation <strong>de</strong> revêtements suréprouv<strong>et</strong>tes• Essais <strong>de</strong> renforcements sur corpsd’épreuve• Réparations, renforcements ouprotections sur <strong>ouvrages</strong> + suivi
Suj<strong>et</strong> 4 – Champ d’expérimentation Traitement <strong><strong>de</strong>s</strong> <strong>ouvrages</strong> mala<strong><strong>de</strong>s</strong> - laboratoire• Armatures métalliques (la plupart <strong><strong>de</strong>s</strong> <strong>ouvrages</strong> à traiter sont armés)• Fibres <strong>de</strong> carbone (piste <strong>de</strong> renforcement par l'extérieur)– Lamelles Discontinues (renforcement)– Tissus Continu Étanche (renforcement + protection)• Revêtement « étanche » par peinture époxy<strong>de</strong> polyami<strong>de</strong>(support peu fissurant <strong>et</strong> surface protégée)• Précontrainte tridimensionnelle• Chemisage béton indépendant ?
Suj<strong>et</strong> 4 – Champ d’expérimentation Traitement <strong><strong>de</strong>s</strong> <strong>ouvrages</strong> mala<strong><strong>de</strong>s</strong> - réparationsPlusieurs actions <strong>de</strong> réparations ont été entreprises ou le seront dans un avenirproche. Les photos présentent :* la démolition/reconstruction du chevêtre du viaduc <strong>de</strong> Fozières dans l'Hérault(en haut à gauche)* la réparation <strong>et</strong>/ou protection du pont sur le Doubs <strong>de</strong> Gevry dans le Jura (àdroite)* les chevêtres <strong>de</strong> PS sur l'A71 (en bas à gauche) dont les étu<strong><strong>de</strong>s</strong> <strong>de</strong> traitementsont en cours