béton armé d'inox

L'ARMATURE INOX : UNE ARMATURE FAITE POUR DURER

Le béton armé connaît au cours du temps une dégradation de sa structure dans certaines conditions : on estime que 70% des pathologies du béton sont liées à la corrosion des armatures en acier ordinaire.

Il existe des solutions pour éviter ces pathologies ou les réparer : la protection cathodique, l'augmentation de l'enrobage, les inhibiteurs de corrosion, le zingage de l'acier, etc…mais aujourd'hui, l'armature en acier inoxydable à durabilité forte constitue pour certaines applications une solution incontournable ; de nombreux exemples d'applications en témoigne.

L'acier inoxydable présente une résistance à la corrosion exceptionnelle mais aussi des propriétés maintenant bien connues qui en font, pour certaines applications, le complément indispensable au béton: résistivité thermique, amagnétisme, très hautes caractéristiques mécaniques, résistance aux chocs des bétons.

FAISONS CONNAISSANCE AVEC L'INOX

Un acier inoxydable est un acier qui contient au minimum 10,5% de chrome. Ce chrome est destiné à la formation d'une couche superficielle de protection dite « couche passive ». Cette couche est un film très mince de quelques nanomètres, invisible à l'œil et composée d'oxydes de chrome, qui protège le métal de l'environnement extérieur et qui fait partie intégrante du métal.
En imageant, cette couche passive se comporte comme la peau humaine : à la moindre blessure, la couche se reconstitue immédiatement et continue à protéger le métal. (ceci est très différent du zingage pour lequel on dépose une couche sacrificielle supplémentaire de zinc sur l'acier).

Route en Tchéquie

Mais cette couche de protection n'est pas inaltérable dans toutes les conditions. Avec des environnements extérieurs agressifs, il peut y avoir rupture de la couche passive, c'est pourquoi il est souvent nécessaire d'intégrer des éléments d'addition tel le nickel et parfois du molybdène pour augmenter la résistance à la corrosion caverneuse et par piqûres dues à l'attaque par les ions chlorures.

Le pH (mesure de l'acidité) dans la béton évolue au cours du temps entre 12 & 8 , et il existe une différence fondamentale entre l'inox et le rond à béton classique en terme de réponse à cette agressivité :

• Pour un pH < 9, l'acier carbone se corrode sur toute sa surface, avec la création de volumes importants de produits de corrosion,
• Cette même situation ne va se rencontrer sur l'inox que pour des pH inférieurs à 2,5 ; autant dire que pour une application ronds à béton la corrosion de l'inox se limitera à de la corrosion localisée par piqûres ( pitting ) avec création d'un volume faible de produits de corrosion.

Sans entrer dans la métallurgie de ces aciers, nous pouvons tout de même affirmer que 2 familles d'aciers inoxydables ont une résistance à la corrosion tout à fait remarquable en général et en particulier dans les bétons :

• Les inox austénitiques (18%Cr 10% Ni et parfois du Mo)
• Les inox Duplex (environ 23%Cr, 4% Ni et parfois du Mo)

Ces aciers répondent à différentes normes :

• EN 10 088 : norme européenne sur les aciers inoxydables
• NF XP 35-014 : norme française pour les armatures en aciers inoxydables
• BS 1644 : norme anglaise pour les armatures en aciers inoxydables
• ASTM A 955M : norme américaine pour les armatures en aciers inoxydables.

Les principales nuances utilisées sont :

• 4301et 4311 austénitique sans molybdène (série 304)
• 4401 et 4429 austénitique avec Molybdène (série 316)
• 4362 duplex sans Molybdène
• 4462 duplex avec Molydène

Nous avons pu tester la résistance à la corrosion de différents inox dans des bétons soumis aux phénomènes de carbonatation et/ou d'imprégnation par les chlorures.
Ce test de mesure de potentiel de piqûres est un test de corrosion accélérée : plus la valeur mesurée est positive et élevée, meilleure sera la tenue à la corrosion.

Comme l’illustre la figure ci-dessus, le 4462 présente la meilleure tenue à la corrosion. On le recommandera particulièrement dans les endroits fortement exposés aux chlorures, dans les ambiances chaudes (mers chaudes).
A noter que le 4362 est un nouveau produit qui présente la particularité d’avoir une très bonne tenue à la corrosion tout en ayant un prix beaucoup plus bas que les aciers habituellement utilisés tels les 4404 ou 4462. Il constitue un remarquable choix dans les périodes ou le cours des alliages est particulièrement élevé.

LES CARACTERISTIQUES DES INOX :

Ces aciers présentent une limite élastique et un allongement bien supérieurs à ceux des aciers ordinaires. Il sera ainsi aisé de réduire le nombre d'armature lors d'une construction ou d'utiliser ces produits dans le cas d'une recherche d'une tenue aux chocs du béton.

ESSAI DE CHOC REALISE SUR DALLES ARMEES

DALLE REALISEE AVEC ACIER TRADITIONNEL	DALLE REALISEE AVEC INOX

Certains de ces produits sont amagnétiques : ils sont intéressants dans tous les cas ou cette propriété est importante (aéroports, banques, hôpitaux…)
Ils présentent une tenue au feu remarquable et répondent aux exigences demandées aux constructions en zone sismiques.
Sa faible conductivité thermique en fait par ailleurs, un excellent matériau pour résoudre les problèmes de pont thermiques.

TRAVAIL DES ARMATURES INOX :

L'inox qui se conforme très facilement, apte au pliage / dépliage. Il ne pose aucun problème de soudage. Nous recommandons toutefois de le stocker et de le travailler dans des locaux peu pollués en particulier par des particules de fer et …à l'abri des regards envieux.

OÙ DOIT-ON UTILISER L'INOX ?

Selon EUROCODE 2 , l'inox peut être utiliser dans les classes suivantes :

• Classe XA attaques chimiques
• Classe XC corrosion induite par carbonatation
• Classe XD corrosion induite par les chlorures non marins
• Classe XS corrosion par Cl- présents dans l'eau de mer
• Classe XF attaques gel/dégel avec ou sans déverglaçage

Plus généralement l'armature inox en substitution totale ou partielle de l'acier ordinaire se justifie sur les ouvrages :

• Soumis à des risques de corrosion
• Soumis aux sels de déverglaçage
• Situés dans les zones de marnage
• Soumis à des ambiances marines
• Dont la durée de vie attendue est supérieure
• En cas de difficultés de maintenance
• Dont la fermeture pour maintenance est impossible
• Pour les ouvrages de sécurité
• Pour lesquels le maître d'ouvrage souhaite une pérennité maximale

DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES

En terme d'adhérence, il n'y a pas de différence entre des armatures classiques et les inox (coef. de scellement 1,5 et coef de fissuration 1,6 pour les diamètres supérieurs à 6 et 1,3 pour les diamètres inférieurs à 6).

En terme d'épaisseurs d'enrobage, l'eurocode 2 considère que ces épaisseurs peuvent être diminuées dans le cas d'utilisation d'inox. En terme de durée de vie attendue, 6 classes ont été prévues. Dans le cas d'utilisation d'inox, pour une même épaisseur d'enrobage, il est possible de passer à la classe de structure supérieure.

Enfin, concernant la fissuration, nous proposons d'appliquer les dispositions suivantes :

PEUT-ON COUPLER DE L'ACIER INOX ET DES ARMATURES EN ACIER TRADITIONNEL ?

Il est possible de coupler ces deux matériaux entre eux. En effet, il n'y a pas d'accélération de la corrosion de l'acier ordinaire :

• Si le rapport des surfaces [Inox / acier C] reste inférieur à 15%.
• Avec un recouvrement de 49*diamètre (nombre de points de contacts >15).

LE COÛT DE POSSESSION

Une gestion responsable et durable d'un patrimoine inclut la prise en compte en amont de la réalisation de chaque ouvrage, d'une analyse technico-économique intégrant son coût global sur toute sa durée de service, de la définition d'une stratégie ainsi que des scénarios d'entretien.

De nombreuses études, réalisées en Amérique du Nord et dans les pays d'Europe sur des constructions suivis pendant plusieurs années, ont démontré que l'utilisation d'armatures inox constitue une solution économique intéressante dès que l'on cherche à optimiser le coût global notamment en réduisant les frais de maintenance.

Cette politique, basée sur le principe qu'il vaut mieux prévenir (la corrosion) par un plus grand recours à l'inox dès la conception de l'ouvrage que guérir en assurant une maintenance parfois coûteuse a pu être validée dans ces pays sur de nombreux cas.

L'utilisation d'armatures inox en substitution totale ou partielle (pour des parties d'ouvrage) renchérit le coût d'investissement de quelques % du fait de l'écart de prix entre ces deux types d'armatures. Mais ce surcoût est compensé à terme par une diminution significative des frais d'inspection et de suivi ainsi que des coûts de maintenance et de réparation.

L'analyse comparative en coût global permet d'évaluer l'intérêt de la substitution des armatures. Elle doit tenir compte de l'ensemble des coûts directs (de maintenance notamment) ou indirects (incidence sur l'exploitation), pendant la durée de service de l'ouvrage. Elle doit aussi intégrer l'allongement de la durée de vie résultant de l'utilisation de l'inox.

Les coûts directs sont diminués car les frais de maintenance et d'entretien peuvent être réduits à leur strict minimum.

Il ne faut pas non plus négliger les impacts sur les coûts indirects comme par exemple, dans le cas d'ouvrages routiers :

• les coûts de gestion et de perturbation du trafic : Lorsque s'impose la fermeture d'un ouvrage pour travaux, elle engendre de multiples nuisances (engorgement, pollution atmosphérique et sonore) dues à la mise en place d'un itinéraire de déviation souvent problématique.
• et les coûts sociaux induits, c'est-à-dire liés à la gêne aux usagers générés par les travaux de réparation et donc aux coûts induits par des embouteillages (au retard pris par les usagers dus aux embouteillages et à, la surconsommation en carburant) et à l'augmentation des risques potentiels d'accident, pour les automobilistes et pour les équipes de travaux exposées aux dangers du trafic lorsqu'il est maintenu.

CONCLUSIONS :

Choisir d'armer les ouvrages par de l'inox présente de multiples avantages :

• Optimisation du volume de béton, des quantités de ferraillages et du poids des structures donc par conséquent des gains sur les coûts liés au poids.
• Des coûts de maintenance et d'exploitation réduits
• Des garanties de sécurité, de tenue au feu et de résistance aux séismes.
• Et bien d'autres atouts tels l'amagnétisme et sa faible conductivité thermique
• Enfin, il ne faut pas oublier la pérennité de l'esthétique et son adaptation aux critères de développement durable.