Le Pont Vasco de Gama – la démarche durabilité

Résumé

A partir de l'exemple concret d'un grand ouvrage, la présente communication propose de montrer comment les résultats de la recherche menée sur le transfert dans les matrices cimentaires, ont pu être appliqués à la fois au suivi d'un chantier et à la prédiction de la durée de vie des bétons mis en place. Cette démarche unique, menée en collaboration étroite avec le maître d'œuvre, est basée sur un concept nouveau de Bétons à Haute Durabilité. L'ouvrage dont il s'agit est le Pont Vasco de Gama sur le Tage à Lisbonne. Ce pont, long de plus de 17 km, construit en zone maritime sur l'estuaire du fleuve et dont la mise en service a eu lieu en Avril 1998, est l'un des plus importants jamais construits en Europe à ce jour. Une garantie de durée de vie de 120 ans, sans entretien majeur, a été exigée par le maître d'ouvrage. Indépendamment des critères de durabilité relatifs aux constituants du béton (granulats non réactifs au sens de l'alcali-réaction, nature des ciments et formulations adaptées à l'environnement direct des différentes parties de l'ouvrage), le critère de durée de vie retenu est une concentration limite en chlorures au niveau des armatures de 0.4% par rapport à la masse de ciment. Cette valeur détermine le seuil d'initiation de la corrosion des aciers. Les indicateurs de durabilité retenus sont d'une part, un coefficient de diffusion apparent des ions chlore inférieur à 1×10^–12 m² s^–1 déterminé par la méthode TANG Luping et, d'autre part, une perméabilitéà l'oxygène inférieure à 1×10^–17 m². Ces indicateurs majeurs ont été complétés par des mesures de porosité accessible à l'eau, des tests de résistance à la pénétration des chlorures, des essais de migration des ions chlore et des examens approfondis de la microstructure des bétons. Les différentes mesures ont été effectuées sur des bétons de laboratoire, des bétons de chantier et des bétons carottés dans des parties d'ouvrage exposées depuis 1995. Les coefficients de diffusion des ions chlore mesurés ou calculés à partir des profils de concentration en chlorures dans les bétons d'ouvrage ont été introduits dans un modèle prédictif faisant appel à la méthode des éléments finis prenant en compte les interactions des ions avec la matrice cimentaire et l'évolution du coefficient de diffusion dans le temps. Les différentes simulations effectuées, affinées au fur et à mesure des contrôles et confrontées à la réalité de l'ouvrage, tendent à confirmer la validité du modèle prédictif utilisé et la pertinence des formulations choisies. Celles-ci, mécaniquement équivalentes à celles de Bétons à Hautes Performances, possèdent des caractéristiques de microstructure, de diffusivité et de perméabilité répondant aux exigences de durabilité de l'ouvrage.

Abstract

 From the concrete example of a large construction, this paper aims to show how the results obtained from the research work carried out on transfer in cement pastes were applied both on site during the concrete construction and in the laboratory to predict the durability of the concrete structure. This unique process, carried out in close collaboration with the constructor, is based on a new concept of High Performance Concrete. The construction concerned is the Vasco da Gama Bridge in Lisbon, which is one of the most important bridges ever constructed in Europe: it is more than 17 km long, built in the maritime zone on the Tagus river estuary. It was opened in April 1998. A guarantee of life duration of 120 years, without major maintenance, has been demanded. In addition to the criteria relative to the concrete constituents (non-reactive aggregates with regard to the alkalireaction, the nature of the cement and a formulation adapted to the direct environmental effects on the different construction parts), one of the main life duration criteria selected is a chloride concentration limit value of 0.4%, compared to the mass of the cement, measured directly at the reinforcement steel position. This value determines the initiation threshold of the corrosion process of steel. Specifications are both a diffusivity coefficient of chloride of less than 1×10^–12 m² s^–1 determined by the TANG Luping method and an oxygen permeability of less than 1×10^–17 m². These basic criteria have been perfected by measures of porosity to water, tests of resistance to chloride penetration, chloride migration tests and also by extensive examinations of the concrete microstructure. All the measurements and tests have been undertaken both on concrete samples made in the laboratory and on samples made on site and concrete cores from parts of the structure built in 1995. Coefficients of chloride diffusivity measured or calculated from profiles of concentration in concrete cores have been used in a predictive model, using a finite element method integrating the interaction ions with cement paste and the evolution of the diffusivity coefficient in time. The various computing simulations, improved progressively with controls and after comparison with the real bridge, tend to confirm, on the one hand, the validity of the model used and, on the other hand, the accuracy of the chosen formulations. These formulations, having mechanical properties close to those of High Performance Concrete, also have special microstructural properties of diffusivity and permeability, answering the requirements of the durability of this bridge.