BÉTON ARMÉ D’INOX – Le choix de la durée

Avant-propos

Ce document technique s’adresse aux concepteurs et gestionnaires d’ouvrages en béton armé et en béton précontraint. Il est consacré à l’utilisation des armatures inox, en substitution totale ou partielle des armatures acier, afin de s’affranchir des phénomènes de corrosion, principale pathologie des ouvrages en béton.

Pour connaître l’offre

Ce guide présente les performances et les propriétés du matériau inox, en particulier ses caractéristiques mécaniques élevées et son inertie vis-à-vis du phénomène de corrosion. Il précise les domaines d’applications potentiels des armatures inox, en travaux neufs ou en réparation d’ouvrages, et propose les adaptations possibles des règles de dimensionnement à la lumière des évolutions des règlements européens (Eurocode 2). Il regroupe l’ensemble des informations techniques nécessaires pour prescrire, concevoir et réaliser des ouvrages ou des parties d’ouvrages utilisant ce type d’armature, et les recommandations essentielles pour une mise en œuvre adéquate.

Pour choisir la meilleure solution

Il apporte les éléments d’aide à la décision, et à la sélection des nuances d’inox à privilégier, en fonction des spécificités propres à chaque ouvrage et des contraintes environnementales auxquelles il sera soumis pendant sa durée de service. Il met le surcoût initial du matériau inox en rapport avec les économies de gestion et de maintenance que son emploi génère à moyen et long terme. Il montre qu’opter pour des armatures inox c’est investir pour pérenniser les struc- tures, réduire les dépenses d’entretien et en faciliter l’exploitation.

Pour optimiser les résultats

Il recense les spécifications relatives à l’enrobage des armatures et à la maîtrise de la fissuration afin de satisfaire au mieux les exigences de durabilité. Il met en évidence l’intérêt de l’association du béton et des armatures inox, en s’appuyant sur une analyse technico-économique incluant la notion de coût global. Il montre que les armatures inox sont une solution pertinente pour une multitude d’ouvrages et parties d’ouvrages coulés en place ou préfabriqués, soumis à des contraintes environnementales pouvant générer des risques de corrosion.

7 – Approche économique des ouvrages en béton armé dʼinox

pour les automobilistes ainsi que pour les équipes de travaux exposées aux dangers du trafic, lorsqu’il est maintenu.

La diminution de la fréquence des interventions sur les ouvrages réduit proportionnellement ce type de coûts.

7.6.3 – Calcul du coût global

Afin de mener à son terme l’étude de coût, un logiciel* disponible sur CD-Rom permet de comparer, à partir des hypothèses proposées par le concepteur, le coût total d’un ouvrage sur la durée choisie pour différents matériaux. Ce logiciel combine les trois volets : coûts directs (voir le paragraphe 7.6.1), coûts indirects (voir le paragraphe 7.6.2) et coûts financiers à partir des données suivantes :

• coût du capital ;
• taux d’inflation;
• durée de vie attendue;
• pertes d’exploitation pendant les opérations de maintenance;
• prise en compte des temps morts liés à l’entretien.

Il est accompagné d’exemples d’utilisation et d’exemples de coûts.

D’autres exemples figurent également dans une étude élaborée conjointement par Ove Arup et BSSA**
Il est possible de se procurer ce logiciel auprès de I.D.Inox – Immeuble Galilée – avenue Marcellin Berthelot – 44812 Saint Herblain CEDEX.

• Logiciel conçu par Euro-Inox, ICDA (International Chromium Development Association) et SASSDA (South African Stainless Steel Development Association).
  ** BSSA (British Stainless Steel Development Association) :

Les inox sont utilisés pour leurs multiples propriétés mécaniques et physiques, et avant tout pour leur remarquable tenue dans les milieux agressifs. L’appellation « inox » recouvre une multitude de qualités d’inox capables de résister à des sollicitations très diverses comme la tenue aux températures extrêmes, la résistance à la corrosion, l’absorption des chocs, etc. Connaître les inox dans leur ensemble et savoir quelles sont leurs propriétés permet de faire des choix éclairés et d’opter pour la nuance la mieux adaptée à une application déterminée.

En métallurgie, les aciers sont répertoriés sous différentes appellations suivant leur composition chimique ; il est courant de parler des aciers inoxydables sous l’appellation générique « inox », les aciers non alliés étant communément appelés « aciers doux » ou « aciers au carbone ». Par convention et afin d’éviter toute confusion, nous désignerons dans cet ouvrage par « inox » tous les aciers inoxydables, le terme « acier » regroupant tous les autres aciers non inoxydables.

1.1 – Généralités

Les inox sont des alliages de fer et de carbone, dont l’élément principal est le fer et de ce fait ils appartiennent à la catégorie des aciers. Les aciers de cette famille, du fait de la présence d’autres éléments d’alliages tels que le chrome, le molybdène, le nickel, le manganèse, etc., présentent la particularité d’offrir une excellente résistance à la corrosion, d’où leur qualification d’inoxydable. Ces matériaux offrent – outre leur remarquable résistance à la corrosion – une palette de caractéristiques étendue.

Les inox sont des alliages, ce qui signifie que les éléments qui les constituent (le fer, le chrome, le nickel, etc.) ont été « assemblés » sous une forme telle que leur séparation individuelle n’est plus possible à partir du matériau ainsi élaboré: il en résulte des propriétés intrinsèques généralement très différentes de celle des éléments constitutifs.

1.2 – Définition d’un inox

L’inox est un alliage résultant de la fusion, à très haute température (plus de 1500 °C), de différents constituants, principalement le fer, le carbone et le chrome.

Pour que l’acier soit appelé « inoxydable », ces éléments doivent obéir à la composition suivante:

• Chrome: plus de 10,5 % en poids ;
• Carbone : moins de 1,2 % en poids ;
• Fer : le complément.

D’autres éléments comme le nickel, le molybdène, le titane, le silicium, etc. peuvent être ajoutés ; ils se substituent alors à une partie du fer en vue d’améliorer certaines des propriétés physiques, chimiques ou mécaniques de l’inox. Ainsi, il n’existera pas un inox, mais une multitude d’inox avec des analyses chimiques différentes.

Les teneurs en chrome ou en nickel peuvent être très élevées, l’élément restant (balance) sera toujours le fer.

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AU SOMMAIRE

● 1 – Qu’est-ce que l’inox? 7
1.1 – Généralités 8
1.2 – Définition d’un inox 9
1.3 – Différentes familles d’inox 9
1.4 – Différentes nuances d’inox 11
1.5 – Fabrication des inox 11
1.5.1 – Élaboration 12
1.5.2 – Coulée continue 13
1.5.3 – Transformation à chaud ou « laminage à chaud » 14
1.5.4 – Décapage 14
1.5.5 – Transformation à froid ou « laminage à froid » 16
1.6 – Propriétés physiques et caractéristiques mécaniques des inox 17
1.6.1 – Propriétés physiques 17
1.6.2 – Propriétés magnétiques 18
1.6.3 – Résilience 18
1.6.4 – Caractéristiques mécaniques en traction 19
1.7 – Désignation normalisée des inox 21
1.7.1 – Désignation européenne selon la norme NF EN 10088 21
1.7.2 – Désignation des inox pour armatures du béton selon
la norme XP A 35-014 23

● 2 – L’inox, une solution pour la tenue à la corrosion
des bétons armés 25
2.1 – Mécanismes de corrosion des armatures acier dans le béton 26
2.1.1 – Carbonatation 27
2.1.2 – Action des chlorures 28
2.1.3 – Effets de la corrosion 28
2.2 – Couche de passivation ou couche passive des inox 29
2.3 – Résistance à la corrosion des armatures inox dans le béton 30
● 3 – Classes d’exposition des bétons 35
● 4 – Milieux et ouvrages concernés par les bétons
armés d’inox 39
4.1 – Classes d’exposition soumises à risque 40
4.2 – Domaines d’utilisation privilégiés du béton armé d’inox 40
4.3 – Autres utilisations présentant un intérêt 43
5 Spécificités des armatures inox 45
5.1 – Fabrication des armatures inox 46
5.1.1 – Crantage à chaud 46
5.1.2 – Crantage à froid 47
5.1.3 – Possibilités de fabrication 47
5.2 – Contrôles de fabrication et conformité normative 48
5.2.1 – Contrôles de fabrication 48
5.2.2 – Conformité normative 48
5.3 – Caractéristiques de forme 50
5.3.1 – Armatures lisses 50
5.3.2 – Armatures à verrous 50
5.3.3 – Armatures à empreintes 51
5.4 – Caractéristiques mécaniques en traction 51
5.5 – Nuances d’inox en fonction de la limite
conventionnelle d’élasticité 53
5.6 – Sélection de la nuance d’inox selon la classe
d’exposition des bétons 54
5.7 – Caractéristiques dimensionnelles et masse linéique 55
5.8 – Désignation des armatures 56
6 Spécifications et dispositions constructives 57
6.1 – Adhérence des armatures inox 58
6.2 – Enrobage des armatures 59
6.2.1 – Philosophie de l’enrobage selon l’Eurocode 2 59
6.2.2 – Enrobage minimal 59
6.2.3 – Position des armatures 62
6.3 – Maîtrise de la fissuration 62
6.3.1 – Valeur limite d’ouverture de fissure 62
6.3.2 – Section minimale d’armatures 63
6.4 – Principales dispositions constructives 64
6.4.1 – Espacement des armatures 64
6.4.2 – Diamètre admissible des mandrins pour le pliage des barres 64
6.4.3 – Ancrages des armatures 65
6.4.4 – Recouvrement des armatures 65
6.4.5 – Utilisation de manchons de raccordement 66
6.5 – Récapitulatif de la démarche à suivre par le concepteur 68
6.6 – Rattachement à la réglementation 69
7 – Approche économique des ouvrages
en béton armé d’inox 71
7.1 – Les armatures inox en France et dans le monde 72
7.2 – Atouts des armatures inox 73
7.2.1 – Intérêt des armatures inox 73
7.2.2 – Inox et développement durable 74
7.2.3 – Pérennité architecturale 75
7.3 – Optimisation des quantités de béton et d’acier 75
7.3.1 – Optimisation du volume de béton 75
7.3.2 – Optimisation de la quantité d’acier 76
7.3.3 – Optimisation des dimensions des éléments
préfabriqués en béton 76
7.4 – Éléments d’analyse économique 77
7.4.1 – Caractéristiques générales de l’ouvrage 77
7.4.2 – Règlements de calculs 77
7.4.3 – Caractéristiques des matériaux 77
7.4.4 – Géométrie de l’ouvrage 78
7.4.5 – Estimation des quantités 78
7.4.6 – Schéma de ferraillage 79
7.4.7 – Hypothèses de prix unitaire des matériaux 79
7.4.8 – Bilan estimatif 80
7.5 – Utilisation adaptée à chaque ouvrage 82
7.6 – Approche en coût global 82
7.6.1 – Coûts directs 83
7.6.2 – Coûts indirects 83
7.6.3 – Calcul du coût global 84
8 – Utilisation des armatures inox pour la réparation
d’ouvrages 85
8.1 – Principaux types d’ouvrages concernés 86
8.2 – Diagnostics de la corrosion 87
8.3 – Reconstitution de l’enrobage 87
Conclusion 89
Les réponses à vos questions 91
9 -Annexes 101
Annexe 1 Caractéristiques géométriques des armatures inox 102
Annexe 2 Principales caractéristiques des armatures inox 105
Bibliographie 107
Normes et documents de référence 109