Pourquoi l'acier inoxydable ?
Quels en sont les avantages ?
- Il est très résistant à la corrosion engendrée par les ions chlorure.
- Il ne dépend pas de la forte alcalinité du béton pour sa protection.
- L’enrobage peut être réduit.
- Les produits d'étanchéité pour béton, tels que le Silane, peuvent être éliminés.
- Le mélange de béton peut être simplifié pour s'adapter aux besoins la structure et non aux besoins de protection des barres d'armature.
- Il améliore la durabilité
- Il réduit l'entretien et les réparations
- Il peut être utilisé de manière sélective pour les éléments à haut risque de manière rentable.
- Il sera éventuellement recyclé pas vendeur non ?
Aciers inoxydables vs Autres solutions de protection contre la corrosion
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Revêtement époxy |
Coût initial plus faible |
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Galvanisation |
Coût initial plus faible |
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Armatures composite |
Coût initial plus faible |
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Protection cathodique |
Coût initial plus faible |
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Membranes |
Coût initial plus faible? |
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Acier inoxydable |
Faible coût du cycle de vie : · Conception similaire à celle des aciers Carbone · Les armatures mixtes en acier Carbone et en acier inoxydable fonctionnent. · Tolère une mauvaise exécution (enrobage insuffisant, mauvais compactage, durcissement inadéquat...) · Insensible à la mauvaise qualité du béton · Installation facile · Pas d'entretien · Pas de limite de durée de vie · Permet une couverture de béton plus mince · Meilleure résistance au feu · 100% recyclable Supprime la corrosion, donc la fissuration du béton induite par la corrosion |
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Choix de la nuance d’acier inoxydable
Recommandations du Centre Technique de Conseil pour le Ciment et le Béton, Suisse [17]:
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Matériau de l'armature |
résistance à la corrosion 1) |
Classe de résistance à la corrosion |
Carbonation du béton |
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No |
Yes |
No |
Yes |
Yes 2) |
Yes 2) |
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Teneur en chlorure 3) |
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Zero |
Zero |
Low |
Low |
Mid |
High |
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Armature carbone classique |
0 |
0 |
+ |
- |
+/- |
(-) |
- |
- |
||
|
Armature revêtue d'époxy |
0 |
? |
4) |
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Armature galvanisé |
0 |
0/1 |
+ |
+ |
(+) |
- |
- |
- |
||
|
Acier au chrome 5) |
10-16 |
1 |
+ |
+ |
+ |
(+/-) |
(+/-) |
- |
||
|
Aciers au chrome-nickel et aciers au chrome-nickel-molybdène
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17-22 |
2 |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
(+) |
||
|
Aciers au chrome-nickel-molybdène
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23-30 |
3 |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
||
|
Aciers au chrome-nickel-molybdène
|
>31 |
4 |
Pour les cas particuliers, par exemple : · Teneur en chlorure très élevée · Teneur élevée en chlorure et autres circonstances défavorables |
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1) WS : Résistance aux piqûres équivalente calculée selon : WS=%Cr+3,3%Mo+0%N. La teneur minimale en chrome et molybdène selon la norme EN 10088 et Stahlschlüssel (Allemagne) a été utilisée pour le calcul. La teneur en azote n'a pas été prise en compte. |
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2) L'influence de la teneur en chlorure est dominante. La carbonatation est d'une importance mineure puisque le taux de carbonatation est faible ou la couverture du béton est élevée. |
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3) Teneur en chlorure |
Faible: |
≤0.6 M.% de la teneur en ciment du béton |
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Moyenne: |
≥0.6, but ≤1.5M.% de la teneur en ciment du béton |
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Elevée: |
≥1.5, but ≤5 M.% de la teneur en ciment du béton |
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Très élevée: |
>5 M.% de la teneur en ciment du béton |
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4) La classification est incertaine/controversée. Considérations comparatives et jugement : voir chapitre 4.7. |
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5) La sensibilité à la corrosion par piqûre des aciers à faible teneur en chrome augmente rapidement avec la diminution du pH. En fonction du revêtement du béton, la carbonatation du béton est donc plus ou moins importante.
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Recommandations du : BSSA (British Stainless Steel Association) Special report (2003) [18]:
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Sélection de la nuance d’acier inoxydable pour des conditions d'exposition données |
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Condition d’exposition |
Nuance préconisée |
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Acier inoxydable noyé dans le béton avec une exposition normale aux chlorures dans les soffites, les poutres de rive, les parois de diaphragme, les joints et les structures. |
1.4301 |
|
Comme ci-dessus, mais où les exigences de conception pour la durabilité sont moindres conformément au tableau 3.7. |
1.4301 |
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Comme ci-dessus, mais lorsqu'un assouplissement supplémentaire de la conception envers la durabilité est nécessaire pour des raisons spécifiques sur une structure ou un composant donné, c'est-à-dire lorsque l'intégrité de l'étanchéité ne peut pas être garantie pendant toute la durée de vie de la structure. |
1.4436 |
|
Exposition directe aux chlorures et aux eaux contenant des chlorures, par exemple les goujons, les boulons d'ancrage et autres éléments faisant saillie du béton. |
1.4429 1.4436 |
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Exigences structurelles spécifiques pour l'utilisation d'armatures plus résistantes et adaptées à toutes les conditions d'exposition. |
1.4462 1.4429 |
Veuillez noter, cependant, que depuis lors, les qualités lean duplex ont été acceptées et sont maintenant largement utilisées (veuillez consulter les propriétés de l'acier)
L'acier inoxydable est-il rentable ?
Exemple 1 [19]
ECONOMIC EXAMPLE:*
Coût total de la construction d'un pont routier
| Solution | Cout total d’un projet | |
| 100% | Armature carbone | 100 |
| 10% | Armature acier inoxydable | 103 |
| 25% | Armature acier inoxydable | 107.5 |
| 50% | Armature acier inoxydable | 115 |
| 100% | Armature acier inoxydable | 130 |
Exemple 2 [20]
La jetée de Progreso a été construite en 1941, avec des barres d'armature en acier inoxydable. Les comparaisons ACV/CCV ont été effectuées avec une alternative hypothétique de barres d'armature en acier C. Elles montrent que les barres d'armature en acier inoxydable ont un coût global (sur toute la durée de vie de l'ouvrage) inférieur et une contribution au réchauffement climatique inférieur.
Exemple 3 [21]
Ministère des Transports de l'Ontario, Canada
"L'avantage de l'acier inoxydable est la vitesse extrêmement lente à laquelle il se corrode dans un environnement de béton/chlorure. Des dommages minimes dus à la corrosion sont prévus pendant une durée de vie de 75 ans. Bien qu'il soit beaucoup plus cher à l'achat que l'acier d'armature noir ou revêtu d'époxy, il est plus rentable à long terme car les dommages dus à la corrosion que l'on observe généralement avec l'acier noir et l'acier revêtu ne se produiront pas."
Exemple 4 [22]
Comparaison du coût initial et des coûts du cycle de vie des nouveaux ponts avec différents types de renforcement du tablier.
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Type d’armature |
Galvanisé |
MMFX 2 |
Composite |
Solid Stainless |
EnduraMet© 32 Stainless |
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Coût du tablier (par rapport au coût initial total de la structure "de base") |
38.00% |
39.14% |
39.90% |
42.18% |
39.90% |
|
Coût de l'acier (par rapport au coût initial total de la structure "de base") |
31.00% |
31.00% |
30.50% |
30.50% |
30.50% |
|
Coût des fondations (par rapport au coût initial total de la structure "de base") |
25.00% |
25.00% |
24.00% |
24.00% |
24.00% |
|
Coût des travaux de terrassement, etc. (par rapport au coût initial total de la structure de "base") |
6.00% |
6.00% |
6.00% |
6.00% |
6.00% |
|
Coût initial de la structure |
100.00% |
101.14% |
100.40% |
102.68% |
100.40% |
|
Durée de vie estimée (ans) |
40 |
50 |
65 |
100 |
100 |
|
Valeur actuelle du remplacement du tablier en fin de vie |
9.89% |
6.88% |
3.93% |
1.05% |
1.00% |
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Coût du cycle de vie sur 100 ans en pourcentage du coût initial de la structure "de base" |
111.48% |
108.02% |
103.88% |
103.74% |
101.40% |
Exemple 5 [23] [24] [25]
Le pont de Schaffhausen, qui traverse le Rhin, a été achevé en 1995. Le pont doit résister à la corrosion atmosphérique et aux sels de déglaçage. Il est prévu que le pont dure 80 ans sans perte d'intégrité structurelle et sans entretien significatif.
Trois options ont été envisagées pour les barres d'armature :
- Acier carbone : des réparations coûteuses auraient été nécessaires tous les 25 ans et auraient entraîné une forte perturbation du trafic.
- Acier au carbone revêtu d'époxy : des réparations moins importantes auraient néanmoins dû être effectuées tous les 25 ans, avec une perturbation réduite du trafic.
- Acier au carbone avec acier inoxydable dans les zones critiques : répond aux exigences de la durée de vie théorique.
Les coûts comparatifs des trois alternatives sont présentés ci-dessous.
L'utilisation appropriée de l'acier inoxydable entraîne un surcoût de seulement 0,5 %, remboursé 30 fois par les économies réalisées pendant la durée de vie du pont !
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Description |
Acier Carbone |
Epoxy |
Acier inoxydable |
|
Coûts des matériaux Coûts de fabrication Autres coûts d'installation |
8,197 0 15,611,354 |
31,420 0 15,611,354 |
88,646 0 15,611,354 |
|
Coûts d'installation (CHF) |
15,619,551 |
15,642,774 |
15,700,000 |
|
Maintenance Remplacement Perte de production Matériel |
0 256,239 2,218,524 0 |
0 76,872 2,218,524 0 |
0 -141 0 0 |
|
Coûts d'exploitation (CHF) |
2,474,763 |
2,295,396 |
-141 |
|
Coût Global (CHF) |
18,094,314 |
17,938,170 |
15,699,859 |
Exemple 6 [Référence 26, chapitre 11]
Il décrit la réparation de la façade d'un immeuble d'appartements de 18 étages à Alicante, en Espagne (voir la vue de face, ci-dessous). L'immeuble, vieux de 30 ans, est situé près de la mer. Des fissures dans les panneaux de façade ont été observées et ont nécessité leur remplacement par de nouveaux panneaux renforcés avec de l'acier inoxydable.
Exemple 7 [Référence 27, chapitre 12]
Comparaison des coûts de deux structures en béton (immeuble d'habitation et parking souterrain) renforcées avec de l'acier C ou de l'acier inoxydable. L'utilisation d'acier inoxydable sur les zones les plus exposées n'entraîne qu'une augmentation du coût de construction d'environ 9€/m2 (environ 2,5%) pour l'immeuble d'habitation. Le remplacement complet de l'acier C par de l'acier inoxydable augmenterait le coût d'environ 6%. Ce n'est pas beaucoup, compte tenu de la durée de vie plus longue de la construction sans entretien majeur.
Résistance au feu [26 Chapitre 11]
Les codes de construction du bâtiment exigent que les structures répondent à un niveau approprié de résistance au feu, généralement 2 heures minimum, avant de s'effondrer. L'un des paramètres clés des poutres en béton armé est l'enrobage du béton.
En effet, l'augmentation de l'enrobage ne sera efficace, seulement si le béton ne présente pas de grandes fissures ou n'est pas détérioré. Or, cela peut se produire avec le temps en raison de la corrosion.
Un autre problème, dans le cas d'enrobage important, est celui de l'"écaillage", c'est-à-dire que le revêtement en béton se fissure et s'écaille en cas d'incendie. Des moyens d'éviter ce phénomène sont appliqués, mais ils sont couteux.
Un moyen efficace d'améliorer la résistance au feu du béton armé consiste à utiliser des barres d'armature en acier inoxydable. Les aciers inoxydables conservent mieux leurs propriétés mécaniques que l'acier au carbone face à des températures élevées.
Note : EN 1.4311 (AISI 304N) : données sur les barres d'armature en acier inoxydable provenant de l'ISSF, EN 1.4301 (AISI 304) données Eurocode.
Les simulations informatiques montrent que la résistance au feu des poutres renforcées en acier inoxydable est bien meilleure que celle des poutres renforcées en acier au carbone.
La courbe ci-dessous, obtenue par simulation informatique, illustre comment une poutre en béton renforcée soit par de l'acier C, soit par de l'acier inoxydable (grade EN 1.4311 - AISI 304N) se plie sous la charge en cas d'incendie (norme ISO 834 - feu cellulosique). La déformation de la poutre augmente avec le temps (et la température de la poutre) jusqu'à ce qu'elle ne puisse plus supporter la charge.
L'acier inoxydable double presque le temps avant que la poutre ne s'effondre. En outre, l'allongement élevé permet d'observer l'apparition progressive de la rupture de la poutre et, par conséquent, de signaler un danger imminent.
L'augmentation du temps avant effondrement apportée par les armatures en acier inoxydable est une alternative intéressante à l'augmentation de l'enrobage en béton :
- elle n'augmente pas le poids de la structure, donc la charge sur les membres
- elle maintient la résistance au feu dans les structures sujettes à la corrosion