Recommandations pour la durabilité des bétons durcis soumis au gel

Les recommandations de niveau national relatives à la prévention contre les mécanismes développés par le gel font l’objet d’un guide technique édité par le LCPC en décembre 2003 intitulé « Recommandations pour la durabilité des bétons durcis soumis au gel ». Les recommandations concernent les bétons réalisés sur chantier, en usines de préfabrication et en centrales de béton prêt à l’emploi pour les ouvrages relevant du domaine du génie civil, et conçus pour une durée d’utilisation de projet de cent ans. Les produits préfabriqués disposant d’une certification intégrant les risques liés au gel-dégel ne sont pas concernés par ces recommandations.



Ce document précise les dispositions relatives à l’élaboration des bétons traditionnels, des Bétons à Hautes Performances et des bétons à technologie spécifique: béton à démoulage immédiat (bétons fabriqués en usine de préfabrication), bétons moulés sur site avec une machine à coffrage glissant et bétons projetés.

Les principes de prévention s’appliquent aux ouvrages non protégés des intempéries ou en contact avec l’eau ou les rejaillissements de saumure et soumis à deux types d’exposition spécifiques : le gel pur ou le gel pur en présence de sels de déverglaçage.

Les principes de prévention permettant d’assurer la durabilité des bétons durcis en ambiance hivernale reposent sur les constatations suivantes.

• Le béton résiste d’autant mieux
  • que sa compacité et sa résistance mécanique, en particulier en traction, sont élevées ;
  • que son degré de saturation en eau est faible;
  • qu’il est imperméable et ne se laisse pas saturer par les sels de déverglaçage;
  • que le réseau de bulles d’air est adapté à la quantité d’eau gelable.
  Ces recommandations permettent :
  • de maîtriser les agressions pouvant résulter des cycles de gel-dégel en présence ou non de sels de déverglaçage;
  • de formuler et de confectionner des bétons durables en ambiance hivernale.
• Le béton doit être compact (rapport E/C faible et dosage en ciment élevé), présenter lorsque nécessaire un réseau de bulles d’air approprié, et être formulé en utilisant des granulats non gélifs.

Les principes de prévention concernent tous les paramètres de formulation, les conditions environnementales et les conditions de fabrication et de mise en oeuvre du béton (temps de transport, vibration, talochage, cure, etc.).

Les recommandations s’appuient pour les granulats sur les normes NF EN 12620 et XP P 18-545 ainsi que sur la norme NF EN 1367-1 pour la sensibilité au gel.

Elles définissent les essais à mettre en oeuvre ainsi que les caractéristiques à exiger sur le béton durci (facteur d’espacement des bulles d’air). Les essais performanciels sont basés sur des cycles de geldégel en présence ou non de sels de déverglaçage.



Elles tiennent compte de l’évolution des constituants des bétons (ciments, adjuvants, etc.) et définissent les essais à mettre en oeuvre ainsi que les caractéristiques à exiger sur le béton durci pour satisfaire la durabilité aux cycles gel-dégel en présence ou non de sels de déverglaçage.

Résistance au gel interne

La résistance au gel du béton dans la masse est évaluée de deux manières suivant le type de béton.

• Béton formulé avec un agent entraîneur d’air. Le facteur d’espacement L (barre) est déterminé dès le stade de la formulation du béton. Il est mesuré sur béton durci selon la norme ASTM C 457 à une échéance de 4 à 5 jours et permet de valider l’efficacité du réseau de bulles d’air entraîné. Les paramètres du réseau de vides d’air dans le béton durci sont déterminés au microscope.
• Béton formulé sans ou avec peu d’agent entraîneur d’air. La résistance au gel interne de ces bétons est évaluée avec l’essai de performance défini dans la norme P 18-424 pour le gel sévère avec un fort degré de saturation en eau du béton et dans la norme P 18-425 pour le gel modéré quel que soit le degré de saturation en eau du béton, et pour le gel sévère avec une saturation modérée en eau du béton. La durée des essais est de l’ordre de trois mois et demi.

Résistance à l’écaillage

La résistance à l’écaillage représente le comportement de la surface du béton soumis aux cycles de gel-dégel en présence de sels de déverglaçage. Elle est déterminée selon la norme XP P 18-420 en mesurant la masse de matière écaillée (sur quatre éprouvettes cubiques de béton durci exposées à des cycles de gel-dégel en présence d’une solution saline). La durée de l’essai est de l’ordre de trois mois.

Quatre « classes » d’exposition définies dans la Norme NF EN 206-1 concernent les bétons soumis à l’action du gel et/ou aux sels de déverglaçage :

1. XF1: saturation modérée en eau sans agent de déverglaçage
2. XF2: saturation modérée en eau avec agents de déverglaçage
3. XF3: forte saturation en eau, sans agent de déverglaçage
4. XF4: forte saturation en eau, avec agents de déverglaçage

La méthode consiste à définir le type de béton à mettre en oeuvre en fonction des niveaux de gel (gel sévère et gel modéré) – niveau précisé dans la carte des zones de gel en France – voir la norme NF EN 206-1 et le fascicule de documentation P 18-326 et des niveaux de salage (salage peu fréquent, salage fréquent, salage très fréquent) – niveau précisé dans le document SETRA – aide à l’élaboration du dossier d’organisation, de la viabilité hivernale. Les zones de gel faible ne sont pas concernées par ces recommandations.

Selon le niveau de gel auquel est soumis l’ouvrage et le niveau de salage, on distingue quatre types de bétons :

• béton soumis au gel modéré sans eau avec peu de sels de déverglaçage (salage peu fréquent) ;
• béton soumis au gel modéré en présence de sels de déverglaçage (salage fréquent) ;
• béton soumis au gel sévère sans sels de déverglaçage. Ces bétons sont dénommés béton G (béton formulé pour résister au gel interne seul) ;
• béton soumis au gel modéré et sévère en présence de sels de déverglaçage. Ces bétons sont dénommés béton G + S (béton formulé pour résister au gel interne et à l’action des sels de déverglaçage).

Niveau de salage	Niveau de gel
		Modéré	Sévère
Peu fréquent	Béton adapté*	Béton G
Fréquent	Béton adapté* avec : teneur en air minimale de 4 % ou essais de performance	Béton G + S
Très fréquent	Béton G + S	Béton G + S
Tableau 3 : niveau de prévention * Béton adapté: béton conforme aux normes en vigueur, (norme NF EN 206-1 et normes de produit) et possédant une bonne compacité.

Seuls les bétons G et G + S font l’objet de prescriptions particulières.

Les recommandations concernent la formulation, les spécifications sur les constituants (ciments, granulats, additions), les spécifications exigées sur le béton durci ainsi que la fabrication, la mise en oeuvre et les dispositions constructives.

Pour les bétons traditionnels, les recommandations concernent les bétons de résistances caractéristiques à 28 jours inférieures à 50 MPa, formulés avec un entraîneur d’air.

Pour les BHP, les recommandations concernent les bétons de résistances caractéristiques à 28 jours supérieures ou égales à 50 MPa formulés avec ou sans entraîneur d’air.

Les recommandations distinguent deux classes de BHP en fonction du rapport E/C :

• Classe 1 : E/C ≥ 0,32
• Classe 2 : E/C < 0,32

Et deux types de formulations :

• Béton formulé sans entraîneur d’air ;
• Béton formulé avec entraîneur d’air.