3 presentation rsi phenomene guide 2008-05-22 cle2a5864
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LaLa rraction sulfatique interneaction sulfatique interne
(RSI)(RSI) dansdans lesles bbtonstonsPrPrsentation du phsentation du phnomnomnene
etetGuide deGuide de prprventionvention
P.P.DantecDantec -- Club OAClub OAAuvergneAuvergne--LimousinLimousin -- 2222 maimai 20082008(( ddapraprss exposexpos de L.de L.DivetDivet et B.et B.GodartGodart LCPC)LCPC)
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IntroductionIntroduction Les sulfates
un risque majeurdagression chimique pour le btonun phnomne dexpansion en relation avec la formation dettringite
Les sources en sulfates peuvent tre dorigine :
externe (sol, liquide, gaz)
dgradation progressive depuis la surface vers le cur de la pice enbton
interne : RSI (formation diffre de lettringite)
remobilisation des sulfates du ciment
dgradation gnralise de la pice en bton
La principale cause (indispensable mais pas suffisante)
une lvation de la temprature pendant la prise du bton T > 65C
2 types de bton concerns : - btons tuvs
- btons de pices massives (ou critiques)
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Exemple denregistrements destempratures du bton dune pice
massive (4x5x6 m)
ComparaisonComparaisonbton tuv / bton massif
dure de la priode de latence
0 4 h / 10 12 h
dure de maintien haute temp..
4 10 h / plusieurs jours
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LLchauffementchauffement desdes bbtonstons dede grandegrande massemasse
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1987 1er cas identifi en prfabrication
Traverses de chemin de fer
Finlande, Tepponen et Eriksson
1996 1er cas dans les btons couls en place
Fondation de pylnes de lignes lectriquesEtats UnisEtats Unis,,HimeHime
1997 1er cas en FranceChevtre sur pile
Pont dondes, Divet et al.
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HistoriqueHistorique
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Ouvrages atteintsOuvrages atteints
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Ouvrages atteintsOuvrages atteints
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RecommandationsRecommandations (guide 2007)(guide 2007)
Ces recommandations reprennent certains concepts de basequi ont tendance tre ngligs, voire oublis
structures coules en place :
viterdes rythmes de construction soutenus au dtriment de ladurabilit des structures
optimisation multicritres du choix du ciment et de laformulation du bton (viter CEM I 52,5 R dans une pice massive)
viter le coulage de pices massives lors des fortes chaleur siaucune disposition pour limiter lchauffement
structures constitues de produits prfabriqus :
viterdes Tmax leves avec des dures de palier longues
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LesLes principesprincipes desdes recommandationsrecommandations
Ncessit dune dmarche prventive
Viser une durabilit lchelle de 100 ans
viter de bouleverser les pratiques de formulation desbtons
viter de bouleverser les pratiques de construction
En tant que raction de gonflement interne, essayer desuivre une dmarche proche de celle suivie pour lalcali-raction
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LaLa ddmarche prmarche prventiveventive
Les bases de la mthode
Identifier les parties douvrages susceptiblesde dvelopper une RSI Choisir la catgorie dans laquelle se trouvelouvrage (ou la partie)
Caractriser lenvironnement
Implique le niveau de prvention quidtermine alors les prcautions prendre
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Identifier les partiesIdentifier les parties ddouvrageouvrage
Les produits prfabriqus en bton subissant un traitementthermique
Les parties douvrages dfinies comme tant des picescritiques La notion de pice massive nest pas pertinente annexe 3
Semelle de 1,5 m dpaisseur :
C30/37 dos 370 kg/m3 de CEM III/A 42,5 N Tmax = 49CVoile de 0,6 m dpaisseur :
C40/50 dos 400 kg/m3 de CEM I 42,5 R Tmax = 65C
Dfinition dune pice critique : Pice de bton pour laquelle la chaleurdgage ne sera que trs partiellement vacue vers lextrieur et conduira une lvation importante de la temprature du bton (Epaisseur au moins
suprieure 0,25 m)
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CatCatgoriser lgoriser l ouvrage ououvrage ou la pila picece
3 catgories reprsentatives du niveau de risque vis--visde la RSI que lon est prt accepter pour un ouvrage :
Choix dcid par le matre douvrage
Ce choix est fonction :
de la nature de louvrage
de sa destination
des consquences des dsordres sur la scuritsouhaite
de son entretien ultrieur
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-Btiments racteurs des centrales nuclaires et arorfrigrants-Barrages
-Tunnels-Ponts ou viaducs exceptionnels-Monuments ou btiments de prestige-Traverses de chemin de fer
Catgorie IIIConsquences
inacceptables ouquasi inacceptables
-Les lments porteurs de la plupart des btiments et les ouvragesde gnie civil (dont les ponts courants) -La plupart des produits prfabriqus structurels (y compris lescanalisations sous pression)
Catgorie II
consquences peutolrables
-Ouvrages de classe de rsistance infrieure C 16/20-lments non porteurs des btiments
-lments aisment remplaables-Ouvrages provisoires-La plupart des produits prfabriqus non structurels
Catgorie Iconsquences faibles
ou acceptables
Exemples douvrages ou dlments douvrageCatgorie
CatCatgoriser lgoriser l ouvrage ououvrage ou la pila picece
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ClassesClasses ddexpositionexposition
La norme NF EN-206-1 ne dfinit pas de classe dexpositionadapte la RSI
3 classes complmentaires XH1, XH2 et XH3 sont cres prennent en compte le fait que leau ou une hygromtrieambiante leve sont des facteurs ncessaires la RSI
Ces 3 classes viennent en complment des 18 classes dexpositiondfinies dans la norme NF EN 206-1
Elles doivent tre spcifies au CCTP pour chaque partie douvrage
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-Partie douvrage submerge en permanence dans leau-Elments de structures marines-Un grand nombre de fondations-Partie douvrage rgulirement expose des
projections deau
en contact durableavec leau :
-Immersion permanente-stagnation deau la
surface-zone de marnage
XH3
-Partie douvrage situe lintrieur de btiments o letaux dhumidit de lair ambiant est lev
-Partie douvrage non protge par un revtement etsoumis aux intempries, sans stagnation deau lasurface-Partie douvrage non protge par un revtement etsoumise des condensations frquentes
alternancehumidit-schage,
humidit leve
XH2
-Partie douvrage situe lintrieur de btiments o le
taux dhumidit de lair ambiant est faible ou moyen-Partie douvrage situe lextrieur et abrite de lapluie
sec ou humidit
modre
XH1
Exemples informatifs illustrant le choix desclasses dexposition
Description delenvironnement
Classesexposition
ClassesClasses ddexpositionexposition
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Choix du niveauChoix du niveau dede prprventionvention
de la responsabilit du matre douvrage
DsCsAsIII
Risque inacceptable
CsBsAsII
Risque peu tolrable
AsAsAsI
Risque faible ou acceptable
XH3XH2XH1Classe
dexpositionCatgorie douvrage
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Choix du niveauChoix du niveau dede prprventionvention
Exemple dapplication un pont class en catgorie II
Pieux et semelles de fondation : niveau Cs
Piles et tablier : niveau Bs
Chevtre sur pile et sommiers sur cule : niveauBs ou Cs
fonction des dispositions prises pour assurerlvacuation des eaux
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Principe de laPrincipe de la prprventionvention
Le principe de prvention repose essentiellement
sur la limitation de lchauffement du btoncaractris parTmax susceptible dtre atteinte au sein de
louvrage Les recommandations donnent des outils de calcul de
lchauffement du bton
mthode simplif ie permettant destimer si les picessont considres comme critiques outil dalerte
tude plus fine en utilisant un code de calcul auxlments finis qui prend en compte la chaleur dgagepar le bton lors dun essai spcifique
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Pour viter tout dgagement de chaleur excessif nonmatris du bton
ll convient de mettre en uvre les moyenspossibles :
choix de la formulation et des constituants du bton
choix de la priode de btonnage refroidissement du bton frais
dispositions constructives adaptes
Mthode de calcul simplifie dans le guide
Principe de laPrincipe de la prprventionvention
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NiveauNiveau dede prprventionventionAsAs
Soit Tmax < 85C
Soit 85C < Tmax < 90C
et dure (Tmax > 85C) < 4 heuresDans le cas dun traitement thermique matris(en usine de prfabrication ou installations sur chantier)
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Soit Tmax < 75C
Soit 75C < Tmax < 85C
Dans ce cas, une des 6 conditions suivantes doit trerespecte :
soit (1) dure < 4 heureset Na2Oquivalent actifs du bton < 3 kg/m3
soit (2) utilisation dun ciment conforme la normeNF P15-319 (ES) avec pour les CEM I et CEM II/A :
Na2Oquivalent actifs du bton < 3
kg/m3
NiveauNiveau dede prprventionvention BsBs
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Suite
Une des 6 conditions suivantes doit tre respecte :
soit (3) utilisation de ciments non conformes la normeNF P15-319 (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
et SO3 du ciment < 3% et C3A du clinker < 8%
soit (4) vrification de la durabilit du bton vis--vis de
la RSI laide de lessai de performance
NiveauNiveau dede prprventionvention Bs (suite)Bs (suite)
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Suite.
Une des 6 conditions suivantes doit tre respecte :
soit (5) utilisation en combinaison avec du CEM I, decendres volantes, de laitiers de haut fourneau et depouzzolanes
et proportion daddition > 20 %
et ciment CEM I : C3A < 8 % et SO3 < 3%
soit (6) pour les lments prfabriqus : 5 conditions de
rfrences demploi
NiveauNiveau dede prprventionvention Bs (suite)Bs (suite)
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NiveauNiveau dede prprventionvention CsCs
Soit Tmax < 70C
Soit 70C < Tmax < 80C
Dans ce cas, une des 6 conditions suivantes doit trerespecte :
les conditions sont les mmes que pour le niveau Bs
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NiveauNiveau dede prprventionvention DsDs
Soit Tmax < 65C
Soit 65C < Tmax < 75C
et utilisation dun ciment conforme la normeNF P15-319 (ES) avec pour les CEM I et CEM II/A :
Na2Oquivalent actifs du bton < 3
kg/m3
et validation de la formulation du bton par unlaboratoire indpendant expert en RSI
2 prcautions proposes, la premire tant prioritaire
C
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Avec lvolution des matriaux et des techniques deconstruction, les tempratures augmentent dans leslments de structures, et cette pathologie va se
dvelopper si rien nest fait.
Comme pour lalcali-raction, il nexiste pas de
traitement efficace et fiable pour les ouvrages atteintsde la raction sulfatique interne par formation diffredettringite
Pour sen prmunir, une dmarche prventive est doncncessaire
ConclusionsConclusions