Produits désormais avec des composants majoritairement locaux, les bétons fibrés ultra performants (BFUP) continuent, sous l’impulsion du Laboratoire de Maintenance, Construction et Sécurité des ouvrages (MCS) de l’EPFL, leur chemin initié en 2004 pour simplifier et écourter les chantiers de maintenance. La Suisse romande est pionnière dans ce domaine, comme le montrent deux applications récentes près de Genève et dans les Préalpes vaudoises

Brühwiler, Eugen

Denarié, Emmanuel

Haddad, Bassem Georges

Kazemi Kamyab, Mohammadhadi

Nendaz, Sebastien

Produits désormais avec des composants majoritairement locaux, les bétons fibrés ultra performants (BFUP) continuent, sous l’impulsion du Laboratoire de Maintenance, Construction et Sécurité des ouvrages (MCS) de l’EPFL, leur chemin initié en 2004 pour simplifier et écourter les chantiers de maintenance. La Suisse romande est pionnière dans ce domaine, comme le montrent deux applications récentes près de Genève et dans les Préalpes vaudoises.MC

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Béton Produits désormais avec des composants majoritai-rement locaux, les bétons fibrés ultra performants (BFUP) continuent, sous l’impulsion du Laboratoire de Maintenance, Construction et Sécurité des ouvra-ges (MCS) de l’EPFL, leur chemin initié en 2004 pour simplifier et écourter les chantiers de maintenance. La Suisse romande est pionnière dans ce domaine, comme le montrent deux applications récentes près de Genève et dans les Préalpes vaudoises.Les BFUP sont caractérisés par une matrice ultra compacte très peu perméable [1]1, une résistance à la compression de l’ordre de 150 à 200 MPa, une résistance à la traction supé-rieure à 10 MPa, et pour certains, un comportement écrouis-sant en traction [2] (points 1 à 2 sur la fig. 2) grâce à leur armature formée d’un réseau dense de fibres métalliques courtes (10 à 20 mm) (fig. 1). Un potentiel énormeGrâce à leurs propriétés exceptionnelles, seuls ou combi-nés avec des barres d’armature, les BFUP sont très efficaces en maintenance pour protéger et renforcer les structures en béton armé dans les zones critiques soumises à un environ-nement agressif (classes d’exposition XD2b, XD3) et à des sollicitations mécaniques importantes (fig. 3) [3]. On peut distinguer (fig. 4) : des couches de protection (P), avec 25 à 30 mm de BFUP, et des couches de renforcement (R), avec 40 à 50 mm de BFUP armé. Les sections composées ainsi obtenues sont compactes et le renforcement n’entraîne pas d’augmentation du poids propre [3].Cette nouvelle technique de construction est particulière-ment adaptée aux ponts mais aussi aux galeries, tunnels ou murs de soutènement, ainsi que pour renforcer des dalles de bâtiments existants. Les BFUP agissent comme barrière à la pénétration des liquides et des gaz et neutralisent à la racine tous les phénomènes de détérioration du béton armé (SIA 269/2, tableau 5 [5]). L’application d’une étanchéité collée devient donc superflue.Le délai d’attente entre la pose du BFUP et celle de l’enrobé bitumineux n’est que de huit jours (cure humide de sept jours du BFUP). La durée des chantiers se trouve donc très fortement raccourcie avec cette technique.Les essais réalisés au Laboratoire des Voies de Circulation (LAVOC) de l’EPFL en 2004 et 2010 [6] ont permis de déter-miner le système de couche d’accrochage et d’enrobé le mieux adapté pour la pose sur une surface de BFUP brute. Ce système déjà appliqué en 2004 s’avère durable comme on peut le constater sur le pont sur la Morges [2], où, après sept années d’utilisation, la couche d’enrobés ne présente aucun désordre apparent.B é t o n  f i b r é  u l t r a  p e r f o r m a n t  p o u r  l a  m a i n t e n a n c e ,  u n  n o u v e l  é l a nE m m a n u e l  D e n a r i é ,  H a d i  K a z e m i - K a m y a b ,  E u g e n  B r ü h w i l e r ,  B a s s e m  H a d d a d  e t  S é b a s t i e n  N e n d a z11	 Les	chiffres	entre	crochets	renvoient	aux	références	bibliographiques	en	fin	d’article.2 3p . 2 0 	 TRACÉS 	 n o	 1 2 	 . 	 2 9 	 j u i n 	 2 011TRACÉS 	 n o	 1 2 	 . 	 2 9 	 j u i n 	 2 011 	 p . 21Le pont sur la Morges, premier ouvrage remis en état avec des BFUP en 2004 est régulièrement suivi. Les mesures réali-sées sur des carottes prélevées en 2007 dans les parties expo-sées de l’ouvrage ont confirmé l’absence totale de pénétra-tion de chlorures dans le BFUP, après trois ans d’exposition.Depuis cette première en 2004, dix chantiers ont été réali-sés avec succès selon ce concept d’intervention : neuf sur des ouvrages d’art ou bâtiments en Suisse (VS, AG, GE, GR, VD, LU, ZH), et un sur un pont en Slovénie [3, 7]. Deux applications récentes en Suisse romandePassage inférieur du Creux de GenthodCet ouvrage est situé entre Bellevue et Versoix (RC 8), dans le canton de Genève et jouxte la voie CFF. Il s’agit d’un pont dalle biais de 10,6 m de portée et 20 m de largeur, avec deux voies de circulation. Le trafic très soutenu sur cette route au bord du lac (21 000 véhicules par jour en 2009) impose de réduire au minimum la durée des travaux de maintenance et les nuisan-ces associées. Dans cette perspective, dans le cadre du projet d’intervention réalisé en automne 2010, le maître d’ouvrage a opté pour une solution de remise en état de la face supérieure de la dalle de roulement avec du BFUP (fig. 5).La chape de 3 cm existante a été rabotée et 4 cm de béton ont été retirés par hydrodémolition de la face supérieure de la dalle de roulement et du trottoir coté Creux de Genthod. Une couche de 30 mm de BFUP a ensuite été appliquée sur les armatures rendues apparentes, suivie de 4 cm d’enrobé bitumineux. La position des barres d’armature, à proximité de la surface de la chaussée existante, était telle que seule une solution d’épaisseur minimale BFUP plus enrobé bitumineux permettait de réaliser les travaux sans reprofiler la chaussée (fig. 6) en évitant ainsi de longs et coûteux travaux sur la route en béton adjacente au pont.  Ouvrages de la route du col des MossesDans le cadre des travaux de mise en conformité, initiés en 2006, pour le trafic 40 tonnes, des ouvrages (multiples estacades ou ponts) sur la route menant d’Aigle au col des Mosses (VD) doivent être remis en état ou renforcés. Ces interventions se dérouleront jusqu’en 2012. La configura-tion particulière de la route et le trafic important imposent de réaliser cette succession de chantiers de la manière la plus rapide et la plus durable possible. Par ailleurs, les pentes combinées (longitudinales et transversales) de la chaussée peuvent atteindre sur certains ouvrages 12 %. Des conditions inhabituelles qui ont décidé le maître d’ouvrage à exploiter le potentiel des BFUP. Quatre ouvrages, deux estacades et deux ponts voûte en maçonnerie de 4 m de portée (fig. 7), ont été remis en état au printemps 2011 à l’aide d’une cou-che de protection de 25 mm de BFUP appliquée sur la face supérieure de la dalle de roulement des ouvrages, pour un volume total de 9 m3 de BFUP appliqué. Formulation des BFUP Les BFUP ont été réalisés en suivant les mêmes concepts de formulation de la matrice que ceux appliqués avec succès lors du chantier du pont de Log cezsoški en Slovénie [7], mais avec des composants disponibles sur le marché Suisse.La composition des BFUP a été optimisée pour la tenue à la pente du support entre 5 et 10 % [8]. En masse, les quantités de ciment et de filler calcaire étaient égales, entre 6Fig. 1 : Surface de rupture de BFUP et fibrage apparent (Photo Alain Herzog)Fig. 2 : Comportement en traction uniaxiale de BFUP et comparaison avec des aciers B500 et B700 [3]Fig. 3 : Concept d’application de BFUP sur les ouvrages, adapté d’après [4]Fig. 4 : Applications possibles de BFUP pour la protection (P : 25 à 30 mm de BFUP) ou le renforcement (R : 40 à 50 mm de BFUP armé par une série de barres de diamètre réduit)Fig. 5 : Vue en plan du P.I. du Creux de Genthod avec les étapes de travaux Fig. 6 : Vue d’ensemble des travaux d’application de BFUP sur la dalle de roulement du P.I. du Creux de Genthod (1ère étape) 4 5625 et 635 kg/m3 selon les recettes. La matrice choisie, éco-nome en clinker, est donc moins coûteuse et plus favorable vis-à-vis de l’ouvrabilité et de l’environnement. Le dosage en fibres d’acier d’élancement 62,5 valait 4,5 % Vol. soit 353 kg/m3, pour un très bon compromis entre l’efficacité mécanique obtenue et la facilité de mise en œuvre des fibres. Le rapport eau/(ciment + fiIler calcaire) du BFUP CM34_35 pour le P.I. Creux de Genthod valait 0,170. Pour les ouvrages de la route du col des Mosses, ce rapport valait 0,175, avec 6 litres d’eau par m3 en plus que pour celui utilisé pour le P.I. Creux de Genthod. Toutefois, la différence de puissance des malaxeurs entre les deux chantiers et également la taille de gâchées trois fois plus faible pour les ouvrages de la route du col des Mosses conduisent à un BFUP CM34_30 plus thixotrope et qui supporte le coulage sur des pentes jusqu’à 12 %, contrairement au mélange CM34_35 utilisé sur le P.I. du Creux de Genthod et qui est adapté à des pentes jus-qu’à 5 %. Ceci illustre bien l’interaction prépondérante entre recette de BFUP, séquence de malaxage, malaxeur et taille de gâchée pour conduire à une ouvrabilité donnée. Une plan-che d’essai réalisée au début de chaque chantier a permis d’affiner les recettes de BFUP en fonction du rendement du malaxeur et des conditions météorologiques. Bilan des chantiersDans l’optique de simplifier la mise en œuvre et si possible de réduire les coûts, le BFUP a été produit sur le chantier pour les deux applications présentées.P.I. Creux de GenthodUne centrale de chantier munie d’un silo pour le ciment a été utilisée. Le malaxeur à axe vertical de type SIPE TTM 800E avait une capacité nominale de 500 litres de béton. Des gâchées entre 283 et 340 litres de BFUP ont pu être réalisées avec une durée de malaxage de 12 à 14 minutes par gâchée. La cadence de production et de pose du BFUP était en moyenne de 1 m3 par heure, (fig. 5 et 8). Le BFUP a suivi sans difficultés la pente de 5 % du tablier, avec trafic adjacent, et le profil complexe imposé par les nombreuses barres d’armature (fig. 9).Le pont a été entièrement rouvert au trafic le 14 décembre 2010, 71 jours après le début des travaux. Au niveau écono-mique, le coût de la solution de remise en état de la chaussée avec BFUP, couche d’accrochage et enrobé bitumineux est de 400 francs par m2. L’économie de temps réalisée avec le BFUP et sa robustesse ont permis de terminer le chantier au début de l’hiver précoce 2010 (début décembre), ce qui aurait été impossible s’il avait fallu reprofiler la chaussée. Les coûts totaux 1278910 11p . 2 2 	 TRACÉS 	 n o	 1 2 	 . 	 2 9 	 j u i n 	 2 011du chantier ont été diminués d’un tiers par rapport à une solu-tion traditionnelle, nécessitant le reprofilage de la chaussée.  Ouvrages de la route du col des MossesUn malaxeur de type Condecta TTM 300 avec une capa-cité de 200 litres de béton fini a été utilisé. Compte tenu de la capacité de la cuve du malaxeur, du foisonnement des poudres utilisées pour les BFUP et de la puissance nécessaire lors du changement de consistance des BFUP, le volume qui a été réalisé avec ce malaxeur était de 94 litres (fig. 10). La durée totale de mélange avec ce malaxeur était de 20 à 22 minutes. En moyenne, deux à trois gâchées de BFUP ont été produites et placées par heure (fig. 11). La même recette de BFUP CM34_30 a pu être appliquée sur des pentes du support entre 4 et 12 %, ce qui constitue une première mondiale pour ce type de matériaux (fig. 12). La durée des interventions a pu être réduite au minimum entre la pose du BFUP et, huit jours après, la pose de l’enrobé et la réouver-ture au trafic. Les essais de traction réalisés sur des carottes BFUP/béton prélevées sur les ouvrages ont donné une contrainte moyen-ne d’adhérence de 2,46 MPa avec ruptures majoritairement dans le béton de support (exigence de 2 MPa pour classe R4 selon EN 1504-3). Ceci confirme l’excellente adhérence du BFUP sur le béton. L’analyse économique des chantiers est en cours mais la solution BFUP s’avère déjà nettement plus avantageuse que les méthodes traditionnelles avec reprofila-ges et étanchéités collées.Prêts pour l’applicationLa technologie des BFUP coulés sur chantier, appliquée à la maintenance des ouvrages routiers ou ferroviaires a connu de grands progrès depuis la première application réalisée en 2004, et se répand à l’initiative de la Suisse romande.Il est désormais possible de produire des BFUP économes en clinker, à partir de composants majoritairement locaux, utilisables dans les conditions de température et de pentes de support les plus extrêmes.Les deux applications les plus récentes réalisées en Suisse Romande (remise en état du P.I. Creux de Genthod et main-tenance des ouvrages de la route du col des Mosses) ont montré le grand intérêt de cette méthode de construction pour réduire les coûts de manière très importante et limiter au minimum les perturbations des chantiers.Emmanuel	Denarié,	dr	sc.	techn.,	 ing.	civ.	dipl.	EPFL/SIAHadi	Kazemi-Kamyab,	ing.	civ.,	Ma.	Sc.Eugen	Brühwiler,	prof.	dr	sc.	techn.,	 ing.	civ.	dipl.	ETHZ/SIALaboratoire	de	Maintenance,	Construction	et	Sécurité	des	ouvrages,MCS-ENAC-EPFL,	CH–1015	LausanneBassem	Haddad,	ing.	civ.	dipl.	EPFDépartement	des	Constructions	et	des	Technologies	de	l’Information	(DCTI)	–	République	et	Canton	de	Genève	–	Office	du	génie	civilDirection	des	ponts	et	chausséesPlace	de	la	Taconnerie	7,	CH	–	1811	GenèveSébastien	Nendaz,	ing.	civ.	Reg	AEtat	de	Vaud	–	Département	des	Infrastructures	DINFService	des	routesPlace	de	la	Riponne	10,	CH	–	1014	LausanneRéférences[1]	 Roux, N., ANdRAde, C., SANjuAN, M.A.,	 (1995),	Etude expérimentale sur la durabilité des bétons de poudres réactives,	Annales	de	l'Insti-tut	technique	du	bâtiment	et	des	travaux	publics	(ITBTP),	Les	Bétons	de	 Poudres	 Réactives	 (BPR)	 à	 Ultra	 Haute	 Résistance	 (200	 à	 800	MPa),	532,	Série	Béton	320	:	133-141.[2]	 deNARié, e., WueSt j. PutAllAz, j.C., BRühWileR, e.,	 (2005),	 Béton Fibré Ultra Performant : première application en réhabilitation,	Bulletin technique de la Suisse Romande,	TRACÉS	17,	7	septembre	2005,	pp.	6-11[3]	 BRühWileR e., deNARié e.,	 (2008),	 Rehabilitation of concrete struc-tures using Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete,	UHPC-2008	:	 The	 Second	 International	 Symposium	 on	 Ultra	 High	Performance	Concrete,	March	05	-	07,	2008,	Kassel,	Germany[4]	 OFROU	(2005),	Elaboration des projets et construction des ouvrages d'art des routes nationales,	 Directive	 OFROU,	 Office	 Fédéral	 des	Routes,	Berne,	Suisse,	http://www.astra.admin.ch[5]	 SIA	 269/2,	 (2011),	 Maintenance des structures porteuses – Structures en béton,	Norme	Suisse	SIA,	ref.	SN	505269/2:2011	fr.[6]	 Pittet M.,	(2010),	Evaluation en laboratoire de divers traitements de l’interface BFUP / AC 11 S,	rapport	d’étude,	LAVOC-EPFL[7]	 deNARié e., hABeRt G., ŠAjNA A.,	 (2009),	 Recommendations for the use of UHPFRC in composite structural members – rehabilitation Log cezsoški bridge,	Deliverable	ARCHES	D14,	http://arches.fehrl.org[8]	 deNARié e.,	 (2010),	 Essais de qualification de bétons fibrés ultra performants (BFUP) pour fortes pentes, Série 1 (essais entre 5 et 16 jours), Série 2 (essais à 28 jours et plus),	Rapport	n°	MCS	10.05	–	2,	MCS,	EPFLComposants des BFUPCEM	II	(A-M)	D-LL	52.5	N	(VIGIER	–	CT	180)Filler	calcaire	(HOLCIM-La	Sarraz),	de	granulométrie	proche	de	celle	du	cimentFumée	de	Silice	BASF	grise	971	U	(non	densifiée)Sable	de	quartz	fin	(MN30,	0.1-0.5	mm)Superfluidifiant	BASF	GLENIUM	SKY	561Thixotropant	SIKA	Stellmittel	T	(pour	la	tenue	à	la	pente)Fibres	acier	droites	BEKAERT	OL	10/0.16	(longueur	10	mm,	diamètre	0.16	mm)Couche d’accrochage et enrobésLa	 couche	 d’accrochage	 sur	 les	 BFUP	 était	 composée	 d’un	 primer	 CTW	 HK	 dosé	 à		60	g/m2	et	d’une	émulsion	de	bitume	polymère	CTW	Webacid	HCP	avec	120	g/m2	de	liant	résiduel.	A	Genève,	l’enrobé	AC	11	S	été	réalisé	avec	un	bitume	modifié	aux	polymères	(type	CH-E	pour	 sollicitations	élevées)	et	une	 faible	 teneur	en	vides	pour	maximiser	la	surface	d’accrochage	sur	 le	BFUP.	Les	granulats	étaient	100	%	concassés	à	arêtes	vives	et	le	filler	rigidifiant,	[8].	Pour	les	ouvrages	de	la	route	du	col	des	Mosses,	le	liant	était	le	même	mais	la	taille	des	granulats	a	été	adaptée	en	fonction	de	l’épaisseur	des	couches.	L’enrobé	était	posé	sur	l’émulsion	bitumineuse	et	le	primer	appliqués	après	au	minimum	sept	jours	de	cure	humide	du	BFUP.Fig. 7 : Vue des chantiers des ponts sur le ruisseau des FarettesFig. 8 : Mise en place du BFUP lors de la deuxième étape, avec trafic adjacent au P.I. du Creux de GenthodFig. 9 : Détail avec les armatures apparentes (P.I. Creux de Genthod)Fig. 10 : Fabrication du BFUP avec le malaxeur de chantierFig. 11 : Mise en place du BFUP, pont sur le ruisseau des Farettes 1, pentes combinées 10 %Fig. 12 : Lissage du BFUP à l’aide de la pelle à neige, pont sur le ruisseau des Farettes 1, pentes combinées 10,4 %(Tous les documents illustrant cet article ont été fournis par les auteurs.)TRACÉS 	 n o	 1 2 	 . 	 2 9 	 j u i n 	 2 011 	 p . 2 3

Béton fibré ultra performant pour la maintenance, un nouvel élan

http://infoscience.epfl.ch/record/174457/files/Trac%C3%A9s_2011_BFUP.pdf

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