QUAND EST-CE QUE LES INGÉNIEURS EN STRUCTURE ONT-ILS BESOIN D'UNE CONCEPTION CENTENAIRE ?

Quand est ce que les ingénieurs en structure ont-ils besoin d'une durée de vie de 100 ans ? Quels types de projets et d'applications sont les plus pertinents pour une durée de vie de 100 ans ? Cet article vous donne la réponse à cette question pour les applications d'ancrage (plaque de base en acier sur béton) et d'armature (béton sur béton).
 

LÉGISLATION ET RÉGLEMENTATION PAYSAGE

Le tableau 2.1 de la norme EN 1990 [1] traite spécifiquement de certaines dispositions relatives à la durée de vie pour chaque type de structure en les classant dans des catégories spécifiques. La figure 1 montre comment la norme EN 1990 traite la durée de vie de 100 ans pour les structures civiles telles que les bâtiments monumentaux, les ponts et autres structures civiles de la catégorie 5:

Figure 1 - Catégories de durée de vie EN 1990

C'est pourquoi les documents d'évaluation européens (par exemple, EAD, ETA) utilisent une durée de vie de 100 ans pour les matériaux de construction.

Il existe des annexes nationales ou des réglementations locales qui soutiennent les catégories de durée de vie EN 1990, telles que BS EN 1990:2005 [2] au Royaume-Uni, CYS EN 1990:2002 [3] à Chypre, NTC 2018 [4] en Italie, etc. Certains vont même au-delà de cette affirmation en prescrivant une durée de vie de 120 ans.

Figure 2 - Exemples d'annexes nationales et de normes locales relatives à une durée de vie de plus de 50 ans.

PROJETS ET APPLICATIONS

Le tableau 2.1 de la norme EN 1990 fait spécifiquement référence aux projets de génie civil et d'infrastructure dont la durée de vie est de 100 ans. Les tunnels, les ponts, les autoroutes et les chemins de fer sont les structures les plus concernés par les applications d'ancrage et de renforcement.

Figure 3 - Structures civiles pouvant relever de la catégorie 5

Avec EN 1990, les propriétaires de structures solides ou de projets miniers conçus pour durer plus de 50 ans peuvent l'exiger pour des raisons de durabilité financière et de sécurité structurelle.
Les applications les plus courantes sont les suivantes :

• Ancrage post-installé : MEP et installation de lignes aériennes, barrières acoustiques et anti-collision
• Renforcement arrière : encorbellement, cisaillement et revêtement de surface.

Figure 4 - Applications potentielles pour les structures civiles

L’augmentation de la durée de vie jusqu’à 100 ans se renforce de jour en jour, mais dans quelle mesure les ancrages sont-ils évalués dans les réglementations ? Le chapitre suivant traite de l'évaluation et de la conception des ancrages chimiques dans le cadre du document d'évaluation européen.  

COMMENT ÉVALUER LA PERFORMANCE DES ANCRAGES CHIMIQUES SUR 100 ANS ? TEST, ÉVALUATION ET CONCEPTION D'ANCRAGES CHIMIQUES DANS LE CADRE DU DOCUMENT D'ÉVALUATION EUROPÉEN.

Dans l'Eurocode EN 1990 [5], pour la "catégorie de durée de vie 5", qui comprend les ponts, les bâtiments et autres structures civiles, une durée de vie de 100 ans est requise. Hilti propose les évaluations techniques européennes (ETA) suivantes avec une évaluation à 100 ans conformément au document d'évaluation européen (EAD) 330499-01 [6] et 330087-01 :
           ETA-16/0143 pour le RE 500 V3 avec ancrages collés.
           ETA-16/0142 pour le RE 500 V3 avec ancrage rétrofité.

Les DEE 330499-01 et 330087-01 prescrivent les essais et l'évaluation des produits d'ancrage chimiques pour une durée de vie de 50 et 100 ans, respectivement, pour les ancrages chimiques et le renforcement (barres d’armature).

COMMENT LES NORMES EAD 330499 ET 330087 FONCTIONNENT-ELLES ?

L'EAD 330499-01 [7] (anciennement ETAG 001 partie 5 [8]) et l'EAD 330087-01 [9] prescrivent les essais et l'évaluation de la durabilité, du comportement cyclique et transitoire des ancrages chimiques et du renforcement. Ces tests EAD couvrent la durabilité dans des conditions chimiquement agressives, le gel et le dégel, l'ouverture et la fermeture des fissures autour des ancrages et la charge soutenue. Les observations suivantes peuvent être faites à propos de ces tests :

• Tests d'endurance dans des conditions chimiquement agressives : Lors de ces essais, des échantillons de scellement chimique sont installés dans du béton et immergés dans des environnements alcalins et sulfuriques chimiquement agressifs pendant au moins 2000 heures, puis l'intégrité structurelle du scellement chimique est testée. Les performances du scellement chimique dans ces conditions sont évaluées en termes absolus en supposant que les effets de l'exposition à ces conditions chimiques se sont pleinement manifestés avant la fin des 2000 heures et, par conséquent, les mêmes résultats sont utilisés pour 50 et 100 ans.
• Essais de gel-dégel : Ces tests se trouvent dans la section 6.1.5 de Eligehausen et al [10]. La base de l'acceptation des ancrages est la stabilisation des déplacements sous une charge soutenue pendant 50 cycles de gel-dégel, sans corrélation claire avec le nombre de cycles de gel-dégel qu'un ancrage peut subir pendant sa vie utile. Comme pour les essais de durabilité, l'évaluation du gel-dégel est effectuée sur une base absolue et les données s'appliquent également aux évaluations de 50 ans et de 100 ans.
• Essais de charge soutenue : dans les essais conformes à la norme 330499, le déplacement de l'ancrage sous charge soutenue est enregistré et extrapolé sur une période de 50 ans. Les déplacements sur 50 ans sont ensuite comparés à un déplacement de référence. Dans ce cas, le respect de la durée de vie de 50 ans est certain ; par conséquent, l'extrapolation du déplacement sous charge soutenue à 100 ans (qui est prescrite dans l'EAD 332077 en plus des exigences supplémentaires) est considérée pour une durée de vie de 100 ans.
• Essais d'ouverture et de fermeture des fissures : EAD 330499-01 spécifie 1000 cycles pour l'ouverture et la fermeture des fissures. Un autre document, ACI 355.2, décrit que ces 1000 cycles sont équivalents à 20 cycles annuels sur une durée de vie de 50 ans. Pour les produits évalués dans le cadre du document d'évaluation européen n° 332077, on suppose donc 20 cycles annuels sur une durée de vie de 100 ans, soit un total de 2000 cycles.

Figure 5 - Résumé des considérations relatives aux essais dans l'EAD 330499-01

AUTRES CONSIDÉRATIONS RELATIVES À LA CONCEPTION

Outre les restrictions des précédentes liées à l'obligation d'observer une période de 100 ans, d'autres considérations doivent être prises en compte :

• Facteurs partiels : Les facteurs partiels des matériaux dans les ETA sont supposés être égaux aux facteurs partiels de 50 ans, ce qui est considéré comme conservateur car la probabilité de défaillance est logiquement plus grande sur 100 ans que sur 50 ans, ce qui entraînerait des indices de fiabilité et des facteurs partiels correspondants plus faibles.
• Le facteur ψ_sus : dans la norme EN 1992-4 [11], un facteur de réduction, ψ_sus, de 0,6 est appliqué à la partie portante des charges de calcul. Ce facteur n'est valable que pour 50 ans ; le concepteur doit choisir la valeur appropriée de ψ_sus pour 100 ans (voir la référence [12] pour des conseils publiés à ce sujet).
• Chargements : Le concepteur doit se demander s'il faut augmenter les charges pour 100 ans, surtout si les périodes de retour des événements de conception incluent la durée de vie.
• Autres facteurs de conception en fonction de la durée de vie

COMMENT CONCEVOIR DES ANCRAGES CHIMIQUES POUR 100 ANS? DOCUMENTATION ETA ET CONCEPTION DE HIT-RE 500 V3

Le HIT-RE 500 V3 dispose de plusieurs documents relatifs à différentes applications avec différentes dispositions sur la durée de vie :

ÉVALUATION TECHNIQUE EUROPÉENNE (ETA)

Figure 6 - Documents existants du RE-500 V3 en fonction de la durée de vie.

• L'ETA 16/0143 concerne les ancrages soumis à des charges statiques, quasi-statiques et sismiques sur une durée de vie de 50 et 100 ans.
• L'ETA 16/0142 concerne les barres d'armature qui sont soumises à des charges statiques, quasi-statiques, sismiques et au feu pendant une durée de vie de 50 ans.
• L'ETA 20/0125 concerne un renforcement post-monté soumis à des charges statiques, quasi-statiques et au feu pendant une durée de vie de 100 ans.
• Rapport d'expertise sur les ancrages d'une durée de vie de 120 ans (Rapport d'expertise)
• Rapport d'évaluation technique pour le renforcement post-installé pour une durée de vie de 120 ans (Rapport d'expert)

ANCRAGES CHIMIQUES (ACIER SUR BÉTON)

L'ATE 16/0143 fournit des exigences de conception pour 50 et 100 ans en donnant deux valeurs différentes pour la force d'adhérence, en fonction de la durée de vie. Par exemple, la force d'adhérence du HIT RE-500 V3 dans un béton C20/25 avec des trous percés au marteau est indiquée ci-dessous :

Figure 7 - Comparaison de la force d'adhérence du HIT RE-500 V3 entre 50 et 100 ans

Les valeurs de résistance du béton non fissuré ne changent pas en raison de la haute résilience sous des charges soutenues pendant 6 mois. Cependant, une réduction de la résistance d'environ 30 à 40 % est observée pour le béton fissuré après avoir été soumis à deux fois le nombre de cycles de fissuration.

ARMATURES RENFORCÉES (BÉTON SUR BÉTON)

Sur la base des essais et de l'évaluation de l'EAD, l'ETA du produit concerné contient des valeurs de conception pour différentes conditions de charge et durées de vie. Actuellement, le HIT-RE500 V3 a une évaluation technique pour une durée de vie de 100 ans.

Figure 8 - Comparaison de la force d'adhérence du HIT RE-500 V3 entre 50 et 100 ans pour les applications de renforcement

Les logiciels de calculs pour la conception des ancrages doivent répondre aux exigences d'une durée de vie de 100 ans en respectant les valeurs de résistance au collage indiquées dans les documents ETA. Hilti propose cette option à la communauté des ingénieurs avec ses deux logiciels Profis Engineering et Profis Rebar.

PROFIS ENGINEERING (DE L'ACIER AU BÉTON)

Profis Engineering fournit au concepteur une solution de fixation de 100 ans. La seule exigence est de sélectionner le produit "HIT-RE 500 V3 100 ans" dans la case de gauche. Les conceptions seront établies pour une période de 100 ans et cette disposition sera également soulignée dans les rapports. Si des forces de traction ou des charges variables agissent sur la plaque de base, le concepteur doit cliquer sur la deuxième flèche en pointillé et saisir des valeurs de charges variables. Veuillez noter que Ψsus est considéré comme 0,6 pour 100 ans.

Figure 9 - Conception centenaire avec le logiciel d'ingénierie Profis 

PROFIS ACIER D'ARMATURE (BÉTON À BÉTON)

Les barres d'armature PROFIS sont conçues pour 50 et 100 ans. Dans le processus de conception, la durée de vie requise doit être choisie et la conception sera effectuée avec les valeurs de performance correspondantes.

Figure 10 - Conception centennaire avec le logiciel Profis Rebar