Événement / AFGC

La réaction sulfatique interne dans les bétons: du laboratoire au patrimoine d’ouvrages

  • 1 juillet 2021
  • 16h - 18h
  • Gratuit
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Présentation

Soirée débat AFGC

La réaction sulfatique interne dans les bétons : du laboratoire au patrimoine d’ouvrages

Animée par Alain Sellier (LMDC Toulouse)

  1. Introduction à la problématique de la réaction sulfatique interne (15 minutes)

Alain Sellier (LMDC Toulouse)

La réaction sulfatique interne (RSI) résulte d’un cycle de dissolutions-reprécipitations de l’ettringite dans la porosité du béton. Les pressions de recristallisation peuvent dans certaines conditions conduire à une fissuration microstructurale se traduisant par un gonflement du béton de l’ordre du pourcent à l’échelle de la structure. Ce gonflement, s’il n’est pas homogène, va générer à son tour des macro-fissurations structurales induites par les gradients de gonflement. Généralement ces dernières nuisent à la durabilité de l’ouvrage en laissant migrer d’autres agents agressifs pour le béton ou corrosifs pour les aciers. Les raisons physico-chimiques et les mécanismes micromécaniques à l’origine de la RSI peuvent être synthétisés par une série de mécanismes élémentaires contrôlant les conditions d’apparition et les effets de la RSI [1]. Après une brève revue de ces mécanismes, nous verrons comment les répercuter dans un calcul d’ouvrage avec l’objectif d’en déterminer ses performances résiduelles.

[1]  A. Sellier and S. Multon, “Chemical modelling of Delayed Ettringite Formation for assessment of affected concrete structures,” Cem. Concr. Res., vol. 108, pp. 72–86, Jun. 2018, doi: 10.1016/j.cemconres.2018.03.006. Free version in HAL Link

  1. Etude multi-échelle de la réaction sulfatique interne (RSI) dans les bétons (15 minutes)

Loïc Divet (Université Gustave Eiffel) et Jacques Jabbour (IRSN)

La RSI est une pathologie susceptible de se produire suite à un échauffement du béton (> 65°C) au jeune âge qui engendre à long terme un phénomène de gonflement du matériau. La compréhension parfaite des processus de vieillissement des bétons fait appel à des notions multi-échelles (micro, méso et macro/ouvrage). Cette élévation de température génère des modifications conséquentes de la microstructure des bétons résultant de processus chimiques, thermiques et hydriques. Différentes techniques d’analyse ont été mises en œuvre pour étudier ces transformations physico-chimiques et minéralogiques à l’échelle microscopique.  L’effet d’échelle sur la cinétique et l’amplitude des gonflements a été étudié à partir de différentes géométries d’éprouvettes de laboratoire et de la conception de démonstrateurs en vraie grandeur.

 

3. Modélisation thermo-chemo-mécanique des structures atteintes de RSI (15 minutes)

Jean-François Seignol (Université Gustave Eiffel)

La modélisation par éléments finis est un outil précieux pour le diagnostic, l’évaluation et le pronostic des ouvrages en béton atteints de réaction sulfatique interne. Appréhender cette pathologie nécessite la prise en compte de phénomènes couplés, ce qui peut conduire au développement de modèles complexes et délicats à utiliser. Nous donnerons un aperçu des outils numériques existants, de leurs développements en cours et des perspectives d’évolution.

4. Ouvrage d’art ferroviaire atteint de RSI – investigations, caractérisations et suivi de l’ouvrage (15 minutes)

Jean-Marie Brito (SNCF) et François Spataro (Cerema)

A travers un pont ferroviaire de SNCF RESEAU est présenté une gestion du phénomène de RSI. Sont présentés les origines des désordres (étanchéité du tablier, l’environnement du site, les conditions de réalisation), la caractérisation du désordre (prélèvements) et le suivi du désordre (indice de fissuration et suivi automatique). Une modélisation de plusieurs piles a été menée à l’aide du logiciel CESAR-LCPC afin d’estimer les comportements au jeune âge (montée en température du béton) et à terme de ces structures atteintes de RSI. Les résultats de la modélisation de l’évolution de la RSI et leur confrontation à la réalité des structures donnent une prospective qualitative sur le comportement à venir des piles et peuvent orienter sur les solutions conservatoires envisageables. De plus, elles permettent d’alimenter les recherches en cours à l’UGE et au Cerema.

  1. Stratégie de gestion d’un parc d’OA atteint de RSI (15 minutes)

Nicolas Bardou (Vinci autoroutes), Jean-Luc Dabert (APRR), Yannick Jeanjean (SANEF), Sylvain Lopez (Vinci autoroutes)

Depuis la fin des années 1990, un nouveau type de pathologie frappe de nombreux ouvrages d’art français. Il s’agit de la Réaction Sulfatique Interne. Cette pathologie provoquant des fissurations liées aux gonflements internes des bétons, est la conséquence, entre autre, d’une mauvaise maitrise de la température atteinte dans les bétons pendant leur phase de pris. Certains procédés constructifs conjugués aux choix de certains ciments sont particulièrement propices à l’apparition de ce phénomène. Suivant la teneur en produit potentiellement réactif et en fonction de certains facteurs environnementaux (hygrométrie, exposition météorologiques) ou de la teneur du béton en alcalins, les conséquences pour l’ouvrages peuvent être importantes : limitation des états de services, perte de portance, voir atteinte des états limites ultimes. Pour faire face à ce fléau, dont la cinétique est généralement lente, les concessionnaires privés ont élaboré des stratégies de gestion de ces ouvrages. Du suivi au diagnostic, des études de caractérisation aux modélisations de l’évolution de la pathologie, les concessionnaires autoroutiers français ont construit d’ambitieux plans d’action pour juguler ce phénomène. Si aujourd’hui, les prescriptions s’avèrent efficaces pour prévenir l’apparition de cette pathologie, les techniques de traitement des ouvrages atteints restent au stade expérimental, même si les études les plus récentes sont plutôt encourageantes.

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