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1 /50
Eurocode 2-3Silos et réservoirs en béton
Division StructuresCSTC
ir. Benoit ParmentierChef de division
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Annexe L – Déformations imposées gênées (DIG)
204/11/2010 Antenne Normes EurocodesContenu EC1-1-1 Ex. Bat Industriel Ex. Multi-étagé
2/19
protection des finitions
Environnement
Durabilité
Esthétique
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304/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
> 2011 B-W16 nouvelles STEP
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Le problème...
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Conditions climatiques ou de fonctionnement parfois sévères
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L’étanchéité d’un ouvrage ne concerne pas que la fissuration
704/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Perméabilité Fissuration Joints
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Table des matières
1. Contenu de l’EC2 Partie 32. Contexte3. Exemple
04/11/2010 Antenne Normes Eurocodes 8Contenu EC2-3
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904/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
EC2 – Calcul Béton
Contenu EC2-3
EC2Calcul Béton
1-1Généralités
1-2Feu
2Ponts
3Silos & Réservoirs
3Silos & Réservoirs
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Contenu de l’EC2-3
26 pages + 8p (ANB) 9 Sections Annexes K, L, M & N (info) 4 NDP’s *
1004/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
(*) Contrairement aux 6 annoncés dans l’EN 1992-3
Contenu EC2-3
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L’EC2-3 contient 9 sections
9 Sections basées sur l’EC2-1-1
Annexe K : Effets température sur béton
Annexe L : Déformations imposées gênées
Annexe M : Fissures dues au bridage
Annexe N : Joints de dilatation
1104/11/2010 Antenne Normes EurocodesContenu EC2-3
4 Annexes
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NBN EN 1992-3-ANB : 4 NDP’s
1204/11/2010 Antenne Normes EurocodesContenu EC2-3
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Section 1 - Généralités
1.1 Scope Silos & réservoirs
1304/11/2010 Antenne Normes EurocodesContenu EC2-3
”“calcul des structures en béton (…)
retenant des liquides ou stockant des matériaux pulvérulents.
Htes & Basses T° (-40°C et +200°C)Matières dangereusesRevêtements/peinturesRéservoirs ss pression d’airStructures flottantesGrands barragesEtanchéité au gaz
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1404/11/2010 Antenne Normes EurocodesContenu EC2-3
EC2Calcul Béton
1-1Généralités
1-2Feu
2Ponts
3Silos & Réservoirs
3Silos & Réservoirs
EN 1991-4Actions Sil & Rés
EN 1997Géotechnique
EN 1991-1-5Actions thermiques
1.2 Références normatives
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Section 2 – Bases de calcul
Situations particulières Service (vidance, remplissage,…) Explosions (poussières) Effets thermiques
(matières stockées ou ambiante) Essais d’étanchéité
Actions γi : v. EN 1991-4 Annexe B SOL/EAU : v. EC7
1504/11/2010 Antenne Normes EurocodesContenu EC2-3
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Section 3 – Matériaux
3.1 Béton
3.2 Armatures
1604/11/2010 Antenne Normes EurocodesContenu EC2-3
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Section 3 – Matériaux
3.1 Béton Effets T° sur propriétés Béton (v. Annexe K)
α = f (granulats, hum. interne)
Fluage = ! si T°>50°C (v. Annexe K)
Evolution chaleur hydratation !
1704/11/2010 Antenne Normes EurocodesContenu EC2-3
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Section 3 – Matériaux
3.2 Armatures Effets T° sur propriétés Acier (bét./PCT)
• [-40..+100°C] OK : v. EC2-1-1
• <-40°C ou >100°C : v. EC2-1-2
1804/11/2010 Antenne Normes EurocodesContenu EC2-3
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Section 4 – Durabilité & enrobage
4.1 GénéralitésAbrasion !
1904/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Enrobage c
Mécanique(remplissage/vidange)
Erosion Attaque chimique
Contenu EC2-3
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2004/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Section 5 – Analyse structurale
5.12 Effets température (gradients)5.13 Pression interne
Contenu EC2-3
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2104/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Section 6 – ELU
6.2.3.8 Effort tranchant6.9 Explosions dues à la poussière
Contenu EC2-3
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2204/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Section 6 – ELU
6.9 Explosion dues à des poussières EN 1991-4 & EN 1991-1-7 Systèmes de décharge Action accidentelle Risques à évaluer :
• Trémie vide (pression interne max)• Trémie partiellement remplie + pression vrac
Forces de réaction
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2304/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Section 7 – ELS7.3 Maîtrise de la fissuration
Classe d’étanchéité Exigences ./. fuites
0 Un certain débit de fuite admissible, ou fuite sans conséquence.
1 Fuites limitées…Quelques taches ou plaques d’humidité admises.
2 Fuites minimales. Aspect non altéré par des taches.
3 Aucune fuite admise.
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2404/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Classe d’étanchéité Exigences ./. fuites
0 Cfr. EC2-1-1 (§7.3.1)
1 Fissures ≤ wk1
2 Fissures tranversantes
3 Mesures spéciales
7.3 Maîtrise de la fissuration
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2505/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Section 7 – ELSLien fissures / débit de fuite
hPgLwKQ ceff ∆
∆= ....' 3 ρ
η ∑ ii Lw .ε.. 2
crBk ≈hPgkAQ
∆∆
= .../ηρ
•K’ ≅ 1/50 (pas de self-healing) [/]•η ≅ 1 (eau) [10-3 Pa.s] •η ≅ 0,375 (essence) [10-3 Pa.s]
QBéton QFissure
NBN ENV 1992-4
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Le calcul du débit de fuite est intimement lié aux phénomènes d’auto-réparation
2605/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Si weff=0,19mm (classe 1)
Lc=3m**, ∆P=1,5m***, ∆h=20cm et eau (20°) :
QBéton ≅ 0,24l/m²/an (11 litres/an pour 1 voile de 15x3m²)
Qfissure ≅ 918m³/an 0*
(*) En effet, à long terme, le débit sera beaucoup plus faible, voire inexistant suite à aux phénomènes d’auto-réparation : K’~0 pour t∞)(**) normalement la fissure ne devrait pas être traversante sur l’intégralité de la hauteur d’eau(***) la pression d’eau n’est pas constante sur la hauteur (on prend DP moyen = 1,5m p. ex.)
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2704/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
W ÷ 2
Q ÷ 8
Lien fissures / débit de fuite
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2804/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
0,45
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2904/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Classe d’étanchéité Exigences ./. fuites
0 Cfr. EC2-1-1 (§7.3.1)
1 w ≤ wk1
2 x ≥ xmin
3 PCT / Revêtements
7.3 Maîtrise de la fissuration
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3004/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
CLASSE
0
La classe 0 concerne la maîtrise des fissures selon l’EC2
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3104/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
CLASSE
1
h
hD
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
wk1
[m
m]
hD/h [-]
La classe 1 concerne la maîtrise des fissures traversantes à des valeurs inférieures à 0,2mm
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3204/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
CLASSE
1
La classe 1 repose sur le principe d’auto-colmatage (self-healing)
Hydratation poursuivie Dissolution de l'hydroxyde de
calcium pour précipiter ailleurs dans la fissure comme carbonate de calcium
Sédimentation Colmatage par particules de ciment Gonflement local
Sources d’auto-colmatage
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3304/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
CLASSE
1
L’auto-colmage n’est pas un miracle
Présence d’eau Débit limité
(pression d’eau/petites fissures) Stabilité de la fissure Pas de lixiviation
Exigences pour l’auto-colmatage
Supposition pour l’auto-colmatage
EN 1992-3 : ε ~ 150 x 10-6
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3404/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
CLASSE
1 wk1 EC2-3
Van Breugel K."Self-healing en vloeistofdichtheid." Cement, Vol. n° 7, 2003
La classe 1 a été déterminée au moyen d’essais en vraie grandeur
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3504/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
CLASSE
2
La classe 2 ne tolère pas de fissures traversantes
xq-p ≥ xmin = MIN (50mm ; 0,2h)
0255075
0 250 500
Combinaison de charges quasi-permanente
xmin
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3604/11/2010 Antenne Normes EurocodesEx. Multi-étagé
CLASSE
3La classe 3 ne tolère pas de fuites
Le béton armé ne fait pas faire de miracles
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Quoique…
3705/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Fiber-glass concretehttp://www.litracon.hu
3805/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Il ne faut d’ailleurs pas se dissimuler que le calcul de la traction du béton est plutôt illusoire, étant donné qu’à cause du retrait, il existe des tensions internes (traction dans le béton et compression dans les armatures, même en l’absence de toute sollicitation extérieure
- G. Magnel, 1931
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3905/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
CLASSE
3
La classe 3 nécessite des mesures spéciales
Précontrainte (PCT)Revêtements
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7.3.3 Maîtrise s/ calcul direct
Méthode simplifiéeMéthode détaillée
4004/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
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La méthode simplifiée repose sur des abaques
4104/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
A. Déformations gênées dominantes
B. Sollicitations externes dominantes
∅barres
(∅/@)barres
Maximiser σs
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Maîtrise simple de la fissuration
4204/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
σs
∅*max
w=0,05
0,10,2
0,3
10
20
30
100 200 300 400
Cfr. EC2-1-1 – Limitation du diamètre
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4305/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
σs
@
w=0,05
0,1
0,2
0,3
Maîtrise simple de la fissurationCfr. EC2-1-1 – Limitation de l’entre-distance
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4404/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Maîtrise simple de la fissuration
= Traction axiale !
( )dhhf effct
ss −
=
10.
9,2,*φφ
Correction
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4504/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
7.3.5 Maîtrise déformations imposées gênées (DIG)
Classe 1σt < fctk,0.05
Classes 2 et 3Section reste comprimée
Elast. linéaire et fluage via module effectif
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4604/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Section 8 – Dispositions constructives
8.10.1 Précontrainte Eviter éclatement local (interne) ∅gaine< k.t
0,25 (NDP)
Epaisseur
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4704/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Section 8 – Dispositions constructives Armatures
8.10.4 Ancrages et coupleurs Corrosion !
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4804/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
9.6 Voiles Jonctions parois (ouverture d’angle) Joints de dilatation
Section 9 – Dispositions constructives Eléments
Si limitation de fissuration non économique ou non efficaces
ExécutionContrôleRéparationRemplacement
Annexe N
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4904/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Annexe N – Joints
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5004/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
9.11 Parois précontraintes Si pas PCT verticale, arm. nécessaires ! tmin pour pulvérulents
tmin si coffrages glissants
Section 9 – Dispositions constructives Eléments
tmin = 150mm
(t2)
Classe 0 tmin = 120mm
Classes 1 & 2 tmin = 150mm
(t1)
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5104/11/2010
Antenne Normes Eurocodes
Annexe K – Effets température
-25°C .. +200°C
+5 MPa
+30 MPa
Hum faible Saturation
fck
fctx = αfckT2/3
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5204/11/2010
Antenne Normes Eurocodes
Annexe K – Effets température
-25°C .. +200°C
+2000 MPa
+8000 MPa
Hum faible Saturation
Raideur
-20-40%< 0°C < 20°C
Fluage
-100%
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5304/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Annexe K – Effets température
-25°C .. +200°C
EN 1992-1-2fck & fctx
<50°C Ecm ne varie pas
Fluage Jusqu’à x3 si chauffe avant charge
+ si pendant charge
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EN 1992-3ANNEXES
5404/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
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5504/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
( ) ( )( )( )meanmiavaxaz zzrRR −−+−= ./1.1.1 εε
( )azizeffcz E εεσ −= ,
Annexe L – Déformations imposées gênées (DIG)
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Annexe L – DIGDéformations & Contraintes
Bridage Base Côtés Base + Côtés
5604/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Centre Scientifique et Technique de la Construction – http://www.cstc.be
Annexe L – DIGDéformations & Contraintes
Bridage
5704/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
CUR Rapport 85
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Annexe M – DIGOuverture des fissures
Extrémités
5804/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Base
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Le mécanisme de fissuration dépend de la sollicitation dominante (P/DIG)
5904/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
LOAD(P)
DEFORMATION (ε)
Cracks
P-Controlled
~0,1‰ ~1÷1,5‰
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6004/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
CRACKWIDTH
(w)
DEFORMATION (ε)Déformation de 1ère fissuration
Le mécanisme de fissuration dépend de la sollicitation dominante (P/DIG)
P-Controlled
Ouverture initiale
Formation fissures
Fissuration stabilisée
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Le mécanisme de fissuration dépend de la sollicitation dominante (P/DIG)
6104/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
LOAD(P)
DEFORMATION (ε)
Cracks
ε-Controlled
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Annexe M – Déformations imposées gênéesOuverture des fissures
6204/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
CRACKWIDTH
(w)
DEFORMATION (ε)
Ouverture initiale
ε-Controlled
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6304/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
B. Bridage en base
A. Bridage aux extrémités
Alimite
B
A
CRACKWIDTH
(w)
DEFORMATION (ε)
Limite
Annexe M – Déformations imposées gênéesOuverture des fissures
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Résumé Méthode de calcul
6404/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
s
cteffctcs
AfkkA
σ... ,
min, =
Méthode simplifiée & DIG Classe d’étanchéité => Wmax
Act , fctm
kc et k ? Hypothèse sur ∅ => ∅*
σs sur base des tableaux (∅ vs. σs) As,min
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Résumé Méthode de calcul
6504/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
figuress
cteffctcs
AfkkA
,
,min,
...σ
=
Méthode simplifiée & Charges imposées Act et As connu (ELU) Classe d’étanchéité => Wmax
fct,eff = fctm
kc et k ?
σs pour section fissurée et charges de service (QP/fréquentes)
σs < σs,figures (max ∅/@) ? As > As,min
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Exemple (Déformations empêchées gênées)
6604/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Phase 2
t=0,4m
hv=4m
L=50m
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6704/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Hypothèses C30/37 Acier 10 BE 500S
EE3+EA1⇒ Cnom = 30+10 = 40 mm
⇒ d= h – cnom- ∅/2 = 400-40-10/2 = 355 mm
⇒ (h-d)/h = 0,11
Classe d’étanchéité 1 => Wmax = 0,005.(hD/t)+0.225 = 0,175
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fct,eff = fctm = 2,9 N/mm²
kc et k ?• L/H>8 Traction pure dans le voile
kc= 1
h=40cm k= -0,7.0,4 + 1,21
k= 0,93
∅* = (2,9/fct,eff).∅.10.(h-d)/h = 11,25 mm
6804/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
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σs sur base des tableaux (∅ vs. σs)
6904/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
σs
∅* 0,10,2
10
20
200 300
σs = ~230 N/mm²
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7004/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
2301000.400.9,2.93,0.1
...
,
,min,
=
=figuress
cteffctcs
AfkkA
σ
=4690 mm²/m’ (ρ = 1,17%)
Impossible avec du ∅10 !
3 options :A. Calcul de la contrainte max et limiter à fctk,0.05B. Itérations sur ∅ plus élevé σs mais As C. Joints ?
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Calcul détaillé pour DIG
7104/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
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DIGOption si classe d’étanchéité 1: ne pas fissurerAnnexe M :
7204/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
( )( )
( )
( )
( ) effcax
ctkiaviav
ctkeffciavax
ctkz
azizeffcz
iavaxaziz
iavaxaz
iz
ERf
fERfveutonetEAvec
RR
,
05.0,max,
05.0,,
05.0,
,
1
1
11
0
−=≤⇒
≤−⇒
≤
−=
−=−⇒−=
=
εε
ε
σ
εεσ
εεεεε
ε
Classe de béton εiav,max [mm/m]
C25/30 0,348
C30/37 0,364
C35/45 0,388
Avec ϕmoyen = 2,0 et restreinte Rax = 0,5
Retrait libre
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Le type de ciment est un paramètre prépondérant sur la valeur finale du retrait libre
7305/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Retrait libre0,464 mm/m
C25/30– CEM 42,5Rh0 = 381mm
RH=65%Tcure = 3 jours
C25/30– CEM 42,5Nh0 = 381mm
RH=65%Tcure = 3 jours
Retrait libre0,347 mm/m
ShInt©Free software for shrinkage calculation
http://tinyurl.com/Eurocodes-ShInt
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L’estimation de ϕ est sensible et l’impact importantSi ϕ ≅ 1
Concept impossible
7405/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Classe de béton εiav,max [mm/m]
C25/30 0,232
C30/37 0,242
C35/45 0,259
Avec ϕmoyen = 1,0 et restreinte Rax = 0,5
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Si fissuration : étude paramétrique
7504/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
σs = fyk
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7605/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
σs = 230
Si fissuration : étude paramétrique
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Charges dominantes
7704/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
( )
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) K2c zzγ .Kzz.γγzqhzqh:zzz
K2c .K p.zγzqh:zz0
eau
1w
sol
1wsat11221
surchargesol
d11
±−+
−−+=≤≤
±
+=≤≤
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σs sous charges quasi-permanentes (QP) et section fissurée
σs < σfigures (max) ?
7804/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Charges dominantes
figures
cteffctcs
AfkkA
,
,min,
...σ
= ?,ELUsA>
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Conclusions
Fissuration = 1 volet de la maîtrise de la fissuration Abaques simples pour limitation de la contrainte
dans l’acier Le choix d’une classe d’étanchéité est crucial,
l’ouverture de fissure maximale en découlant détermine les débits de fuite et le taux d’armature
L’armature minimale a tendance à « exploser » si l’on suit scrupuleusement l’EC2-3
Des méthodes technologiques peuvent être évaluées pour limiter éventuellement les taux d’armature
Le concept des joints doit être étudié comme option ./. à un taux d’armatures élevé (choix technico-économique) alors que l’utilisation même de ces joints devrait être limité
7905/11/2010 Antenne Normes Eurocodes
Centre Scientifique et Technique de la Construction – http://www.cstc.be
Une très bonne conception ?
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