Journée Technique OA mode doux

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Florentin Déry
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1 Journée Technique OA mode doux Pathologies du béton armé Christophe BRICARD DLRCA Département Laboratoire Groupe Ouvrages d'art 29 Mars 2012 Centre d'etudes Techniques de l'equipement de l'ouest

2 SOMMAIRE Structure et propriétés du béton Corrosion des armatures (C0, Cl ) Attaques Sulfatiques Alcali-réaction Gel / Dégel Gel interne 24 Défaut structurel de conception 26 2

3 Structure et propriétés du béton Constituants du béton armé Propriétés du béton armé Le squelette: Granulats La matrice cimentaire: Ciment, Eau, Sable L armature en acier La résistance mécanique L esthétisme et qualité La durabilité (propriété de transfert) Porosité (ouverte et fermée) Fissuration (retrait, traction) L environnement béton armé L exposition (embruns, marnage, immersion) Les sollicitations mécaniques (charges,..) La pollution 3

4 Structure et propriétés du béton Chlorures Dioxyde de Clcarbone CO2 Attaque externe sur les armatures Sulfates SO4 Pollution Chocs, Abrasion Erosion Fissure Porosité ouverte Porosité ouverte Attaque externe sur le béton seul Porosité fermée Attaque interne sur le béton seul Armature 4

5 La corrosion des armatures Le processus de corrosion - Pénétration des Cl- Carbonatation Incubation Béton Sain Initiation Taux de corrosion - Corrosion des armatures - Réduction de section - Réduction de l adhérence acier - béton - Fissuration de la zone d enrobage - Apparition de traces de rouille en surface - Éclatement local du béton Propagation Béton altéré Temps Rouille Fissure 5

6 La corrosion des armatures 6

7 La corrosion des armatures Les origines de la corrosion: Pénétration des ions chlorures dans l enrobage Carbonatation du béton d enrobage ENROBAGE = PROTECTION ARMATURES Phénomène +/- rapide selon les propriétés du béton d enrobage (propriétés de transfert): - Porosité - Compacité - Fissuration 7

8 La corrosion des armatures Carbonatation du béton: Pénétration du CO2 dans le béton: => Transformation de la portlandite (chaux) en carbonate: Ca(OH)2 + CO2 => Ca CO3 Portlandite Calcite => Baisse du ph (Ph < 9) Dépassivation des armatures => Corrosion 8

9 La corrosion des armatures Carbonatation du béton: CO2 CO2 t1 t2 e: ec: ef: ph < 9 ec ph > 9 ef e Enrobage Profondeur béton carbonatée Enrobage efficace Pénétration du CO2 = Loi de diffusion: ec = Dc.t 9

10 La corrosion des armatures Pénétration des Cl-: Teneur en Cl[Cl-] Cl- Cl- [Cl-]critique Cl- Profondeur Cl- Enrobage 10

11 La corrosion des armatures Pénétration des Cl-: Mécanisme de pénétration des Cl-: - Entraînement mécanique par l eau qui pénètre dans le béton sous l effet de l humidification ou d une pression - Si béton constamment humide: pénétration due à un gradient de concentration Loi de diffusion: 2 [Cl ] d[cl] D 2 dt dx D: Coefficient de diffusion des Cl- Source des Cl-: - Constituants du béton (essentiellement les granulats et sables) - Sels de déverglaçage - Sels marins (environnement maritime) 11

12 La corrosion des armatures Pénétration des Cl-: A la profondeur des armatures: Si [Cl-] > [Cl-]critique => Initiation de la corrosion [Cl-]critique 0,4 % (% de la masse de ciment) Ex: Béton dosé à 350 kg/m3 [Cl-]critique = 0,056 % (% de la masse de béton) 12

13 Attaques Sulfatiques «Les sulfates représentent le 2ième risque majeur d agression chimique pour le béton» (Enquête OCDE 1989) Les sources de sulfates sont multiples: Origine extérieure au béton Origine intérieure au béton Sols (Gypse, pyrité) Eaux sulfatiques (eau de mer, eau séléniteuse) Atmosphère (H2S, SO2) Béton Eau de gâchage Granulats Ciment 13

14 Attaques Sulfatiques Attaque sulfatique externe: Etape 1: Sulfate de calcium + Portlandite (eau agressive) (Ciment) => Gypse secondaire Expansion Etape 2: Gypse secondaire + Aluminate de calcium => Ettringite (Ciment) Expansion 14

L expansion se traduit par une fissuration et un éclatement superficiel du

15 Attaques Sulfatiques Attaque sulfatique externe: L expansion est provoquée par la croissance des aiguilles d ettringite. L expansion se traduit par une fissuration et un éclatement superficiel du béton (photos) Les fissures facilitent la pénétration des agents agressifs et accélère le processus de dégradation 15

16 Attaques Sulfatiques Attaque sulfatique externe: 16

des ions sulfates est interne au béton (ciment,

17 Attaques Sulfatiques Réaction sulfatique interne (DEF): DEF: Formation Différée d Ettringite L origine des ions sulfates est interne au béton (ciment, granulats) Trois conditions d apparitions de la pathologie: 17

18 Attaques Sulfatiques Réaction sulfatique interne (DEF): Symptômes: Gonflement du béton à cœur Fissuration / Faïençage en parement 18

19 Attaques Sulfatiques Réaction sulfatique interne (DEF): 19

20 Alcali-Réaction RAG: Réaction Alcali - Granulat Réaction entre les alcalins contenus dans la pâte de ciment et la silice contenue dans les granulats Production d un gel «silico-calco-alcalin» expansif Trois conditions nécessaires pour amorcer et entretenir la réaction: Teneur en alcalins Actifs élevée (essentiellement Apportés par le ciment Na2O,K2O) Zone de marnage Défaut d'étanchéité Défaut de drainage Environnement humide Roches à risque : Gneiss, granit, Calcaire, dolomite RAG Alcalins solubles Granulats réactifs 20

Fissuration en réseau et faïençage Fissuration orientée

21 Alcali-Réaction Symptômes: Apparition des désordres: 2 à 5 ans après la construction (parfois 20 ou 30 ans) Fissuration en réseau et faïençage Fissuration orientée Mouvements, déformations Rupture d armatures Coloration des parements 21

22 Alcali-Réaction 22

23 Alcali-Réaction 23

masse du béton Feuilletage du béton parallèle aux

24 Gel / Dégel Gel interne Phénomène mis en jeu: Symptômes: Micro-fissuration / Fissuration dans la masse du béton Feuilletage du béton parallèle aux faces exposées Phénomène d écaillage (si sel de déverglaçage) 24

25 Gel / Dégel Gel interne 25

26 Défaut structurel de conception Manque d'enrobage sur aciers Manque de ferraillage passif Défaut d'étanchéité 26

27 Manque d'enrobage sur aciers 27

28 Manque de ferraillage passif 28

29 Défaut d'étanchéité 29

30 Merci de votre attention Centre d'etudes Techniques de l'equipement de l'ouest

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