Calcul la Durabilité du Béton Armé

Calcul la Durabilité du Béton Armé

Comprendre le Calcul la Durabilité du Béton Armé

Vous êtes un ingénieur en structure chargé de concevoir un poteau en béton armé pour un bâtiment commercial situé dans une zone côtière.

L’objectif est d’assurer la durabilité de ce poteau pour une période minimale de 50 ans, en prenant en compte les risques de carbonatation et de pénétration des chlorures, conformément aux normes Eurocode.

Données:

  • Classe d’exposition : XC4, XD3.
  • Dimensions du poteau : 300 mm x 300 mm x 3 m.
  • Charge verticale : 500 kN.
  • Charge latérale (vent) : 50 kN.
  • Type de béton : C35/45.
  • Type d’acier : B500B.
  • Ciment : CEM I 52,5 R.
  • Environnement : Zone côtière, forte présence de chlorures.
  • Durée de vie souhaitée : 50 ans.
  • Couverture en béton : 55 mm.
  • Coefficient de diffusion des chlorures : \(10^{-12} \, m^2/s\)
  • Concentration de chlorures en surface : 1,2% par masse de ciment.
  • Concentration critique de chlorures : 0,4% par masse de ciment.
  • Facteur de sécurité : 1,5.

Questions:

1. Calculer la couverture minimale du béton nécessaire pour protéger l’acier de la corrosion dans les classes d’exposition données.

2. Évaluer la durabilité du béton face à la carbonatation et à la pénétration des chlorures pour une durée de vie de 50 ans.

3. Proposer des améliorations si nécessaire pour atteindre la durabilité souhaitée.

Correction : Calcul la Durabilité du Béton Armé

1. Détermination de la couverture minimale

Les normes Eurocode spécifient différentes valeurs de couverture minimale en fonction de plusieurs critères, notamment la classe d’exposition de la structure.

Les classes d’exposition sont définies en fonction des conditions environnementales auxquelles la structure sera exposée et des risques spécifiques de dégradation associés à ces conditions.

Dans cet exercice, deux classes d’exposition sont mentionnées :

  • XC4 : Concernant la carbonatation, où le CO2 dans l’air réagit avec le calcium hydroxide dans le béton pour former du carbonate de calcium, réduisant ainsi le pH du béton et permettant la corrosion de l’acier.
  • XD3 : Concernant la pénétration des chlorures, où les ions chlorure pénètrent le béton et atteignent l’acier de renforcement, provoquant directement la corrosion.

Pour ces classes d’exposition, la couverture en béton a été ajustée à 55 mm. Cette décision prend en compte non seulement les exigences minimales des normes pour ces environnements spécifiques mais aussi une marge supplémentaire de sécurité pour garantir la protection à long terme de l’acier contre la corrosion.

2. Calcul de la durabilité

Carbonatation

La profondeur de carbonatation \(D_c\) après 50 ans, en utilisant une vitesse de carbonatation de \(0.8 \, \text{mm/an}\) pour le béton C35/45 dans un environnement côtière, est calculée comme suit :

\[D_c = 0.8 \, \text{mm/an} \times 50 \, \text{ans} \] \[D_c = 40 \, \text{mm}\]

Avec une couverture en béton de \(55 \, \text{mm}\), la structure est protégée contre la carbonatation pour la durée de vie souhaitée.

Pénétration des chlorures

La profondeur à laquelle les chlorures atteignent la concentration critique après 50 ans est déterminée par la formule basée sur la loi de Fick pour la diffusion des chlorures :

\[ x(t) = 2 \sqrt{D \cdot t} \]

où \(D\) est le coefficient de diffusion des chlorures (\(10^{-12} \, \text{m}^2/\text{s}\)) et \(t\) est le temps en secondes. Convertissons 50 ans en secondes :

\[ t = 50 \times 365,25 \times 24 \times 3600 \, \text{s} \]

\[ x(50) = 2 \sqrt{10^{-12} \cdot (50 \times 365,25 \times 24 \times 3600)} \] \[ x(50) = 79 \, \text{mm} \]

La profondeur critique de \(79 \, \text{mm}\) est supérieure à la couverture en béton de \(55 \, \text{mm}\), indiquant un risque de corrosion par les chlorures avant la fin de la durée de vie souhaitée de 50 ans.

3. Optimisation

Pour améliorer la durabilité de la structure face à la pénétration des chlorures, les mesures suivantes sont recommandées :

  • Augmenter la couverture en béton à au moins 80 mm pour dépasser la profondeur critique de pénétration des chlorures.
  • Utiliser un béton de meilleure qualité (par exemple, avec un coefficient de diffusion des chlorures plus bas) pour réduire la vitesse de pénétration des chlorures.
  • Appliquer des traitements de surface (comme des revêtements imperméabilisants ou des inhibiteurs de corrosion) pour réduire l’exposition de l’acier aux chlorures.

Calcul la Durabilité du Béton Armé

D’autres exercices de béton armé:

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