Béton fibré ultra-performant pour améliorer la durabilité des dalles de roulement de pont Prof. Eugen Brühwiler ENAC – MCS : Maintenance, Construction et Sécurité des ouvrages Ecole Polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL)
LAVOC : Journée Technique 2006 – Chaussées écologiques
Tables des matières Sollicitations sévères des ouvrages en béton Idée conceptuelle BFUP – ses propriétés au service de l‘ingénieur Applications Conclusions
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Points faibles d’ouvrages en béton vulnérables aux endommagements (corrosion, …) :
Expositions sévères : Contact direct avec l’eau (contaminée avec des chlorures): Le béton armé conventionnel ne résiste pas assez longtemps ! 3
« Durcir » certaines zones pour améliorer la durabilité de l’ouvrage :
Béton Fibré Ultra-Performant (BFUP) pour résister contre les actions sévères Le « high-tech » respecte et valorise l’éprouvé !
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Améliorer les dalles de roulement de pont
Idée : construction mixte BFUP – béton armé : éléments de structure avec exposition sévère (chlorure) éléments de structure avec action mécanique élevée BFUP béton armé
béton armé à hautes performances
béton armé conventionnel
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Concept d’application « Un manteau d’hiver durable pour les ponts »
béton armé
Î dalle de roulement après élimination du béton d’enrobage (contaminé de chlorures) 6
Concept d’application « Un manteau d’hiver durable pour les ponts »
BFUP béton armé
Îcoulage d’une couche (3 cm) de BFUP étanche Îcure conventionnelle pendant 8 jours 7
Concept d’application « Un manteau d’hiver durable pour les ponts »
enrobé bitumineux BFUP béton armé
Îenrobé bitumineux et d’une épaisseur de 4cm (p.e.x. AB 11N) [sans étanchéité en lés, p.ex. LBP (lés bitume polymère)] Îtraitement de surface de l’interface BFUP / enrobé avec une émulsion (év. cloutage) 8
Concept d’application « Un manteau d’hiver durable pour les ponts »
enrobé bitumineux BFUP béton armé
Îcombiner le BFUP avec de barres d’armatures pour renforcer la dalle 9
Idée conceptuelle : améliorer la performance !
simplifier les travaux et réduire les sources d’erreur ne pas augmenter le coût d’intervention réduire la durée des chantiers et des coûts d’utilisateur améliorer la durabilité des ouvrages et réduire le coût de maintenance
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Idée conceptuelle : Construction composée BFUP – Béton armé
BFUP (semelle de traction ou compression)
Fonction protectrice:
Fonction de portance et de protection:
• „enduit épais“ (Î étanchéité)
• améliorer le comportement structural (rigidité) • augmenter la résistance 11
BFUP – sa composition : CEMTECmultiscale® CM 23 Fumée de silice
Ciment CEM I 52.5
SF / C = 0.26
1400 kg/m3 Super-fluidifiant : 1 %
Sable de quartz dmax=0.5 mm 80 kg/m3
Eau / liant = 0.155
Micro-fibres « laine d’acier »
Macro-fibres L=10 mm, D=0.2 mm
Fibres en acier : 700 kg/m3 12
BFUP – ses propriétés au service de l’ingénieur
Fabrication, transport et mise en place aisés et similaires au béton conventionnel
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BFUP – ses propriétés au service de l’ingénieur
Comportement à la traction amélioré (14 MPa) et écrouissant Résistance à la compression: 200 MPa, module E = 50 GPa 14
BFUP – ses propriétés au service de l’ingénieur
BFUP
Absorption capillaire: 45 g/m 2 . h
(très bon béton: 200)
Étanchéité et absence de fissures à l’état de service
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BFUP – ses propriétés au service de l’ingénieur Un matériau « cher » : 4 à 6’000 francs / m3 ou 120 à 180 francs / couche de 3 cm à utiliser pour simplifier (réduire le nombre de procédés) à utiliser pour être plus rapide à utiliser seulement là où il vaut son argent ! … pour comparer: 2 à 4’000 francs/m3 mortier spécial
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Application 1: Remise en état et élargissement du Pont sur la Morge près de Sion
Intervenants: MO : Canton du Valais Concept, conseils et contrôle de qualité: MCS-EPFL Projet détaillé : PRA Ingénieurs Conseils SA, Sion Production des matériaux: Proz Frères SA, Riddes Entrepreneur : Evéquoz SA, Conthey 17
Application 1: Remise en état et élargissement d’un pont
Exécution : octobre / novembre 2004
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Application 1: Remise en état et élargissement d’un pont
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Application 1: Remise en état et élargissement d’un pont
Coût d‘intervention : + 12% par rapport à la méthode conventionnelle (coût estimé)
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Application 2: Revêtement des parapets d’un pont
BFUP (3cm)
MO : Canton d‘Argovie exécution : août / sept. 2006 A1 Furtbachbrücke, Würenlos AG
Défi: Mise en place du BFUP dans l‘espace étroit de 3cm entre le coffrage et le béton normal 21
Application 2: Revêtement des parapets d’un pont
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Application 3: Construction d’un passage supérieur MO: Landesamt Hessen, Wiesbaden Allemagne Exécution: juin 2007
Nouvelle construction; BFUP préfabriqué (bordures) et coulé sur place (joints, rotule, couche étanche de la dalle) Fonction de portance du BFUP: résistance sur appui et rotule Construction rapide: 25 jours pour la superstructure 23
Projets en étude : Remplacement du béton d‘enrobage (6 cm) de la partie d‘une pile de pont fortement exposée aux éclaboussures Élargissement d‘un pont: gabarit routier et bande pour piéton et cyclistes : couche supérieure et dalle en porte-à-faux en BFUP ; pas d‘augmentation des charges permanentes
EPFL, Projet de Master: S.Kost, 2006
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Développements en cours : Développement d‘un BFUP pour le marché suisse Optimisation du BFUP: fibrage, réduction de la quantité de ciment, adjuvants Combinaison du BFUP avec des barres d’armatures en acier amélioré Divers aspects: Corrosion de surface, coulage vertical, réalisation de pentes > 2.5% Etude d‘applications: équipements, bâtiments Mise en pratique et diffusion de la technologie …
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Conclusions – BFUP pour la réhabilitation BFUP: un matériau „high-tech“ fabriqué et mis en place de manière conventionnelle BFUP pour améliorer les „points faibles“ d‘ouvrages en béton BFUP pour améliorer la performance (durabilité, résistance, économie) des ouvrages en béton Construction composée BFUP – béton armé BFUP – un matériau prêt pour une ingénierie de structure créative et innovante … pour améliorer la construction en béton ! 26
Remerciements Partenaires: EPFL (dès 1999); Staatssekretariat für Bildung und Forschung (dès 2002); Fonds National Suisse FNS (dès 2004); KTI, Cemsuisse und vonMoos Stahl (dès 2006); ASTRA (dès 2006), Communauté européenne (dès 2006) Applications: Canton du Valais; Canton d’Aargovie; Landesamt Hessen, Wiesbaden Allemagne; ... Groupe BFUP au MCS-EPFL: Dr Emmanuel Denarié, Dr Katrin Habel, Prof. Jean-Philippe Charron, Aicha Kamen, John Wüst, Andrin Herwig, Cornelius Oesterlee, Dr Hamid Sadouki, Prof. Minoru Kunieda.
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Références Brühwiler, E. & Denarié, E & Habel, K. (2005). Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete for advanced rehabilitation of bridges. Proceedings fib Symposium "Keep Concrete Attractive", Budapest, 2005. Brühwiler, E., Denarié, E., Putallaz, J.-C, (2005) Instandsetzung einer Betonbrücke mit ultrahochleistungsfähigem Faserfeinkornbeton (UHLFB). Beton- und Stahlbetonbau, 100. Jahrgang, Heft 8, August 2005. Denarié E. (2005). Structural rehabilitations with Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concretes (UHPFRC), Keynote lecture, Int. Conf. on Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting – ICCRRR’05, November 2005, Cape Town. Denarié E., Wuest J., Putallaz J.C., Brühwiler E., (2005), Béton Fibré Ultra Performant: première application en réhabilitation, Tracés n° 17, 2005. Habel K.: Structural behaviour of composite “UHPFRC-concrete” elements, Doctoral thesis, Swiss Federal Institute of Technology, Lausanne, Switzerland, 2004. Habel K., Denarié E., Brühwiler E., (2005), "Bauteile aus ultrahochleistungsfähigem Faserbeton (UHPFRC) und traditionellem Stahlbeton". Beton-und Stahlbetonbau, Vol. 100, No 2, February 2005. Denarié E, Brühwiler E., (2001), "Comportement d’Eléments de Structure Hybrides formés de Béton Traditionnel et de Matériaux Cimentaires Avancés", (RF)2B Journées Scientifiques, Université Laval – Québec, 2001. Rossi P., Development of new cement composite material for construction, Proceedings of the International Conference on Innovations and Developments In Concrete Materials and Construction,, University of Dundee, Ed. by R. K. Dhir, P. C.Hewlett, L. J. Csetenyi, pp 17-29, Dundee, Scotland, September, 2002. 28
