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Démarche de durabilité pour les bétons de deux ponts emblématiques
Pont Vasco de Gama à Lisbonne - © © Lerm

Démarche de durabilité pour les bétons de deux ponts emblématiques

Le Lerm |  le 29/09/2010  |  EuropeTechnique

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Pour répondre à l'exigence de durabilité des ouvrages exposés à un environnement marin, une démarche spécifique peut être mise en place lors de leur conception et leur réalisation. C'est le cas pour les ponts Vasco de Gama à Lisbonne et Rion Antirion en Grèce (Chronique du Lerm de ce mois-ci).

Aujourd'hui, la durabilité des ouvrages s'inscrit au centre des préoccupations des maîtres d'ouvrages.
Ce souci de la durabilité s'appuie notamment sur la normalisation européenne (Eurocodes et norme EN 206-1) et sur la publication de documents scientifiques de l'AFGC intégrant la notion de durée de vie.
Les ponts Vasco de Gama à Lisbonne et Rion Antirion en Grèce sont exposés à des environnements marins, chimiquement agressifs en raison notamment de la présence de chlorures et de sulfates dans les eaux de l'estuaire du Tage et du Golfe de Corinthe.

L'environnement de l'ouvrage : une formulation adaptée aux bétons exposés aux chlorures.

Le principal risque identifié en termes de durabilité des bétons correspond, pour ces deux ouvrages, à la corrosion des armatures sous l'action des chlorures marins. La spécification principale et particulière à ces ouvrages qui figurait dans le cahier des charges est une exigence de durée de vie de 120 ans pour les bétons de structure dans le but de garantir un faible coût d'entretien et de réparation. La durée de vie a été définie dans les deux cas, comme le temps nécessaire à l'initiation de la corrosion qui correspond lui-même à un seuil de concentration en chlorures au niveau des armatures. Ce seuil a été fixé à 0,4 % pondéral de Cl- par rapport au ciment.
Les bétons ont été formulés suivant les spécifications de la norme européenne EN 206-1 avec des dosages en ciment supérieurs ou égaux à 400 kg/m3 dans les zones les plus exposées et, dans un souci de sécurité, des rapports Eau efficace/Liant équivalent effectifs (0,40) généralement inférieurs à ceux qui sont préconisés par la norme. Dans ces mêmes zones, les profondeurs d'enrobage des armatures sont de l'ordre de 70 à 75 mm.

Choix d'indicateurs de durabilité et modèle de prédiction

La démarche de durabilité adoptée pour quantifier l'objectif de durée de vie requis, a consisté à choisir des indicateurs de durabilité (indicateurs généraux et indicateurs secondaires) parmi lesquels : la perméabilité à l'oxygène, le coefficient de diffusion des ions chlore par un essai de migration sous champ électrique, la résistance à la pénétration des ions chlore, la porosité accessible à l'eau et la profondeur de carbonatation accélérée d'éprouvettes.
Les formulations de bétons ont été sélectionnées selon des critères de performance vérifiant les seuils fixés pour les différents indicateurs choisis. Pendant la phase de construction, et depuis la mise en service, des missions de suivi sont effectuées pour contrôler les bétons de structure, en s'appuyant notamment sur un modèle de prédiction de durée de vie.
Les simulations numériques, réalisées en intégrant les mesures de profondeur de pénétration des chlorures et les valeurs des coefficients de diffusion déterminées sur l'ensemble des bétons à différentes échéances, ont non seulement pour but de vérifier que l'objectif de durabilité est effectivement atteint (teneur en chlorures libres < 0,4% en poids de ciment au droit des armatures) mais également de valider la pertinence du modèle en comparant les résultats des simulations numériques avec ceux obtenus en laboratoire sur des prélèvements in situ. L'originalité du modèle utilisé (voir photos), vient du fait qu'il intègre une possibilité de faire varier les paramètres d'entrée, notamment le coefficient de diffusion, dans l'espace et dans le temps.

Conclusions

Les résultats obtenus à ce jour sur les deux ouvrages montrent une bonne corrélation entre les résultats mesurés in situ et ceux déterminés au moyen du modèle numérique prédictif. Les simulations réalisées sur le modèle ont donc permis de confirmer la pertinence des matériaux choisis, des formulations de bétons, et des épaisseurs d'enrobage retenues par rapport à l'exigence de durée de vie de 120 ans escomptée. La démarche durabilité adoptée apparaît donc pertinente et permet d'espérer, avec un taux de risque satisfaisant, que les objectifs de durabilité fixés pour le matériau, seront atteints.
Une des conclusions primordiales de cette démarche porte sur la synergie fructueuse entre les différents intervenants du projet (gestionnaire / constructeur / laboratoire) qui a permis, dès la phase de conception et pendant la phase de réalisation d'un ouvrage, de faire le choix de solutions rationnelles et adaptées prenant en compte les résultats les plus récents de la recherche en matière de durabilité des bétons, et notamment en matière de prédiction de la pénétration des ions chlore.
Par ailleurs, les recalages mineurs réalisés sur le modèle ont permis, dans le cas du pont Vasco de Gama, de constituer une base de données extrêmement utile, d'une part pour l'amélioration des connaissances en matière de durabilité des bétons armés en ambiance marine, et, d'autre part, pour le développement de nouvelles approches tenant compte d'exigences de plus en plus grandes en ce qui concerne la durée de vie des ouvrages.


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Pont Vasco de Gama à Lisbonne
Pont Vasco de Gama à Lisbonne - © © Lerm
Le Pont Rion Antirion en Grèce
Le Pont Rion Antirion en Grèce - © © Lerm

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