Conception des réparations structurales et des renforcements des ouvrages d art. Annexe A-4 Evolution des caractéristiques du matériau béton

Transcription

1 Coceptio des réparatios structurales et des reforcemets des ouvrages d art Aexe A-4 Evolutio des caractéristiques du matériau béto

2 Rédactio Daiel POINEAU Jea-Michel LACOMBE Éric LOZINGUEZ Ex-Sétra Cerema Ifrastructures de trasport et matériaux Cerema Ifrastructures de trasport et matériaux Relecteurs Lauret LABOURIE Jea-Christophe CARLES Cerema Nord Picardie Cerema Méditerraée 2

3 Préambule Ce documet costitue ue aexe électroique au guide Cerema de 2015 «Coceptio des réparatios structurales et des reforcemets des ouvrages d art». 3

4 Sommaire Préambule... 3 Sommaire... 4 Itroductio... 6 Historique des bétos pour bétos armés et bétos précotraits Évolutio des caractéristiques mécaiques des bétos Évolutio des méthodes de cotrôle des bétos... 9 Caractéristiques des bétos à predre das u recalcul Résistace des bétos Masse volumique des bétos

5 Page laissée blache itetioellemet 5

6 Itroductio L évaluatio structurale d u ouvrage écessite de coaître les caractéristiques mécaiques des différets matériaux utilisés pour sa costructio. Les développemets et les référeces ci-après fourisset des iformatios sur les évolutios des propriétés mécaiques et des modalités de caractérisatio et de cotrôle du matériau béto et ce depuis le milieu du 19 ème siècle. 6

7 Page laissée blache itetioellemet 7

8 Historique des bétos pour bétos armés et bétos précotraits La fabricatio idustrielle des cimets commece au milieu du 19 eme siècle e même temps que les premières structures e béto armé (barque de Lambot e 1848, caisses à fleurs de Moier, passerelle du château de Chazelet das l Idre par Moier e 1875, etc.). Il faut attedre la fi du 19 eme siècle pour voir apparaître les premiers pots e béto armé (Pot de la rue Vallette à Perpiga, pot de Châtellerault, etc.). Pot de Châtellerault 1898 Les pots e béto armé les plus acies sot maiteat ceteaires. Les premiers pots e béto précotrait e serot costruits que quelques aées avat le début de la secode guerre modiale (pot sur l Oued Fodda e Algérie et pot d Oelle e Wesphalie, etc.). Pot de Luzacy termié e 1947 Les coditios de formulatio, de fabricatio et de mise e œuvre des bétos ot cosidérablemet évoluées au cours du siècle derier. Les bétos acies e peuvet doc être comparés aux bétos actuels, or il est écessaire lors d u recalcul d estimer au plus juste les caractéristiques mécaiques et les propriétés du béto afi de pouvoir calculer avec le miimum d icertitudes la force portate de la structure. Le problème se complique d autat que le béto est u matériau qui vieillit au cours du temps. 8

9 1.1 - Évolutio des caractéristiques mécaiques des bétos Le tableau ci-après doe les caractéristiques mécaiques des bétos courats (bétos pour bétos armés) prises e compte das les otes de calculs des aées 1900 aux aées Cela e veut pas dire que les caractéristiques des bétos d u ouvrage doé sot coformes à ces valeurs. Les bétos des pots exceptioels pouvaiet préseter des résistaces plus élevées (près de 500 kg/cm² à 90 jours pour les bétos des arcs du pot Albert Louppe à Brest). Périodes Valeur de la résistace Type d essai Notatio s Dosage e cimet exprimé e kg/m Moyee Cubes 20x20 R90 ou N kg/cm² 180 kg/cm² 200 kg/cm² R kg/cm² 120 kg/cm² 133 kg/cm² 1920 Moyee Cubes 20x20 R90 ou N kg/cm² 180 kg/cm² 200 kg/cm² 1934 Moyee Cubes 20x20 R kg/cm² 235 kg/cm² 250 kg/cm² 1945 Moyee sur 6 éprouvettes Prismes à base carrée bxb et de 4b de logueur ou cubes de 10 à 20 cm e foctio grosseur du graulat kg/cm² 255 kg/cm² 285 kg/cm² 1960 Nomiale Cylidres 16x32 plus de 12 essais 1980 Caractéristique Cylidres 16x32 ombre d échatillos variable bars 270 bars 300 bars fck 25MPa 30MPa 35MPa E ce qui cocere les bétos pour les pots e béto précotraits, ils sot soumis au jeue âge à des efforts importats de compressio lors des mises e tesio. Aussi, dès les débuts de la précotraite, les bétos furet fortemet dosés e cimet (400kg/m 3 ) pour obteir des bétos de résistace élevée (350 à 400 kg/cm²) Évolutio des méthodes de cotrôle des bétos Il y a lieu de oter das ce tableau, que la méthodologie de mesure de la résistace des bétos a évolué au cours du temps : 1 Dès les débuts du béto armé aux aées 1960, la résistace a été mesurée sur des éprouvettes cubiques (20 cm x 20 cm) et à 90 jours d âge (les cimets durcissaiet relativemet letemet). Pour le béto précotrait, la situatio a perduré jusqu e La résistace des éprouvettes devait atteidre la valeur fixée par les exigeces du marché ; A partir des aées 1960, la résistace a été mesurée sur des éprouvettes cylidriques (16 cm de diamètre x 32 cm de hauteur) et à 28 jours d âge e se référat soit à la résistace omiale (eviro 20 % des éprouvettes pouvaiet e pas atteidre la résistace fixée) soit à la résistace caractéristique qui est e vigueur actuellemet (eviro 5 ou 10 % des éprouvettes peuvet e pas atteidre la résistace fixée). Das u recalcul, il faut pouvoir estimer la résistace caractéristique du béto à partir des iformatios trouvées du dossier de l ouvrage comme les résultats des mesures sur éprouvettes opérées lors des 1 Chapitre 4 de l ouvrage Maiteace et réparatio des pots paru aux Presses de l ENPC e

10 cotrôles sur le chatier. Les formules développées ci-après permettet de passer de la résistace moyee à la résistace omiale et à la résistace caractéristique. Résistace moyee : f cm f ci avec " f " le résultatd ' uessaiet" " le ombredesessais. ci Résistace omiale si le ombre des essais est grad (>30) : f c f cm 0,8s avec " s " l' écartquadratiquemoye s ( f ci f cm ) 2 Résistace caractéristique : (se reporter à la circulaire du 13 août 1973 dite IP2) f ; avec f 1 0, k et f k s ck mi i k1 k2 k1 cm 07 k2 cm Avec : k 1,28 3, le coefficiet k déped du ombre d essais voir le tableau suivat k 1,94 1,69 1,57 1,46 Pour passer de la résistace sur cube à 90 jours à la résistace sur cylidre à 28 jours, il est possible d appliquer la relatio suivate : f c28,cylidre ~ 0,78 f c90,cube Pour passer de la résistace moyee (fcm) à la résistace omiale (fc) et à la résistace caractéristique (fck), il est possible d appliquer les relatios suivates : f ck ~ 0,85 à 0,9 f c ; f c ~ 0,7 à 0,85 f cm Caractéristiques des bétos à predre das u recalcul Résistace des bétos A partir des résultats des essais d écrasemet sur éprouvettes quad ils sot dispoibles das le dossier de l ouvrage, il est possible d estimer la résistace omiale ou caractéristique du béto de la structure, le module de déformatio du béto, etc. Toutes ces caractéristiques permettrot d etrepredre u recalcul. Il est aussi possible de teir compte que le béto cotiu à durcir e vieillissat (ceci est surtout valable pour les bétos acies à grais de cimet grossier et qui peuvet coserver des réserves de chaux dispoibles). 10

11 Si aucu résultat e figure das le dossier de l ouvrage, il est possible d evisager de faire ue campage de carottages suivie d ue auscultatio soique du béto de l esemble de la structure (détermiatio des zoes d isovitesse si les bétos e sot pas trop fissurés). De plus avat les essais d écrasemet des éprouvettes, la vitesse du so devra être cotrôlée. Cet esemble de mesures permettra de relier la résistace du béto et la vitesse du so et doc à partir de la carte des zoes d isovitesses d affecter ue résistace par zoe. L expériece motre que les résultats des mesures sot souvet très dispersés et que l iterprétatio des mesures est délicate comme le motre l exemple ci-après. Éprouvette Vitesse du so m/s Résistace à la compressio e MPa Desité e g/cm ,6 2, ,9 2, ,1 2, ,5 2, ,3 2, ,0 2, ,2 2, ,8 2, ,4 2, ,2 2, ,3 2, ,0 2,28 Moyee ,4 2,24 Écart-type 280 9,2 0,05 Les carottages sur ue structure sot limités e ombre et e diamètre pour des raisos évidetes de coût mais aussi parce qu ils sot destructifs. De plus, il y a pas de relatio ormalisée doat la résistace e compressio d éprouvettes e foctio de leur diamètre. Cepedat l article de Petersos das la revue RILEM de 1971 (vol 4 N 24) idique que la résistace e compressio augmete si le diamètre de l éprouvette dimiue. Par ailleurs, le Comité Techique de l ISO/TC/71 a proposé les facteurs correctifs suivats. Dimesios de l éprouvette ( e mm et h e mm) Facteur de corrélatio 100x200 1,02 150x x400 0,97 250x500 0,95 300x600 0,91 Pour obteir la résistace d u béto, il est possible d utiliser la formule ci-après qui permet de passer de la résistace de la carotte à celle d ue éprouvette 16x32. 11

12 f f c h 0,64 1 h 20 c Avec : le diamètre de la carotte e cm, h la hauteur de l éprouvette e cm (e pricipe h = 2 ) Masse volumique des bétos Jusque vers les aées 1960, la masse volumique du béto pour béto précotrait a été prise égale à 2400 kg/m 3 das les otes de calcul. Lors d u recalcul, il y a lieu de s assurer que cette valeur est pas sous-évaluée. Lors des ivestigatios pour mesurer les caractéristiques des bétos à partir de prélèvemets d éprouvettes, il est égalemet possible de mesurer la masse volumique du béto seul. La masse volumique du béto armé ou précotrait à itroduire das les calculs exprimés e kg/m 3 peut être estimée par la relatio suivate : avec : m la masse volumique mesurée exprimée e kg/m 3 ; g = m+5400 = m+700g a le rapport etre le volume de l acier et celui du béto ; g a la masse e kilogrammes de l acier par mètre cube de béto. Pour les bétos courats, il est possible de predre m = 2370 kg/m 3 : g = = g a Das les recalculs courats, il est possible de predre les masses volumiques suivates : Bétos armés ou précotraits Masse volumiques e kg/m 3 Bétos courats 2500 Bétos légers 1900 Bétos à base de graulats basaltiques 2550 à 2600 Bétos à haute résistace 2550 à

13 Résumé Ce documet costitue ue aexe électroique au guide Cerema de 2015 «Coceptio des réparatios structurales et des reforcemets des ouvrages d art». Il traite de l évolutio des propriétés mécaiques du matériau béto aisi que de ses modalités de caractérisatio et de cotrôle. Ce documet e peut être vedu. La reproductio totale du documet est libre de droits. E cas de reproductio partielle, l accord préalable de l'auteur devra être demadé. Référece : 1747w ISRN : CEREMA-DtecITM FR Directio techique ifrastructures de trasport et matériaux rue de Paris, Sourdu - Tél. : +33 (0) Siège social : Cité des Mobilités - 25, aveue Fraçois Mitterrad - CS F Bro Cedex - Tél. : +33 (0) Établissemet public - Siret