Dimensionnement

4.2.1.1 Classe d’exposition et dur´ee d’utilisation

Les textes normatifs pour la durabilit´e des b´etons s’appuient sur la notion de classes d’expo- sition. Il s’agit de d´efinir le type d’actions et de pathologies qui peuvent s’exercer sur le mat´eriau en fonction de l’environnement dans le lequel l’ouvrage, ou une partie d’ouvrage, va ˆetre expos´e. Ces classes permettent d’imposer des performances de durabilit´e minimum du b´eton en sp´ecifiant des exigences sur la formulation.

La norme NF EN 206-1 [AFNOR, 2004], en conformit´e avec l’Eurocode 2 [AFNOR, 2005], d´efinit 18 classes d’exposition regroup´ees par risque de corrosion (XC, XD, XS) et d’attaques (XF, XA). Elles d´ependent des actions et conditions environnementales dans lesquelles le b´eton ´evolue.

Chaque partie d’ouvrage peut ˆetre soumise simultan´ement `a plusieurs types d’actions. Il convient de pr´eciser la combinaison de classes d’exposition. Le b´eton doit alors satisfaire les limites applicables qui sont les plus exigeantes sur ses propri´et´es.

Description de l’environnement Exemples informatifs Expos´e `a l’air v´ehiculant Structures `a proximit´e XS1 du sel marin, mais pas en d’une cˆote (entre 500 m et

contact direct avec l’eau de mer 1 km de la mer)

XS2 Immerg´e en permanence El´ements de structures marines Zone de marnage El´ements de structures marines XS3 Zone soumise `a des projections Parties d’ouvrages situ´ees

ou `a des embruns entre 0 et 500 m de la mer Tab. 4.1 – Classes d’exposition XS1, XS2 et XS3 [AFNOR, 2004]

La classe XS est relative `a la corrosion des armatures du b´eton par les chlorures de l’eau de mer. Les structures marines et tous les ouvrages situ´es `a moins de 5 kilom`etres des cˆotes sont

concern´es par ce type d’actions environnementales. Le tableau4.1d´ecline les trois sous ensembles de la classe XS en indiquant la description de l’environnement et des exemples informatifs.

Le champ d’application du mod`ele d´eterministe ´etudi´e ici permet de traiter uniquement la classe XS2. Seules les exigences associ´ees `a cette classe d’environnement sont abord´ees par la suite.

Les Eurocodes accentuent la prise en compte de la durabilit´e en consid´erant la notion de dur´ee d’utilisation du projet. Ces dur´ees sont d´efinies dans l’Eurocode 0 [AFNOR, 2003]. Elle correspond `a la p´eriode au cours de laquelle la structure doit rester utilisable en ´etant entretenue, mais sans qu’il soit question de r´eparations majeures.

4.2.1.2 Etat limite et indice cible

Les Eurocodes sont fond´es sur la notion d’Etats Limites. Leur utilisation permet de d´efinir l’´etat d’acceptation de la structure vis-`a-vis d’un crit`ere de performance. Deux ´etats limites sont `

a distinguer [AFNOR, 2003] :

– l’Etat Limite de Service (ELS) qui s’applique lorsque sont consid´er´es aussi bien le fonc- tionnement de la structure, ou des ´el´ements structuraux, en utilisation normale, le confort des personnes et l’aspect de la construction,

– l’Etat Limite Ultime (ELU) qui concerne la s´ecurit´e des personnes et/ou la s´ecurit´e de la structure.

Concernant la durabilit´e, la dur´ee de vie des structures en b´eton est agenc´ee suivant deux p´eriodes qui pilotent le processus de d´egradation [Tuuti, 1982] comme illustr´e sur la figure4.2: – une p´eriode d’incubation pendant laquelle les agents agressifs transitent dans le mat´eriau mais les processus physico-chimiques de la corrosion ne sont pas amorc´es. Elle correspond donc au temps n´ecessaire pour que les aciers soient d´epassiv´es par la p´en´etration des chlorures.

– Apr`es la d´epassivation, la corrosion devient possible. Sa progression, qui d´epend des condi- tions d’exposition de l’ouvrage, peut conduire `a la ruine. Cette phase correspond `a une p´eriode de propagation.

Diff´erents ´etats limites possibles pour lesquels la structure doit ˆetre dimensionn´ee peuvent ainsi ˆetre d´efinis [DURACRETE, 2000] :

– ELS 2 : apparition des premi`eres fissures dues aux produits de corrosion,

– ELS 3 : ´eclatement du b´eton en parement (si la chute n’induit pas de mise en danger), – ELU : effondrement de la structure par perte de section des aciers.

Fig. 4.2 – Evolution de la corrosion des aciers dans le b´eton [Tuuti, 1982]

Un facteur important dans l’´evaluation probabiliste de la dur´ee de vie d’une structure concerne la d´efinition de l’indice de fiabilit´e vis´e au bout d’un certain temps d’exposition.

Classe de Description Exemples de bˆatiments

cons´equences et de travaux de g´enie civil

Cons´equence peu ´elev´ee en termes Bˆatiments agricoles normalement CC1 de perte de vie humaine, et inoccup´es (par exemple, bˆatiments

cons´equences ´economiques, sociales ou de stockage), serres d’environnement faibles ou n´egligeables

Cons´equence moyenne en termes Bˆatiments r´esidentiels et de CC2 de perte de vie humaine, cons´equences bureaux, bˆatiments publics

´economiques, sociales ou o`u les cons´equences de la d´efail- d’environnement consid´erables lance seraient moyennes (par

exemple bˆatiment de bureaux) Cons´equence ´elev´ee en termes Tribunes, bˆatiments publics o`u

CC3 de perte de vie humaine, ou les cons´equences de la

cons´equences ´economiques, sociales d´efaillance seraient ´elev´ees ou d’environnement tr`es importantes (par exemple salle de concert) Tab. 4.2 – D´efinition des classes de cons´equences [AFNOR, 2003]

L’Eurocode 0 [AFNOR, 2003] d´efinit trois classes de fiabilit´e (RC1, RC2 et RC3) repr´esentant chacune d’elle un indice de fiabilit´e minimum recommand´e. Ces classes de fiabilit´e sont `a associer aux classes de cons´equence d´efinies dans le tableau 4.2 [AFNOR, 2003].

Le tableau 4.3pr´esente les indices de fiabilit´e β minimum et les probabilit´es de d´efaillance Pf maximums correspondantes associ´ees aux classes de fiabilit´e RCipour un Etat Limite Ultime

ou de Service et une dur´ee de r´ef´erence de 50 ans.

Classe de Fiabilit´e ELU ELS

RC1 3,3 / 10−3 -

RC2 3,8 / 10−4 1,5 / 0,067

RC3 4,3 / 10−5 -

Tab. 4.3 – Indice de fiabilit´e β minimum / Probabilit´e de d´efaillance Pf maximum, selon la

classe de fiabilit´e [AFNOR, 2003]

Dans les normes europ´eennes, la valeur de 1,5 est propos´ee pour l’indice de fiabilit´e, sans pour autant pr´eciser l’´etat limite de service (ELS1, ELS2, ELS3).

Le domaine de validit´e du mod`ele d´eterministe de comportement utilis´e dans la m´ethodologie permet de traiter l’ELS1, qui sera donc l’´etat limite retenu. L’indice de fiabilit´e β vis´e `a 50 ans sera de 1,5. Ces deux choix permettent de rester en accord avec les ´etudes d´ej`a entreprises :

– l’ELS1 est celui utilis´e dans l’approche performantielle de la durabilit´e [AFGC, 2004] o`u la dur´ee de vie des structures en b´eton arm´e est ´evalu´ee `a partir de la dur´ee de la p´eriode d’incubation,

– l’indice de fiabilit´e 1,5 est celui syst´ematiquement appliqu´e pour l’amor¸cage de la corro- sion [Schiessl et al., 1997] [DURACRETE, 2000]

L’objectif de dimensionnement probabiliste est donc de s’assurer que pour un mat´eriau et un enrobage donn´es, la probabilit´e de d’amor¸cage de la corrosion, caract´eris´e par une concentration critique, est inf´erieure `a 6,7 %, c’est-`a-dire que l’indice de fiabilit´e est sup´erieur `a 1,5.