Comment est calculée la durée de vie d'une structure en béton armé?


10

Les spécifications pour les grands projets structurels exigent généralement que la structure ait une durée de vie spécifique. Cela peut être de 50 ans, 100 ans, etc.

L'adaptation à la durée de vie de l'acier peut être aussi simple que l'ajout d'une épaisseur supplémentaire pour tenir compte de la corrosion attendue au cours de cette période. Ce calcul tiendrait également compte de toute variation en fonction des revêtements ou du type d'acier.

L'histoire a montré que les structures en béton non armé peuvent durer des centaines d'années . Les Romains en ont quelques exemples comme le Panthéon .

Le problème avec le béton armé est qu'à terme, l' armature se corrode , se dilate et provoque la fissuration du béton. Il peut également y avoir des problèmes avec les agrégats utilisés.

Comment un concepteur peut-il calculer et, par contrat, garantir la durée de vie d'une structure en béton armé?


Afaik la plupart des bâtiments d'aujourd'hui sont prévus avec 60 ans.
peterh

Cette question semble être le mauvais moyen pour moi. Vous ne concevez pas une structure, puis calculez sa durée de vie; vous déterminez la durée de vie de conception requise, puis la conception pour y répondre. La question devrait peut-être être "Quels aspects de la conception d'une structure en béton sont affectés par sa durée de vie?". De plus, je n'ai jamais entendu parler d'un designer garantissant contractuellement la durée de vie d'une structure.
AndyT

1
@AndyT Vous avez raison de concevoir une structure pour répondre à une durée de vie de conception. Peut-être que la question pourrait être posée d'une manière légèrement différente, mais le résultat final est le même. Comment garantir une durée de vie nominale. Et oui, je l'ai vu dans les contrats.
hazzey

La durée de vie de la conception affecte les charges de conception basées sur des statistiques. Par exemple, la charge du vent dépend de la durée de vie de conception, car plus la durée de vie prévue de la structure est longue, plus il est probable que les vents soient plus forts. Mais, le vent de conception n'est pas garanti de ne pas être dépassé au cours de la vie de conception - c'est une attente statistique, pas un fait dur. Un ingénieur ne peut donc pas garantir que la structure survivra pendant sa durée de vie prévue. (Cela pourrait faire partie d'une réponse à "Quels aspects sont affectés par la durée de vie de conception?", Mais pas "Comment pouvez-vous garantir la durée de vie?")
AndyT

@hazzey Quelle grande (et complexe!) question. J'ai pensé que vous pourriez être intéressé par des recherches en cours pour développer des critères de conception de pont pour une durée de vie de 100 ans . Cela fait longtemps que je suis sur ma liste de lecture - vous m'avez finalement donné la motivation de creuser!
CableStay

Réponses:


9

La vie de conception peut être l'une des deux choses différentes, et elles ne sont pas interchangeables.

Une référence à la «durée de vie de conception de 100 ans» pourrait signifier qu'elle est conçue pour un cas de chargement «1 sur 100 ans» (charge de vent, ou marée de marée, ou autre). Il s'agit uniquement d'un moyen de quantifier l'ampleur du chargement. Cela n'a rien à voir avec la durabilité de la structure, c'est la résistance de la structure.

La question porte sur un autre sujet - la durabilité, et plus particulièrement la durabilité du béton armé. Il est quantifié normalement par référence à l'expérience passée dans l'environnement particulier, vous indiquant quel est le mécanisme de détérioration critique, puis par référence à une solution standard ou par calcul de la durée de vie de ce mécanisme. Les calculs sont normalement dans une certaine mesure empiriques.

Pour une structure «standard», avec une condition d'exposition «normale», des caractéristiques de béton «normales» et des exigences de durée de vie de conception «normales», il y aura des solutions standard dans le code de conception pertinent, qui définit probablement simplement la quantité de couverture qui sera satisfaire la vie de conception. Ce qui constitue `` normal '' dépendra de la juridiction du code de conception - différents mélanges de ciment sont disponibles dans différentes parties du monde, et ce qui est `` normal '' pour un code de conception national dans un pays entièrement tempéré ne le sera pas '' normal »dans les régions tropicales ou polaires.

Par exemple, dans une structure dans la zone d'éclaboussure de la péninsule arabique, l'attaque par le gel ne sera pas un problème, mais l'attaque physique par le sel (ou l'altération par le sel) le sera. L'attaque du gel est l'endroit où l'eau qui gèle dans les pores et les fissures se dilate et brise le béton. L'altération du sel est l'endroit où l'eau salée est absorbée et s'évapore à un rythme tel que les cristaux de sel se développent dans les pores et cassent le béton.

Si un concepteur s'écarte de ce que ses règles de conception locales considèrent comme «normal», ou si l'environnement est particulièrement agressif, ou si les exigences de durabilité sont inhabituellement onéreuses, un calcul spécifique sera nécessaire.

La défaillance la plus courante du béton armé est que l'armature métallique commence à se corroder. L'acier dans le béton ne se corrode pas car le béton a un pH très élevé et l'acier dans un environnement à pH élevé est «passivé» et ne se corrode pas. Cependant, lentement, avec le temps, le dioxyde de carbone de l'atmosphère se diffuse dans le béton et le neutralise. Si vous connaissez les caractéristiques de votre béton, vous pouvez prédire à quelle vitesse cela se produit (par référence à l'expérience empirique).

Ce qui déclenche normalement la corrosion (au moins dans les environnements marins ou salés - par exemple le sel de voirie), cependant, est l'attaque par le chlorure, où les ions chlorure diffusent depuis la surface. Une fois que la concentration des ions chlorure à la surface de la barre aura atteint une valeur critique, la corrosion prendra bientôt racine. Vous pouvez calculer cela, si vous supposez une concentration de chlorure à la surface (à partir de données empiriques), et connaître les caractéristiques du béton (soit des données empiriques, soit en testant la vitesse de diffusion des ions chlorure à travers celui-ci, mais attention, en tant que béton l'âge, ses caractéristiques changent, et vous devez tenir compte de cela), et connaître le seuil critique (à partir de données empiriques).

Il y a un programme gratuit pratique qui fait ce calcul pour vous appelé Life-365 , et il vient d'un comité de l'American Concrete Institute. Il fait le calcul de la diffusion du chlorure pour vous, dessine des graphiques et des trucs, et si vous êtes aux États-Unis, il a même les données empiriques dont vous avez besoin, vous n'avez donc pas besoin de chercher quelles sont les conditions locales. (J'utilise le programme, mais je n'y suis pas associé autrement). Le manuel du programme a une discussion plus détaillée de la science derrière, mais la meilleure chose est que vous pouvez simplement jouer avec lui et voir quel effet changer quelque chose a sur la vie.

Si vous faites le calcaire et que vous n'obtenez pas assez de vie, alors soit vous pouvez mettre l'armature plus profondément (il faut donc plus de temps pour que le chlorure s'y diffuse), soit vous rendez le béton plus résistant au chlorure qui le diffuse, ou vous utilisez une barre qui a besoin d'une valeur seuil plus élevée de chlorure (inoxydable, par exemple), ou vous traitez en surface la barre, ou le béton, ou vous mettez dans des systèmes galvaniques ou électrochimiques, ou des inhibiteurs de corrosion, ou autre chose. Beaucoup de ces choses reviennent à des données empiriques - ils l'ont testé et ont des données de test qui montrent qu'il empêchera la corrosion pendant n ans si vous mettez x quantité de tout.


Vous avez raison, la question concerne la durabilité à long terme et non les périodes d'occurrence de charge.
hazzey

Intéressant! Je peux comprendre la théorie selon laquelle vous pouvez calculer la durabilité théorique à partir de votre type de béton, de la profondeur de l'armature et des conditions locales. Mais en termes de conception réelle, je m'attendrais toujours à ce que ce soit l'inverse. Vous commencez par "J'ai besoin d'une durée de vie de x ans", puis les codes / normes indiquent quelle profondeur d'armature et quel mélange de béton est acceptable.
AndyT

Oui, mais c'est la même chose dans presque tous les designs - vous devinez / connaissez / intuitez la réponse, puis vérifiez qu'elle répond aux exigences. Par exemple, quelle profondeur de poutre en béton utiliser? Il n'y a pas d'équation qui vous indique ce dont vous avez besoin, vous faites une hypothèse et la vérifiez. Pour la durabilité, les codes donnent des indications (dans le sens que vous suggérez), mais si cela compte vraiment ou si c'est un environnement inhabituellement agressif, vous faites un calcul tel que celui fait par life-365.
achrn

1

Je ne peux pas répondre à cette question en termes de structure de bâtiment; cependant, je le peux pour une chaussée en béton armé, qui peut encore vous intéresser.

Conformément aux autres réponses, une conception d'essai de la chaussée est conçue, qui est ensuite évaluée en fonction de la durée de vie de la conception. La charge quittée sur la chaussée est exprimée en termes de répétition d'essieu standard sur la durée de vie nominale. Par exemple, une chaussée peut être conçue pour résister à des répétitions d'essieux standard de 1 x 10 5 sur une durée de vie de 40 ans. C'est ce qu'on appelle les répétitions de conception.

Une chaussée d'essai est sélectionnée, puis une analyse de fatigue est entreprise qui détermine les répétitions autorisées de la chaussée . Les répétitions de conception sont ensuite divisées par les répétitions autorisées et si cette valeur, définie comme le facteur de dommages cumulatifs (CDF), est <1,0, alors votre trottoir survivra à la vie de conception.

Ainsi, CDF = n / N où n = répétitions de conception, N = répétitions autorisées. Notez que vous pouvez effectuer un calcul arrière pour déterminer la durée de vie de la conception si vous connaissiez les autres termes.


De quelles «autres réponses» parlez-vous? Voulez-vous dire les commentaires? Il est souvent préférable de fournir un lien en ligne vers le contenu référencé, par souci de clarté.
Air
En utilisant notre site, vous reconnaissez avoir lu et compris notre politique liée aux cookies et notre politique de confidentialité.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.