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Version 2007 Etat des connaissances sur le dimensionnement du béton projeté Com

Version 2007 Etat des connaissances sur le dimensionnement du béton projeté Comité Technique Asquapro ASQUAPRO Comité Technique Fascicule « dimensionnement » version juillet 2007 Page 2 sur 28 Etat des connaissances sur le dimensionnement du béton projeté Comité technique ASQUAPRO Comité Technique Fascicule « dimensionnement » version juillet 2007 Page 3 sur 28 Table des matières 1 Introduction .............................................................................................................................................................. 3 2 Connaissances générales sur les caractéristiques mécaniques des bétons projetés ............................................ 3 2.1 Résistance mécanique .......................................................................................................................................... 3 2.2 Module d’Young .................................................................................................................................................. 4 2.3 Coefficient de Poisson ........................................................................................................................................ 4 2.4 Retrait .................................................................................................................................................................. 4 2.5 Fluage .................................................................................................................................................................. 4 3 Renforcement des structures existantes .................................................................................................................. 4 3.1 Renforcement adhérent ........................................................................................................................................ 4 3.1.1 Essais sur poutres .......................................................................................................................................... 5 3.1.1.1 Adhérence du béton projeté au béton support ........................................................................................ 5 3.1.1.2 Adhérence des armatures ....................................................................................................................... 6 3.1.1.3 Essais de flexion de poutres renforcées par béton projeté armé ............................................................. 6 3.1.1.1 Essais en effort tranchant de poutres renforcées par béton projeté armé ............................................. 10 3.1.1.2 Conclusions ......................................................................................................................................... 12 3.1.2 Application à la conception d'un renforcement de structure ....................................................................... 13 3.1.2.1 Les matériaux existants ........................................................................................................................ 13 3.1.2.2 La décomposition des charges ............................................................................................................. 13 3.1.2.3 Matériaux apportés .............................................................................................................................. 13 3.1.2.4 Conduite du dimensionnement............................................................................................................. 13 3.1.3 Dispositions spécifiques liées au transfert des forces ................................................................................. 17 3.1.4 Dispositions spécifiques liées au retrait ...................................................................................................... 19 3.1.4.1 Rappel .................................................................................................................................................. 19 Cas d'un revêtement (de protection) sans armature ..................................................................................... 19 Cas d'une projection avec armature additionnelle ....................................................................................... 19 Dispositions particulières ............................................................................................................................ 19 3.1.5 Ouvrages avec précontrainte ....................................................................................................................... 20 3.1.6 Cas d'emploi de fibres ................................................................................................................................. 21 3.1.7 Essais sur contre-voûtes sur ouvrages en maçonnerie ................................................................................ 22 3.2 Renforcement collaborant des buses métalliques .............................................................................................. 23 4 Les structures neuves ............................................................................................................................................. 24 4.1 Les structures neuves de forme libre ................................................................................................................. 24 4.2 Les Parois .......................................................................................................................................................... 24 4.2.1 Parois clouées ............................................................................................................................................. 24 4.2.2 Parois berlinoise ......................................................................................................................................... 24 5 Les ouvrages souterrains ........................................................................................................................................ 25 5.1 Emploi du béton projeté en soutènement ........................................................................................................... 25 5.2 Renforcement de tunnels par contre-vôutes adhérentes ..................................................................................... 25 5.3 Renforcement de tunnels par coques indépendantes .......................................................................................... 25 5.3.1 Coques confinées au contact de l’intrados .................................................................................................. 25 5.3.2 Coques indépendantes sans butée ............................................................................................................... 26 5.4 Galeries hydrauliques et techniques ................................................................................................................... 26 6 Bibliographie ........................................................................................................................................................... 27 ASQUAPRO Comité Technique Fascicule « dimensionnement version 2007 Page 4 sur 28 1Introduction Ce fascicule a pour objectif de faire le point sur les méthodes de dimensionnement du béton projeté, aussi bien pour les structures neuves que pour les structures existantes. Il traite des différents domaines d’emploi du béton projeté armé ou fibré, mis en œuvre par voie sèche ou par voie mouillée. A noter toutefois que pour les applications structurelles, seule la voie sèche est adaptée et permet la justification des sections selon les règles du BAEL ou de l''Eurocode 2, Calcul des structures en béton. Pour les ouvrages sans fonction structurelle, il est également fait référence aux règles du BAELsur le pourcentage minimum d'armatures pour tenir compte des effets du retrait et des sollicitations thermiques, règles que l'on retrouve dans l'Eurocode 2. De plus, le bon enrobage des armatures lors de la projection du béton est un point fondamental pour la qualité des travaux. C’est aussi un point délicat. C’est pourquoi le critère de jugement du test de certification ASQUAPRO du porte-lance est l’absence de vide à l’arrière des armatures . Ce fascicule traite tout d’abord des connaissances générales sur les caractéristiques mécaniques des bétons projetés puis aborde successivement : •le renforcement des structures existantes, •Les structures neuves, •Le cas des ouvrages souterrains. Il ne traite pas des ouvrages sans fonction structurelle (protection de talus contre l’érosion, revêtements de merlons de bacs de rétention pour le recueil d’eaux industrielles ou d’hydrocarbures en cas d’accident, piste de skate-board, etc.). Dans ce cas, il faut mettre en œuvre le pourcentage minimum d’armatures pour tenir compte des effets du retrait et des sollicitations thermiques. L’aspect « mise en œuvre » est traité dans le fascicule technique ASQUAPRO correspondant. En particulier, pour le choix entre la voie sèche ou la voie mouillée., se reporter au §2.5. 2Connaissances générales sur les caractéristiques mécaniques des bétons projetés Les valeurs données ici le sont à titre indicatif. Elles dépendent essentiellement des formulation utilisées et des critères de choix des granulats indiqués dans le fascicule ASQUAPRO « formulation ». Elles sont principalement issues des travaux de thèse de Sylvie Gérômey sur la formulation des bétons projetés [Gérômey, 2003]. On se réfèrera à ce document pour connaître les formulations des bétons testés. 2.1Résistance mécanique La classification des résistances en compression des bétons mis en oeuvre par projection se fait comme pour les bétons coulés, à partir du tableau figurant dans la norme NF EN 206-1, sur les classes de résistance à la compression pour les bétons de masse volumique normale et les bétons lourds. On notera toutefois que les essais sont réalisés sur des éprouvettes cylindriques ou cubiques de dimensions supérieures pour les bétons coulés que pour les bétons projetés (cylindres 15x30 ou 16x32, cubes 15x15x15 cm en bétons coulés ; carottes 6x12 cm pour les bétons projetés). Pour la projection par voie sèche, les valeurs de résistance à la compression couvrent les classes C25/30 à C60/75. Pour la projection par voie mouillée, les valeurs de résistance à la compression couvrent les classes C25/30 à C35/45. ASQUAPRO Comité Technique Fascicule « dimensionnement version 2007 Page 5 sur 28 2.2Module d’Young Les essais montrent que le mode de projection influe sur les valeurs du module : - pour la voie sèche, en fonction de la formulation, la valeur de E est comprise entre 30 et 44 Gpa, -pour la voie mouillée, la valeur de E ne dépasse pas 25 GPa. 2.3 Coefficient de Poisson Le BAEL et l'Eurocode 2 Partie 1.1donnent une valeur v =0,20 pour les bétons coulés. A titre indicatif, pour les bétons projetés dans le cadre de la thèse de S. GEROMEY, la valeur moyenne du coefficient de Poisson est de v =0,21 pour la projection par voie sèche et de v =0,23 pour la projection par voie mouillée. 2.4Retrait Il existe très peu d’études sur le retrait du béton projeté, les travaux effectués dans le cadre de la thèse de S.GEROMEY montrent que les déformations mesurées à l’échéance de 1an restent faibles : •pour les formulations voie sèche, ces valeurs sont situées dans une fourchette de 0,009mm/m à 0,013 mm/m, •pour la voie mouillée, ces valeurs – comparables aux bétons coulé de formulation équivalente – sont situées dans une fourchette de 0,030 mm/ m à 0,033 mm/m. La valeur du retrait est pratiquement 3 fois plus faible pour la voie sèche. On confirme qu’il s’agit d’un phénomène très lent, non stabilisé après 2 ans de suivi. 2.5Fluage Les études sur le fluage du béton projeté sont encore plus rares. Les essais réalisés dans le cadre de la thèse de S. Gérômey, en collaboration avec le LCPC et le laboratoire régional de Trappes, ont été effectués sur des éprouvettes non soumises à la dessiccation. Ils ont mis en évidence des déformations : •bien inférieures aux déformations des bétons coulés, •du même ordre pour la voie sèche et la voie mouillée. 3Renforcement des structures existantes 3.1Renforcement adhérent Ce paragraphe traite des ouvrages dont les conditions d’exécution et la qualité du support permettent d’obtenir l’adhérence suffisante entre la structure existante et son renforcement pour que l’ensemble fonctionne de manière monolitihique. L'état des connaissances sur ce type de renforcement s'appuie principalement sur le retour d'expérience des chantiers réalisés depuis environ 80 ans, corroborés par les résultats de quelques grandes campagnes expérimentales. On s’appuie ici sur : •les essais conduits début 1980 par le LCPC sur le comportement mécanique de poutres renforcés par du béton projeté armé, dans le cadre d'une étude en collaboration avec le laboratoire régional d’Aix- en-Provence, •les essais réalisés sur les contre-voûtes en béton projeté à partir de la fin des années 80 par un groupe de travail comprenant la SNCF, le CETU et la RATP, en collaboration avec le CEBTP. ASQUAPRO Comité Technique Fascicule « dimensionnement version 2007 Page 6 sur 28 3.1.1Essais sur poutres Les essais du LCPC ont été effectués sur des poutres isostatiques renforcées par une structure additionnelle collaborante obtenue par ajouts d'armatures et béton projeté par voie sèche. La description complète de ces essais figure dans l’ouvrage « maintenance et réparation des ponts », dirigé par Jean- Armand Calgaro et Roger Lacroix, paru aux Presses de l’école nationale des ponts et chaussées. Les conclusions étaient les suivantes : « […] on peut dimensionner un renforcement en supposant que la structure renforcée aura un comportement monolithique, et en appliquant les règles du BAEL. Il est cependant nécessaire d’assurer un ancrage correct des armatures additionnelles, et si possible dans des zones comprimées du support. » Une étude préalable avait montré que de tels résultats ne pouvaient être obtenus qu’en voie sèche. D’autres essais, réalisés entre autres en Allemagne (université de Karlsruhe) et en Suisse (institut de Zurich), ont confirmé qu’en l’état actuel des connaissances seule la voie sèche permettait d’obtenir une structure monolithique, c’est à dire équivalente à une structure coulée en une uploads/Ingenierie_Lourd/ fascicule-6-dimensionnement.pdf