genie civil

1. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
SESSION 9.4
Approche performantielle
de la durabilité des bétons

2. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Approche prescriptive selon la norme NF EN 206-1
Obligation de moyens
Approche normalisée : norme NF EN 206-1
Prescriptions de composition des bétons fonction de l’environnement auquel sera
soumis l’ouvrage pendant sa durée d’utilisation
Approche fondée sur un retour d’expérience de plusieurs décennies
OUVRAGE
PARTIES
D’OUVRAGE
VALEURS LIMITES
SUR LA
COMPOSITION
DU BÉTON
CLASSES
D’EXPOSITION
DURÉE
D’UTILISATION
DE PROJET

3. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Approche prescriptive selon la norme NF EN 206-1
Valeurs limites applicables à la composition et aux propriétés des bétons
La norme NF EN 206-1  Fixe dans une annexe informative les valeurs limites
spécifiées, applicables à la composition du béton
L’annexe nationale  Complète ces dispositions par des valeurs limites
applicables en France et rend celles-ci normatives dans deux tableaux :
 NA.F.1 : BÉTON BPE, BÉTON de CHANTIER, BÉTON PRÉFA
 NA.F.2 : BÉTON PRÉFA
Valeurs limites
Rapport maximal eau efficace / Liant équivalent
Classe de résistance minimale
Teneur minimale en liant équivalent
Teneur minimale en air dans le béton, le cas échéant

4. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Approche prescriptive selon la norme NF EN 206-1
NA.F.1 : valeurs limites applicables en France pour la composition et les
propriétés du béton en fonction de la classe d’exposition
Voir page suivante

5. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Approche prescriptive selon la norme NF EN 206-1
NA.F.1 : valeurs limites applicables en France pour la composition et les
propriétés du béton en fonction de la classe d’exposition
Extrait

6. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Approche prescriptive selon la norme NF EN 206-1
Notion de liant équivalent
Prise en compte possible des additions de type II et certaines additions du type I
 Remplacer le terme « eau/ciment » par « eau/ciment + k.Addition » et l’exigence
relative au dosage par la même exigence appliquée au liant équivalent
Règle française du coefficient k
E/C = Eeff/Ciment + k.A
Liant équivalent = ciment + k.A
Valeurs du coefficient k (NF EN 206-1)
Cendres volantes : de 0,40 à 0,60
Fumées de silice : 2,00 ou 1,00
Laitier moulu : 0,90
Additions calcaires : 0,25
Additions siliceuses : 0,25
A : addition normalisée (kg / m3 ) utilisable dans la limite du rapport A/(A+C) maximal
fonction de la classe d’exposition

7. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Approche prescriptive selon la norme NF EN 206-1
Notion de liant équivalent
Valeur du coefficient k : règles de prise en compte des additions
Nota : i28, i90, h3/28, h3/7 sont des indices d’activité ou de pouvoir hydraulique
déterminés selon les normes d’essais de l’addition considérée

8. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Approche prescriptive selon la norme NF EN 206-1
Méthodes de conception performantielles
Norme NF EN 206-1  Prévoit que les spécifications relatives aux classes
d’exposition puissent être définies en utilisant des méthodes de conception
performantielles
En France, ces concepts sont appliqués pour différentes agressions :
L’alcali-réaction  Recommandations pour la prévention des désordres dus à
l’alcali-réaction (LCPC juin 1994)
Le gel  Recommandations pour la durabilité des bétons durcis soumis au gel
(LCPC décembre 2003)
Carbonatation et pénétration des chlorures  Guide AFGC 2003
Annexe E  Lignes directrices d’application du concept de performance équivalente des
propriétés du béton
Principe  Montrer que le béton se comporte au moins aussi bien que le béton de référence
pour chacune des actions environnementales définies par la norme

9. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Actions environnementales
Attaques et risques de corrosion
CARBONATATION
CHLORURES
GEL / DÉGEL
ATTAQUES
CHIMIQUES
LIXIVIATION
SULFATES ALCALI-RÉACTION
RÉACTION
SULFATIQUE INTERNE
COMBINAISON
DES ATTAQUES
ET RISQUES
DE CORROSION
PARTIE
D’OUVRAGE
EAU DE MER

10. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Principaux processus de dégradation des ouvrages en béton
Pénétration des agents agressifs
 Corrosion des armatures
Attaques gel/degel avec sels de deverglaçage
 Fissuration et écaillage du béton
Réactions chimiques internes
- Alcali-réaction
- Attaques sulfatiques internes
 Gonflement et fissuration du béton
Attaques chimiques
 Corrosion des armatures
 Fissuration du béton
Attaques sulfatiques externes

11. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Durée d’utilisation / Durée de vie
Distinguer  « Durabilité du matériau »
et « Durabilité de la structure »
Durabilité du matériau  Ne suffit pas à assurer
la durabilité de la structure
Durabilité  N’est pas la garantie d’une durée
de vie infinie de la structure, mais un objectif
de qualité

12. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Durée d’utilisation / Durée de vie
Durée d’utilisation de projet – Eurocode NF EN 1990
« Durée pendant laquelle une structure, ou une de ses parties, est censée pouvoir
être utilisée comme prévu en faisant l’objet de la maintenance escomptée, mais
sans qu’il soit nécessaire d’effectuer des réparations majeures »
• Structures de bâtiments et autres structures courantes = 50 ans
• Structures monumentales de bâtiments, ponts et autres ouvrages de génie civil
= 100 ans
Durée de vie - Guide AFGC
Durée de vie réelle  Période au bout de laquelle la structure est reconnue
structurellement ou fonctionnellement obsolète

13. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Durée d’utilisation / Durée de vie
Vis-à-vis de la corrosion des armatures
Période d’incubation
Diffusion des agents agressifs dans la zone d’enrobage jusqu’aux armatures
Dépassivation des armatures par la carbonatation
Période de propagation de la corrosion
Amorçage de la corrosion
Propagation de la corrosion
Incubation
Début de la
corrosion
Propagation
de la corrosion
Ruine de
l’ouvrage
Durée de vie = Durée de la période d’incubation, mais cette Durée de vie est
inférieure au temps nécessaire pour atteindre la ruine de l’ouvrage (Guide AFGC)

14. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Approche performantielle
Obligation de résultats
OUVRAGE
PARTIES
D’OUVRAGE
PERFORMANCES
DU BÉTON
ESSAIS DE
PERFORMANCES
Méthodologie : guide AFGC
Démarche fondée sur des Indicateurs de durabilité, qui s’appuie sur les
connaissances acquises sur la microstructure des bétons, sur les mécanismes
physico-chimiques mis en jeu dans les processus de dégradation et sur les
propriétés de transport
ATTAQUES
ET RISQUES
DE CORROSION
INDICATEURS
DE DURABILITÉ
DURÉE
D’UTILISATION
DE PROJET

15. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Documents de référence
Documents scientifiques et techniques AFGC – Juillet 2004
« Conception des bétons pour une durée de vie
donnée des ouvrages »
Maîtrise de la durabilité vis-à-vis de la corrosion
des armatures et de l’alcali-réaction
Etat de l’art et Guide pour la mise en œuvre
d’une approche performantielle et prédictive
sur la base d’indicateurs de durabilité

16. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Objectifs de l’approche performantielle
Concerne des ouvrages soumis à des agression ou des attaques spécifiques
Pour des durées d’utilisation de projet importantes : 120, 150 ans
Permet de vérifier la durabilité d’une formule de béton conforme à la norme
NF EN 206-1
Permet de qualifier des formulations de béton
Permet de déterminer la durabilité des bétons ou de prévoir l’évolution de
l’ouvrage vis-à-vis d’un processus de dégradation considéré
Complète et renforce la norme NF EN 206-1, en tirant profit de toute l’expertise et
de la recherche de la dernière décennie sur les bétons

17. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Objectifs de la démarche
Approche performantielle prédictive de la durabilité des ouvrages
Ouvrages à construire / en phase de projet
- Définir et formuler des bétons durables
- Prescrire des bétons durables
Ouvrages existants / en phase de service
- Analyser l’état de l’ouvrage
- Évaluer la “durabilité résiduelle” de l’ouvrage
- Contrôler et suivre les bétons dans le temps
- Prédire l’évolution future de l’ouvrage
Méthodologie complète pour la spécification, l’évaluation et la prédiction

18. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Outils de l’approche performantielle
Indicateurs de durabilité
Indicateurs de durabilité généraux
Valables pour la plupart des dégradations : corrosion
Indicateurs de durabilité spécifiques
Valables pour un processus de dégradation donné
Indicateurs de substitution
Essais de performances
Spécifications et valeurs seuils pour chaque indicateur
 Fonction de la durée de vie exigée

19. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Indicateurs de durabilité
Indicateurs représentatifs pour évaluation et prédiction de durabilité matériau
• Indicateurs généraux
Porosité accessible à l’eau
Coefficient de diffusion de chlorures
Perméabilité au gaz
Teneur en portlandite Ca (OH)2
Perméabilité à l’eau liquide
• Indicateurs spécifiques
Variations dimensionnelles / gonflement
Gel : caractéristiques du réseau de bulles d’air
Alcali-réaction : Quantité de silice libérée par les granulats - Concentration en
alcalins équivalents
• Indicateurs de substitution
Porosité accessible au mercure
Résistivité électrique
Coefficient d’absorption capillaire
Coefficient de diffusion du CO2

20. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Indicateurs de durabilité
PARAMÈTRES À DÉTERMINER MÉTHODE
DURÉE
TOTALE DE
L’ESSAI
INDICATEURS
DE DURABILITÉ
GÉNÉRAUX
Porosité accessible à l’eau (%) Pesée hydrostatique 3,5 mois
Coefficient apparent ou effectif de
diffusion des chlorures (m2.s-1)
Migration en régime stationnaire 4 mois
Migration en régime non stationnaire 3,5 mois
Diffusion en régime non stationnaire 6 mois
Perméabilité aux gaz (m2) CEMBUREAU 4,5 mois
Perméabilité à l’eau liquide (m2)
Perméamètre à eau sous pression
(NF P 18-855)
3,5 mois
Teneur en Ca(OH)2
(% massique par rapport au ciment)
ATG 3,5 mois
Analyse chimique 3,5 mois
INDICATEURS
DE
SUBSTITUTION
Caractéristique de la structure poreuse Mesures par intrusion de mercure 3,5 mois
Résistivité électrique (Ω.m) [ANDR 01] 3,5 mois
Isothermes de sorption de vapeur d’eau
Méthode des solutions salines
saturées (LCP n°58)
9 mois
INDICATEURS
SPÉCIFIQUES
À L’ALCALI-
RÉACTION
Quantité de silice libérée par les
granulats en fonction du temps (mol.L-1)
Test cinétique NF P 18-589 ou test
cinétique modifié NF P 18-594
1 à 2
semaines
Bilan des alcalins de la formule de béton
(kg.m-3)
LCP n°37 et n°48 1 semaine
Déformation de gonflement (μm/m) Projet NF P 18-454 5 mois

21. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Paramètres complémentaires aux indicateurs
Densité des microfissures
Nature des hydrates
Taux de saturation en eau
Distribution des volumes poreux
Chaleur d’hydratation
Déformations endogènes
Coefficient de diffusion de la vapeur d’eau
Concentration en chlorure
Peuvent être nécessaires pour mieux évaluer les caractéristiques et propriétés des
bétons, et analyser certains indicateurs
Nombre  Fonction du type d’ouvrage et des types d’agressions et attaques
Variations dimensionnelles des éprouvettes

22. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Essais de performance
Permettent d’évaluer le comportement d’un béton soumis à des sollicitations
physico-chimiques, de façon amplifiée et accélérée, de même nature que celles
auxquelles l’ouvrage sera exposé :
 Gel/dégel
 Alcali-réaction
 Réaction sulfatique interne
Doivent être représentatifs, reproductibles, répétables et leur degré de sévérité
pertinent et adapté

23. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Essais de performance
Principaux essais actuellement développés
Durabilité du béton au gel : Résistance au gel interne - Résistance à l’écaillage en
présence de sels de déverglaçage
Qualification d’une formule de béton vis-à-vis des risques liés à l’alcali-réaction
Carbonatation accélérée
Réactivité d’une formule de béton vis-à-vis d’une réaction sulfatique interne
Lixiviation d’un béton à pH constant

24. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Essais de performance
Permettent de comparer deux formules de béton
 1 formule conforme aux obligations de moyens définies dans les normes
 1 formule dérogeant à une ou plusieurs obligations de moyens
Permettent de vérifier que la 2e formule ne présente pas une durabilité plus faible
Permettent de classer des bétons en fonction de leur résistance et de leur durabilité
à une attaque ou une agression spécifique

25. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Modèles prédictifs
Des modèles prédictifs permettant de déterminer des témoins de durée de vie pour
les indicateurs de durabilité  Développés, calés et validés
Prennent en compte les modifications microstructurales induites par les processus
de dégradation
Utilisés pour la phase de conception de l’ouvrage et pour suivre des ouvrages
existants
Évaluent l’avancement du processus de dégradation
Principaux modèles
Carbonatation des bétons
Pénétration des chlorures
Alcali-reaction
Gel/dégel
Nota - Des modèles couplés sont en cours de mise au point

26. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Etapes de la démarche performantielle
Pour la formulation du béton d’une partie d’ouvrage
Choix de la durée
de vie de
l’ouvrage
Expertise sur les
phénomènes de
dégradation du
béton
Choix des indicateurs de durabilité du béton
et des paramètres complémentaires traduisant
les risques de dégradation
Sélection des spécifications et des seuils adaptés
à chaque indicateur de durabilité
Formulation du
béton
Qualification des
formules de béton
Vérification des
spécifications
Mesure des indicateurs
de durabilité sur
éprouvette
Détermination de
la catégorie
d’ouvrage
Alcali-réaction
RSI
Détermination des actions
environnementales
auxquelles est soumis la
partie d’ouvrage
Corrosion Attaques

27. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Conditions d’application de la démarche
Choix par le maître d’ouvrage de la durée de vie de l’ouvrage
Choix des critères performantiels adaptés à l’ouvrage
Introduction dans le cahier des charges des spécifications relatives aux
propriétés de durabilité :
 Critères d’acceptation : valeurs limites
 Indication de durabilité
En fonction
 Des actions environnementales
 De la durée de vie souhaitée

28. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Limites de l’approche performantielle
Difficulté de déterminer des paramètres pertinents de la durabilité du béton dans un ouvrage
Représentativité des essais pour évaluer les phénomènes à long terme
Durée des essais de performance
Reproductibilité des essais pour mesurer les indicateurs de durabilité
Pertinence et choix des indicateurs de durabilité, ou des essais de performance, représentatifs
des agressions ou attaques du béton, au cours de la durée d’utilisation de l’ouvrage
Valeurs des niveaux de seuils représentatifs de la performance
Durabilité différente de chaque partie d’ouvrage
Incertitude des calculs prédictifs et des modèles théoriques
Validation délicate des modèles de dégradation sur le long terme
Difficultés juridiques liées aux garanties contractuelles

29. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Quelques références d’utilisation de l’approche performantielle
Tunnel sous la Manche : 120 ans
Pont de la Confédération (Canada) : 100 ans

30. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Pont Vasco de Gama (Portugal) :
120 ans
Quelques références d’utilisation de l’approche performantielle
Tunnel de l’Oresund-Link
(Danemark-Suède) : 100 ans

31. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Quelques références d’utilisation de l’approche performantielle
Viaduc de la Medway (Royaume-Uni) :
100 ans
Port de la Condamine (Monaco) :
100 ans

32. PRESCRIPTION DES CIMENTS ET DES BÉTONS
SESSION 9
9.4 Approche performantielle de la durabilité des bétons
Viaduc de Millau : 120 ans
Quelques références d’utilisation de l’approche performantielle
Pont de Rion-Antirion (Grèce) :
120 ans
SOMMAIRE GÉNÉRAL
SOMMAIRE SESSION 9