PROJET NATIONAL BHP 2000

Bétons à hautes performances

1 . Justification et objectif du Projet

Le Projet National "VNB" (Voies Nouvelles du matériau Béton) achevé en 1993 a particulièrement développé les recherches et expérimentations sur les bétons à haute résistance (60 MPa de résistance caractéristique à 28 jours) et imposé l'appellation "Hautes Performances".

Ce nouveau projet s'intéresse donc au développement de toutes les performances du béton : résistance mécanique supérieure, mais aussi durabilité, résistance à l'abrasion, résistance au feu, qualité des parements, caractéristiques rhéologiques.

L'objectif est d'obtenir des bétons dont telle ou telle performance puisse être améliorée en fonction de l'utilisation et dont on puisse garantir la durée de vie.

Le programme de ce Projet National est également très ciblé sur les conditions de prescriptions des BHP : contexte économique, information et formation, grands ouvrages d'application, recherche de marchés potentiels, etc...

D'autres thèmes plus exploratoires sont également prévus dans ce nouveau programme comme l'association des "BHP" avec des armatures à hautes performances et les bétons à très haute performance "BTHP" (100 MPa et plus).

Ce projet s'inscrivait dans le cadre de la ligne d'action N° 1 du CORGEC - "Ingénierie des produits industriels pour le Génie Civil".

2 . Programme

Six thèmes spécifiques ont été retenus :

a - Durabilité :

Enquête et synthèse des connaissances internationales.

Validation des essais de caractérisation de l'AFREM.

Essais en laboratoire et sur planches expérimentales en site naturel.

Prélèvements sur ouvrages existants.

Chantiers expérimentaux.

Constitution d'une banque de données de suivi.

b - Comportement au feu (notamment pour les structures de bâtiment) :

Etat des connaissances.

Etude expérimentale de l'évolution des caractéristiques sous haute température.

Modélisation du comportement.

Validation expérimentale en laboratoire et sur éléments structurels.

Comportement au feu de BHP comportant des fibres organiques.

c - Développement et Economie :

Analyse et prospective du "marché BHP".

Recherches sur l'adaptation des matériels de fabrication, de mise en oeuvre et de contrôle.

Adaptation des méthodes de formulation.

Soutien à un programme d'ouvrages d'applications.

Edition d'un guide pratique d'utilisation.

d - BHP et Armatures à Hautes Performances :

Poursuite des recherches commencées au CSTB.

Evolution des lois d'adhérence notamment sous charges répétées.

Expérimentation sur tirants, poutres et dalles pour déterminer les dispositions constructives et étudier les déformations et la fissuration.

Programme d'essais de BHP-AGP sous sollicitations tangentes.

e - Bétons à Très Hautes Performances (résistances supérieures à 100 MPa) :

A partir des conclusions des études du groupe AFREM sur les adaptations réglementaires à adopter pour les "B80", assurer une veille technologique pour les "B100" et classes supérieures.

Etude du maintien de la résistance en traction de BHP et BTHP dans le temps.

Etude de piles de grande hauteur.

Etude du retrait de BTHP au très jeune âge.

Potentialités d'emploi du BTHP dans les ponts caissons en béton précontraint.

f - Diffusion des connaissances et Promotion, Actions d'accompagnement :

Mise au point de recommandations destinées à faire évoluer la réglementation technique existante,

Edition de documents, livres, plaquettes ...

Organisation d'actions de formation, de promotion et de communication.

3 . Partenaires

Les partenaires du Projet (au nombre de 49) membres du Comité Directeur sont les suivants :

ATILH - BETON DE FRANCE - BONNA - BOUYGUES - BUREAU VERITAS - CADORET CONSULTING - CAMPENON BERNARD SGE - CEA (IPSN) - CEBTP - CERIB - CETU - CHRYSO - CIMENTS LAFARGE - COFIROUTE - COGEMA - CONDENSIL - CSTB - DEMATHIEU ET BARD - DG CONSTRUCTION - ECOLE DES MINES DE DOUAI - EDF - ENPC - ENS CACHAN (Laboratoire Mécanique et Technologie) - ENTPE - FNTP - FREYSSINET - GROUPE CIMENTS FRANCAIS - GROUPE ORIGNY - GTM - INSA LYON - INSA TOULOUSE LETHEM et LMDC - JEAN MULLER - LAMH/Université d'Artois - LCPC - LERM - LP CONSULTANT - MATIERE - MBT FRANCE - PECHINEY ELECTROMETALLURGIE - RATP - SAE - SAM - SARET - SETEC TPI - SETRA (Direction des Routes) - SIKA - SNCF - VICAT

4 . Budget et durée

Le Projet, officiellement lancé lors de la réunion constitutive du Comité Directeur, le 13 Avril 1995, devait se dérouler sur 4 ans et son budget s'élevait à 4,18 M€ (27,4) MF HT. Le Comité directeur de BHP 2000 a entériné en juin 1998 l'extension d'une année de la durée de vie du PN et a porté le budget à un montant de 4,66 M€ (30,6 MF HT), nouveau budget approuvé par la Mission du Plan génie civil (DRAST) le 21 juin 1999.

Ce projet s'est achevé en 2002 par la publication d'un livre de synthèse des résultats et de recommandations.

5 . Organisation du projet

Président : Jean-Louis COSTAZ,

Directeur technique : Didier BRAZILLIER (DDE de l'Yonne),

un bureau constitué d'un représentant des différents collèges assiste le Président,

le Comité Scientifique et Technique assure le pilotage technique et la coordination des groupes de travail créés pour chaque thème.

6 . Présentation par Monsieur Brazilier du projet BHP 2000 aux Rencontres de l'IREX (Mars 2002)

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Thème 1 : Durabilité

Les travaux réalisés ont permis :

avec l'appui de l'AFREM, de mettre au point des modes opératoires permettant de quantifier les paramètres influant sur la durabilité : porosité, perméabilité aux gaz, carbonatation accélérée et pénétration des chlorures,

de réaliser un programme de mesures in situ sur des corps d'épreuve volontairement fissurés et maintenus sous charge sur des sites naturels : La Rochelle en zone de marnage, Melun pour les conditions atmosphériques courantes, la Maurienne pour être soumis au gel naturel et aux sels de déverglaçage et enfin le Québec pour conditions climatiques sévères. Ce programme concerne toute la gamme des bétons de M20 à M120 MBA (M comme moyenne),

des analyses comparatives sur ouvrages jumeaux situés sur un même site, l'un en béton ordinaire, l'autre en BHP et des essais sur des bétons d'ouvrages plus anciens en BHP comme le pont de l'Ile de Ré et le pont de Joigny,

enfin des études ont été menées sur la tenue au gel et à l'écaillage des BHP de la gamme 60 à 80 MPa, avec comme objectif de publier des recommandations à ce sujet.

Thème 2 : Tenue au feu

La tenue au feu des BHP étant un sujet assez controversé dans la communauté scientifique internationale, le PN BHP 2000 avait mis au point un programme de recherches substantiels pour tenter de clarifier ce sujet et d'aboutir à des règles utilisables pour les ingénieurs.

Les essais de modélisation du phénomène prévus à l'origine n'ayant pas permis d'atteindre les objectifs, le projet a multiplié les séries d'essais sur éprouvettes et sur colonnettes en complément des essais réalisés dans le cadre du projet européen HITECO, afin de disposer de résultats permettant de faire évoluer les réglementations sur la tenue au feu de ces bétons.

Parallèlement, vis à vis de l'analyse de problèmes d'éclatements, un programme expérimental a été réalisé pour tester diverses dispositions constructives.

Tous ces essais ont permis en 2001 que les règles de conception des structures en béton résistant

feu (DTU) soient modifiées pour y incorporer les bétons ayant une résistance en compression située dans la gamme 60 - 80 MPa.

D'autre part, ces essais ont permis de conclure qu'il était possible de réduire les risques d'écaillage/éclatement notamment au delà de 80 MPa, en incorporant des fibres plastiques dans la matrice et/ou un grillage de surface ainsi qu'en choisissant judicieusement les granulats.

Thème 3 : Economie et développement

A partir d'un socle commun comprenant des enquêtes-bilans, une analyse globale (fabrication, mise en œuvre, maintenance, fonctionnalité et la prise en compte de la durabilité) et la prise en compte des acquis du BHP, il a été initié des groupes de réflexion thématique concernant :

Les ouvrages d'art :

Si les BHP sont maintenant couramment utilisés dans les grands ouvrages d'art, on constate que son emploi pour les ouvrages courants n'avait pas été exploité. La construction en BHP, dans le cadre d'un concours de deux ponts en béton précontraint, réalisés à Bourges en 1997 et de deux autres ponts en béton armé à Sens en 1999, ont démontré la faisabilité technique de nouvelles structures-type pour un coût équivalent aux solutions classiques, avec un gain de poids (50% pour les ponts de Bourges) de consommation de matériaux nobles, de maintenance et une image nouvelle.

Tunnels et ouvrages souterrains

Si les BHP sont déjà utilisés pour la réalisation de voussoirs des ouvrages réalisés en tunnelier, aucune utilisation n'en avait été faite pour un tunnel coulé en place. Un premier chantier expérimental pour le tunnel de Fontain près de Besançon a permis, avec la collaboration du CETU, de réaliser un tube en B50 et l'autre traditionnellement en B25. Sans pouvoir conclure définitivement, compte tenu que l'expérience n'est pas assez significative, compte tenu de la géologie rencontrée (épaisseur de base déjà faible et beaucoup de sur-profils), on peut avancer que ces bétons, outre l'amélioration de la durabilité et de l'étanchéité, peuvent apporter une réduction des épaisseurs de revêtement et une amélioration de la mise en œuvre (fluidité).

Bâtiments et structures préfabriquées

A côté d'une utilisation quasi systématique dans les bâtiments de grande hauteur, le BHP va se développer dans le bâtiment industriel, en grande partie dans le cadre de la préfabrication, car il permet d'adopter des structures plus légères, un retrait plus rapide, également un fluage plus rapide mais aussi moins important. Cette volonté de développer le BHP dans le bâtiment, a conduit BHP à développer une collaboration avec l'Ecole d'Architecture de Paris Villemin et l'Ecole Française du Béton pour sensibiliser les architectes.

Ouvrages soumis à l'abrasion

La très haute résistance à l'abrasion des BHP permet d'envisager une utilisation pour des sols industriels, des aires de péage, des ouvrages hydrauliques…

Ouvrages soumis aux agressions chimiques

Des essais de résistance aux agressions chimiques montrent que leur emploi permet de répondre à des problèmes très spécifiques : fosses à lisier et ouvrages agricoles en général, stations d'épuration, ouvrages industriels en ambiance agressive.

Thème 4 : BHP associé à des armatures à hautes performances

L'accroissement simultané de la résistance du béton et de la limite d'élasticité de l'acier constituant l'armature, offre la perspective d'une augmentation importante de la résistance des éléments de structure mettant en jeu ces deux composants du béton armé.

Les études menées pour :

s'assurer de la qualité de l'association BHP/AHP qui conditionne les transferts d'efforts internes par adhérence,

examiner les performances du BHP/AHP du point de vue des conditions classiques du cahier des charges de l'ingénieur des structures,

évaluer l'intérêt économique de cette association,

ont débouché sur des résultats très positifs et montrent que l'association BHP/AHP est de meilleure qualité que l'association béton/acier traditionnelle vis à vis de la fissuration.

Ceci apporte de sérieuses garanties de durabilité supérieure à celle du béton armé ordinaire. Pour des armatures de 750 à 800 MPa, le gain potentiel en poids d'armature peut être estimé à 35 à 40 %, soit un gain final sur le surcoût des AHP de l'ordre de 15 à 20 %. Le seul problème qui subsiste concerne la fourniture industrielle d'armatures de 800 MPa à des prix voisins ou peu supérieurs à ceux des armatures de 500 MPa, de l'ordre de 20%.

Dans le cadre de la synthèse des études, il sera présenté des conclusions pré-réglementaires.

Thème 5 : Bétons à très hautes performances

Ce thème avait pour but d'explorer les possibilités de réaliser industriellement des bétons de 100 à 150 MPa de résistance caractéristique. Il a porté sur des études et essais de comportement des pièces armées du BTHP et des études de perspectives de conception de structures en BTHP, en prenant appui sur le nouveau règlement BAEL/BPEL pour les bétons jusqu'à B80 MPa et les travaux du groupe AFREM. Les travaux de caractérisation du BTHP en traction, en torsion retrait, fluage y compris pour ce dernier au très jeune âge, ont montré une grande diversité de BTHP et la probable nécessité de les caractériser par une résistance à la traction. Les essais de comportement à l'effort tranchant des poutres, poutrelles et de prismes sous charges localisées et de consoles courtes ont été menés dans l'objectif d'extension des règles B.A.E.L. actuelles. Enfin, des études de conception utilisant des BTHP (Bétons à très hautes performances dans les tuyaux sous pression, des ouvrages d'art (arc, caisson, pile de grande hauteur) ont été réalisées pour définir les progrès possibles avec ces nouveaux bétons.

Thème 6 : Promotion et diffusion des connaissances

Il s'agit d'actions essentielles pour assurer le développement d'une technique ou d'un matériau que le PN BHP 2000 a pris en compte dès l'origine. Le PN BHP 2000 a ainsi organisé avec l'Ecole Française du Béton :

trois séminaires BHP sur 2 journées pour une audience globale d'environ 400 personnes

une douzaine de journées techniques visant les maîtres d'œuvre publics en DDE ou les services techniques des Conseils Généraux,

et plus récemment, conjointement avec les PN CALIBÉ et BEFIM, trois séminaires à Paris, Marseille et Strasbourg sur "les nouveaux bétons d'aujourd'hui et de demain".

D'autre part :

- le développement des BHP en France et des recherches menées par le PN BHP 2000 ont fait l'objet de présentations dans plusieurs colloques ou congrès internationaux,

- des plaquettes, dont l'une spécialement à l'usage des décideurs, ont été élaborées,

- des guides pratiques à l'usage du bureau d'étude, du laboratoire, de la centrale à bétons ont été édités. Ces guides pratiques seront adressés sur demande au prix de 50 euros chacun, frais de port compris dès réception du paiement par chèque. Les membres de l'IREX peuvent les obtenir gratuitement.

- Un livre sur l'association des bétons et armature à hautes performances a été publier et diffusé en 2003

- et enfin, un livre de synthèse des résultats et de recommandations a été publié et diffusé  en 2005.

Institut pour la Recherche appliquée et l'EXpérimentation en génie civil

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