Retrait et fluage du béton : mécanismes, prédiction selon Eurocode 2 et maîtrise

Le béton subit deux types de déformations différées qui évoluent sur plusieurs décennies : le retrait, d'origine physico-chimique, et le fluage, d'origine mécanique. Ces phénomènes peuvent induire une fissuration et doivent être pris en compte dès la conception. L'Eurocode 2 (NF EN 1992-1-1) fournit un cadre normatif pour leur prédiction, indispensable pour dimensionner correctement les ouvrages en stahlbeton et en béton précontraint.

Qu'est-ce que le retrait du béton et comment se manifeste-t-il ?

Le retrait désigne la déformation du béton en l'absence de toute contrainte mécanique extérieure. Il résulte de réactions physico-chimiques au sein du matériau et se décompose en deux composantes principales : le retrait endogène et le retrait de dessiccation. Le retrait endogène apparaît dès le début de l'hydratation du ciment, même en conditions étanches. Le retrait de dessiccation survient lorsque l'eau libre migre vers l'extérieur dans un environnement sec.

Les déformations mesurées varient fortement selon la composition du béton, l'hygrométrie ambiante et les dimensions des éléments. Pour un béton à hautes performances avec fumée de silice et air entraîné, des essais conformes aux recommandations du document TC107-CSP de la RILEM ont montré qu'après 16 mois, le retrait endogène atteint 350 μm/m tandis que le retrait de dessiccation s'élève à 340 μm/m. Le retrait de dessiccation et le fluage de dessiccation ne semblent pas avoir atteint un palier final à cette échéance, ce qui souligne l'importance d'une extrapolation à long terme pour les calculs de dimensionnement.

Comment fonctionne le fluage du béton ?

Le fluage se manifeste par une augmentation progressive de la déformation sous l'effet d'une contrainte constante. Dès l'application d'une charge uniforme, une déformation instantanée apparaît, suivie d'une déformation complémentaire qui croît graduellement. Ce processus prend plusieurs décennies pour atteindre la déformation de fluage maximale.

La déformation de fluage du béton pour un temps infini sous une contrainte de compression constante appliquée à un âge donné du béton se calcule en utilisant une formule qui intègre le coefficient de fluage final, le module tangent du béton et la contrainte appliquée. Le coefficient de fluage final dépend de plusieurs paramètres : l'âge du béton au premier chargement, les dimensions de la pièce, l'hygrométrie ambiante et la composition du béton. L'annexe B de l'Eurocode 2 contient la démarche de calcul détaillée pour déterminer les déformations dues au fluage et au retrait.

Quels paramètres influencent les déformations différées ?

Les déformations différées dépendent de multiples facteurs matériaux et environnementaux :

Pour un béton à hautes performances formulé pour la construction d'un tablier de pont en béton précontraint par encorbellements successifs, avec une résistance à la compression visée de 40 MPa à trois jours, ces paramètres doivent être caractérisés par une campagne d'essais. Les essais de retrait et de fluage sont réalisés dans des conditions endogènes et de séchage, à plusieurs échéances de chargement : 3, 7, 28 et 90 jours après le bétonnage.

Comment prédire le fluage selon l'Eurocode 2 ?

L'Eurocode 2 propose une méthode de calcul basée sur un coefficient de fluage conventionnel et un coefficient prenant en compte l'évolution du fluage en fonction du temps après chargement. L'évolution du coefficient de fluage au cours du temps peut être obtenue par une expression qui fait intervenir ces deux coefficients. Le modèle de l'Eurocode 2 Annexe B prédit le mieux les deux types de fluage pour certaines compositions de béton, notamment lorsque l'on considère qu'il n'y a pas de fumée de silice dans le modèle de calcul.

D'autres modèles de prédiction existent également : le modèle B4 et le fib 2010. Le modèle B4 de base prédit correctement les deux types de retrait, tandis que le fib 2010 ne semble pas adapté pour modéliser convenablement le fluage de dessiccation. Le modèle B4 ajusté avec les mesures de pertes d'eau prédit le fluage le plus important à 50 ans. Il paraît néanmoins difficile de conclure sur une valeur finale à très long terme sans avoir effectivement atteint la fin du séchage pendant l'essai.

Comment limiter les déformations différées en pratique ?

La maîtrise du retrait et du fluage passe par plusieurs leviers d'optimisation. Le choix d'un béton à rapport eau/ciment réduit limite le retrait de dessiccation. L'utilisation d'additions minérales telles que la fumée de silice modifie les cinétiques de retrait endogène et de fluage. Le dimensionnement des sections doit tenir compte des effets différés pour éviter la fissuration, notamment dans les structures hyperstatiques où le retrait empêché génère des contraintes internes.

Pour les ouvrages en béton précontraint ou les ponts construits par encorbellements successifs, l'intégration de paramètres intrinsèques au matériau optimisés dans les équations des modèles réglementaires permet d'améliorer la précision des calculs d'analyse et de dimensionnement. Les résultats d'essais de retrait et de fluage d'une durée minimale de 16 mois, conformes aux recommandations RILEM, servent de base pour l'ajustement et l'extrapolation des modèles à très long terme.

Le béton présente certes une bonne résistance en compression, une bonne tenue au feu et une durabilité reconnue. Toutefois, la faible résistance en traction et la fissuration induite par les déformations différées constituent des faiblesses qu'il convient de maîtriser par une prédiction fiable et une conception adaptée. Une connaissance approfondie des phénomènes de retrait et de fluage, ainsi que l'application rigoureuse des normes en vigueur, restent indispensables pour garantir la pérennité des structures en béton.

Pour approfondir les problématiques liées aux déformations de retrait du béton et du mortier, consultez notre article dédié au schwindverhalten. Les aspects de limitation de la fissuration dans le béton armé sont également traités en détail dans notre rubrique Normen & Standards.