Désagrégation des bétons de plusieurs ouvrages de l'Autoroute A4

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Désagrégation des bétons de plusieurs ouvrages de l'Autoroute A4

  1. 1. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Journées techniques Ouvrages d’Art 2012 Sourdun Mercredi 9 et Jeudi 10 mai Désagrégation des bétons de plusieurs ouvrages de l’autoroute A4: diagnostic et travaux Y. Jeanjean, S. Masoni - SANEF S. Lavaud, L. Divet - IFSTTAR 9 mai 2012
  2. 2. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 CONSTATS 2009 : Très forte activité calcite à travers les dalles des PRAD PRAD A4 _ Présentation 7/7/2010 2/20
  3. 3. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 PRESENTATION• Problématique : – Ouvrages de type PRAD (Poutres Précontraintes à fil adhérent), avec encastrement par une entretoise unique sur appuis, construits en 1973 (d’origine: étanchéité: 1 cm, enrobé à froid: 4 à 12 cm, enduit bi-couche). – Forte activité calcite et accroissement des désordres en 2009, d’où prises de décisions urgentes : • Prélèvements par carottages des bétons de dalles et entretoises en Novembre 2009 _ résultats critiques imposant limitation trafic fin 2009 • Campagne de Diagnostic complémentaire en Février 2010 • Présentation rapport Mars 2010 _ décision de démolition reconstruction • Recalcul ouvrages / justification structure en phase démolition PRAD A4 _ Présentation 7/7/2010 3/20
  4. 4. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Prélèvements béton par carottage Carottage hourdis en rive de dalle entre C1 et P2 Carottage sur l’entretoise TPC – Pile P3 PRAD A4 _ Présentation 7/7/2010 4/20
  5. 5. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Détail Entretoise sur Pile PRAD A4 _ Présentation 7/7/2010 5/20
  6. 6. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Mesures immédiates prises : interdiction de circulation des PL sur les PS et mise en place de dispositif provisoire pour pallier le risque potentiel de rupture de la liaison poutres/entretoise sur pile . PRAD A4 _ Présentation 7/7/2010 6/20
  7. 7. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Caractéristiques du béton: Pour les 5 ouvrages expertisés (hourdis et entretoises): • Ciment utilisé: ciment Portland composé: CEMII/A-M (S-V) - laitiers (10 à 20%) - cendres volantes - dosage moyen en ciment : 380 kg/m3 • Matériaux granulaires: 72% du béton - dosage moyen : 1600 kg/m3 - majoritairement calcaires (51 à 66%) - silicatés (10 à 20%) • Porosité: 13 à 20%  durabilité moyenne à très faible* vis-à-vis de la pénétration de l’eau et du transfert d’éléments agressifs dans la structure *cf. classes de durabilité selon le document de l’AFGC « Conception des bétons pour une durée de vie donnée des ouvrages » 7/20
  8. 8. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Caractéristiques du béton:• Dosage des alcalins dans le béton: Ouvrages PS64.8 PS83.8 PS85.3 PS96.4 (h: hourdis PI100 e:entretoise) h e h e h e h e 3** Na2Oéq. kg/m 3,7 3,7 4,0 5,0 4,5 3,4 1,7 2,3 2,9 - Recommandations pour la prévention des désordres dus à l’alcali-réaction: Na2Oéq. Moy. = 3 kg/m3 (max. admissible: 3,3 kg/m3) - PS96.4 et PI100: lessivage possible des alcalins par infiltration d’eau• Profil de concentration en chlorures: PI100 sens Ouvrages PS96.4 (hourdis) PI100 sens Paris/Province Province/Paris Couche 3/6 4/6 5/6 6/6 2-3 cm 5-6 cm 11 cm 14 cm 2-3 cm 6-7 cm >9 cm % Cl-/ciment 0,2 0,1 0,2 0,1 1,4 0,7 0,1 0,1 0,7 1,0 0,6 - Seuil de concentration admis en ions chlorures libres: 0,4 % par rapport à la masse de ciment - PI100: • apport probable des chlorures par les sels de déverglaçage • carottage en BAU (écoulement des sels fondus, concentration sur bas-côtés) • reflète le défaut d’étanchéité 8/20
  9. 9. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Etat du béton lors du prélèvement Carottage difficile… PS96.4 PI100 Province/Paris PI100 Paris/Province 9/20
  10. 10. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Analyse pétrographique 2 mm 0,4 mm 0,4 mm x10 X50 X50 - remplissage de pores et fissures par le colorant bleu - fissures d’une dizaine de µm traversant le grain calcaire - grains fins de calcaire arrondis (probablement d’origine alluvionnaire) - grains fins de silex arrondis et grains de quartz anguleux (concassage) - forte porosité des granulats calcaires et de la matrice cimentaire risque de développement d’une - présence de silex en faible quantité réaction alcali-silice, mais - teneur élevée en alcalins vraisemblablement modérée 10/20
  11. 11. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Examens au Microscope Electronique à balayage 200 µm 200 µm Gel d’alcali-réaction Ettringite massive dans la porosité du craquelé localisé granulat et n’ayant pas généré de fissures  Faible développement Formation d’ettringite due au de la réaction alcali-silice phénomène de dissolution/précipitation (défaut d’étanchéité) 11/20
  12. 12. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Examens au Microscope Electronique à balayage 200 µm 100 µm Granulat calcaire fortement poreux Matrice cimentaire plutôt microporeuse Cendres volantes 12/20
  13. 13. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Examens au Microscope Electronique à balayage 1 mm 1 mm Béton contenant des Béton contenant des granulats courants granulats poreux 13/20
  14. 14. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Essais d’écaillage (adaptation de la norme XP P 18-420) ouvrage: PI100 - Valeur seuil de la masse de particules écaillées en fin d’essai: 750 g/m² - Masse obtenue pour ces éprouvettes : 3 200 g/m² • Béton non résistant à l’écaillage • Granulats gélifs en présence de sel 14/20
  15. 15. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Essais de gel modéré (adaptation de la norme NF P 18 425)ouvrage: PS85.3 - désagrégation partielle des éprouvettes d’où arrêt des essais avant la fin des 300 cycles - nombreux granulats éclatés sous l’effet du gel - fissuration de la pâte et déchaussement des granulats en fin d’essai • béton non résistant au gel modéré • granulats gélifs 15/20
  16. 16. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Conclusion Pourrissement du béton (dégradation des dalles de tabliers de pont en Belgique – BLPC n°232)• symptômes visuels: - délamination du béton - présence de stalactites en intrados (arrivées d’eau)• cause: gel/dégel associé à la présence de chlorures• origine: déficience de l’étanchéité associée à l’utilisation de granulats gélifs• effets secondaires: - localement: alcali-réaction (silex + alcalins) - ettringite due au phénomène de dissolution/précipitation Nécessité : - d’une intervention sur les ouvrages atteints - d’une surveillance des ouvrages de conception identique 16/20
  17. 17. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Démolition - Reconstruction Etat du béton de dalle 17/20
  18. 18. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Démolition - Reconstruction 18/20
  19. 19. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Démolition - Reconstruction 19/20
  20. 20. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Ouvrage après reconstruction 19/20
  21. 21. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Merci pour votre attention Remerciements: • Département MAT - IFSTTAR: C. Castella, B. Duchesne-Jacqueminet, F. Ladouceur, A. Plantet, G. Platret, B. Zitoun • Département GER - IFSTTAR: S. Guedon, F. Martineau • DLL – CETE Lyon: S. Boulanger, M. Dierkens 20/20

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