Fascicule 1 Ouvrages de Maconnerie

Les ouvrages en maçonnerie

2

CETMEF

! " # $ ! ! % ! % % # & ' $ & $% ! & ! ( % ) # *$ + ,--. # *$ / * ' ! ' ( )

* * 0 1 * ! * ! ' * $ $


Remerciements Le CETMEF tient à remercier toutes les personnes qui ont participé à la réalisation de ce document et notamment : Les rédacteurs du document initial : Messieurs BRU, CHUBILEAU, JÉZÉQUEL, LA PRAIRIE et LEVILLAIN. Les rédacteurs des parties mises à jour : Nicolas ROUXEL, LRPC de Saint-Brieuc Benoît THAUVIN, LRPC de Saint-Brieuc Les relecteurs : Jacques BILLON, CETE Ouest/DIE/GOA Bruno BÉRANGER, LRPC d'Angers Claire MARCOTTE, CETE Nord-Picardie

4

CETMEF


Sommaire 1. Généralités – Le dossier d'ouvrage 1.1 La maçonnerie

6 6

1.2 Aperçu sur la conception des ouvrages maritimes en maçonnerie

17

1.3 Le dossier d'ouvrage

27

2. Causes et manifestations des désordres

30

2.1 La pathologie des matériaux de maçonnerie

30

2.2 La pathologie due aux actions mécaniques sur l'ouvrage

47

3. La surveillance

51

3.1 Contexte et spécificité maritime

51

3.2 Principes généraux de la surveillance

52

3.3 Contenu et modalités d'organisation de la surveillance continue

53

3.4 Les moyens de la surveillance

58

3.5 L'instrumentation

76

4. L'entretien des ouvrages

81

4.1 Établissement d'un diagnostic sur l'état de l'ouvrage

81

4.2 Le nettoyage

82

4.3 Évacuation des eaux - drainage

84

4.4 Traitement de la pierre

84

4.5 Réfection des joints de maçonnerie

85

4.6 Protection des fondations par des enrochements

92

4.7 Aperçu sur les grosses réparations

93

5. Annexes

109

6. Bibliographie

114

7. Glossaire des termes de maçonnerie

117

8. Index

132

CETMEF

5


1. Généralités – Le dossier d'ouvrage 1.1 La maçonnerie La maçonnerie est un matériau composite comprenant de gros éléments, blocs, pierres, moellons ou briques, unis en général par un mortier (figure 1). Lorsque ce mortier n'existe pas, on dit que l'on a affaire à une maçonnerie de pierres sèches (figures 2 et 3). Dans tout ouvrage de maçonnerie on distingue deux parties: d'une part, la partie vue et d'autre part, le massif interne que la partie vue est destinée à protéger (figures 4 et 5). La partie vue comprend essentiellement : • en partie supérieure, une voie de circulation parfois appelée plate-forme, composée suivant les cas, d'un pavage ou d'un dallage et parfois bordée longitudinalement côté mer par un mur ou un muret surmonté par un couronnement ; • latéralement, le ou les parements. La maçonnerie constituant les parements, est toujours très "travaillée", avec, dans la plupart des cas, une recherche esthétique certaine. Le corps du massif lui-même est composé d'éléments presque toujours moins nobles que ceux du parement et mis en œuvre plus grossièrement. Il peut s'agir de pierres ou de moellons hourdés, ou non, au mortier de ciment ou de chaux. Il peut s'agir également de remblais pierreux, de galets, etc. Certains ouvrages comportent également des armatures métalliques, enveloppées d'une gaine de mortier, au moins à l'origine, et destinées à rendre l'ensemble plus monolithe.

6

CETMEF


Figure 1 : Ouvrage monumental en maçonnerie : la digue de protection de l'entrée d'un port (pierres de taille de granite avec joints au mortier de ciment côté mer et pierres sèches côté terre). La partie en saillie de la digue côté mer est dégradée par l'assaut des vagues et elle a dû être protégée par des enrochements.

Figure 2 : Maçonnerie de pierres sèches taillées CETMEF

7


Figure 3 : Maçonnerie rustique de pierres sèches (blocs et moellons grossiers, calés par des pierres)

Figure 4 : La dégradation d'un mur de quai permet de visualiser, d'une part la maçonnerie de parement en pierres de taille jointoyées et, d'autre part, la maçonnerie hourdée intérieure. On distingue deux tiges d'acier destinées probablement à consolider le parement, préalablement à sa chute. 8

CETMEF


Figure 5 : Le dallage d'un mur de quai. Le monolithisme du mur est assuré par les joints au mortier et par une découpe adaptée de la pierre de taille (découpe en queue d'aronde).

La maçonnerie et les pierres qui la composent reçoivent des appellations diverses suivant leur volume, leur découpe, leur état de surface et leur plan de pose. Toutes ces appellations relèvent de la technologie pure des maçonneries et leur rappel sort du cadre du présent fascicule (se reporter à la liste bibliographique jointe). Du point de vue pathologique, qui concerne essentiellement le présent fascicule, ce sont surtout les composants de la maçonnerie qui doivent être étudiés.

1.1.1 La pierre Bien que la pierre soit rarement à l'origine de problèmes pathologiques graves pour les ouvrages maritimes, il convient de bien caractériser ce composant. Schématiquement les pierres à bâtir sont issues des trois grandes familles de roches: les roches cristallines, sédimentaires et métamorphiques. •

Les roches cristallines, appelées aussi roches éruptives.

CETMEF

9


Elles comprennent essentiellement les granites. Comme leur nom l'indique ces roches présentent des cristaux (ou grains) visibles. Ces grains sont constitués de silice (quartz) ou de silico-aluminates (feldspaths, micas). Les roches sédimentaires. Elles comprennent essentiellement les calcaires (à base de carbonate de calcium CaCO 3) dont le grain est souvent moins visible, voire indécelable à l’œil nu, et les grès, composés de grains le plus souvent siliceux noyés dans une matrice de nature variable. •

Les roches métamorphiques. Elles comprennent essentiellement les gneiss, micaschistes et schistes. •

Alors que les roches cristallines sont pratiquement isotropes, les deux autres catégories de roches sont plutôt anisotropes car en général caractérisées par une structure feuilletée plus ou moins apparente. 1.1.2 Les mortiers On appelle mortier un mélange de liant hydraulique (chaux ou ciment), de sable et d'eau. Un mortier constitué de chaux et de ciment est dit mortier bâtard. Dans la maçonnerie on distingue d'une part le mortier de hourdage, c'est le mortier qui remplit les vides entre les gros éléments du massif, et d'autre part, le mortier des joints qui comble les vides entre les pierres et moellons des parties vues de l'ouvrage. Le rôle du mortier est double : • Rôle mécanique. Il s'agit de donner de la cohésion à l'ouvrage afin de lui permettre de résister aux actions mécaniques extérieures et notamment à l'effet des vagues (on ne rencontre d'ouvrages en pierres sèches qu'en zones abritées). Il s'agit aussi de répartir les efforts de compression entre les pierres afin d'éviter entre elles des poinçonnements locaux. Rôle d'imperméabilisation. Il s'agit d'éviter ou de limiter les circulations d'eau de mer au sein du massif et de réduire ainsi les risques d'altération de ce massif dans le temps, notamment du mortier. •

10

CETMEF


Il n'existe à ce jour aucune norme ni recommandation traitant spécifiquement des mortiers des maçonneries marines, ni de leur élaboration, ni de leur analyse (mortier durci). Plusieurs types de mortier peuvent être envisagés en fonction de la nature du liant et des dosages. Les mortiers de chaux grasse La chaux grasse s’utilise de préférence en pâte. Des mortiers peuvent également être obtenus par ajout de sable. Un dosage de 50 litres de chaux pour 100 litres de sable constitue un dosage moyen pour un enduit de maçonnerie à base de chaux aérienne. Les mortiers de chaux hydrauliques Le dosage est exprimé en kilogramme de chaux hydraulique par mètre cube de sable. Ce dosage diffère selon que l’on voulait d’une part un dosage maigre, normal ou très gras et, d’autre part, selon que l’on désirait une chaux légère, lourde ou éminemment hydraulique. Le tableau suivant donne des indications sur les dosages utilisés à l’époque.

Type de chaux hydrauliques Légère Lourde Eminemment hydraulique

Tableau 1 Mortiers de chaux hydrauliques Mortier Maigre Normal Ouvrages aériens Fondations 250 300 300 350 350 400

Gras Ouvrages immergés 350 400 450

Les mortiers de ciment Portland Les dosages et les applications utilisés pour les mortiers de ciment Portland sont donnés dans le tableau suivant. Les dosages sont également exprimés en kilogramme de ciment Portland par mètre cube de sable.

Mortier Maigre Maçonnerie de remplissage 250 à 350

Tableau 2 Mortiers de ciment Portland Mortier Mortier Mortier Normal Semi-riche Moyennement riche Quai, fondation Maçonnerie Parements, immergée, radier aérienne enduits aériens d’écluse 350 à 400 450 à 500 500 à 600

Mortier Riche Rejointoiement 600 à 800

Les mortiers bâtards Il s’agit de mortiers qui contiennent à la fois du ciment et de la chaux. La chaux peut être de la chaux grasse ou de la chaux hydraulique. Dans le cas de la chaux aérienne, il existe deux types de mortier : CETMEF

11

Les ouvrages en maçonnerie •

•

le mortier demi-maigre : un volume de chaux en pâte, deux volumes de ciment et douze volumes de sable ; le mortier maigre : un volume de chaux en pâte, un volume de ciment et dix volumes de sable.

Dans le cas de la chaux hydraulique, le mélange peut se faire dans des proportions quelconques. Propriétés mécaniques des mortiers Les mécanismes d’attaque de l’eau de mer font essentiellement intervenir des processus de solubilisation de la matrice liante et des pressions de cristallisation générées par la formation des cristaux ou de produits gonflants dans la porosité. De bonnes propriétés mécaniques des liants contribuent par conséquent à la durabilité des maçonneries exposées à un environnement marin. Dans le tableau suivant, nous indiquons la résistance à la compression caractéristique des types de liants susceptibles d’être rencontrés dans les ouvrages en maçonnerie. Tableau 3 Propriétés mécaniques des mortiers Type de mortier Chaux aérienne Chaux hydraulique naturelle Ciment composé Ciment à maçonner NF EN 413-1

Résistance à la compression (MPa) <3 3 à 10 De 25 à 45 De 5 à 42,5

1.1.3 Les liants hydrauliques Les liants utilisés en maçonnerie ont beaucoup évolué depuis le dix-huitième siècle. Nous présentons dans ce chapitre les différents liants qui peuvent être rencontrés en donnant quelques indications sur leur procédé de fabrication, la nature de leurs constituants et plus particulièrement sur les produits formés après durcissement. La chaux La chaux se dénomme plus précisément chaux aérienne parce qu'elle ne durcit qu'à l'air par une recarbonatation de la chaux hydratée ou vive, qui se fait très lentement. Cette chaux est bien sûr le matériau le plus ancien qui a été utilisé pour la réalisation des mortiers. Les chaux aériennes sont obtenues par cuisson, à une température voisine de 900°C, de calcaires qui peuvent être: • des calcaires purs donnant par extinction de la chaux grasse, • des calcaires marneux donnant par extinction de la chaux maigre.

12

CETMEF


La chaux vive obtenue est éteinte lors de l'opération d'extinction ou d'hydratation, en ajoutant de l'eau. Le terme « maigre » ou « grasse » retenu pour caractériser la chaux est issu des quantités d'eau nécessaires pour éteindre le produit cuit. Tableau 4 Type de chaux Type de chaux

H2O / CaO (volume/masse)

Chaux grasse

2,6 à 3,6 (3,6 = chaux pure)

Chaux moyenne

2,3 à 2,6

Chaux maigre

1 à 2,3

La chaux maigre est donc également une chaux aérienne bien qu'elle soit fabriquée à partir d'un calcaire légèrement argileux. Il ne faut pas la confondre avec la chaux hydraulique car elle ne fait prise qu'à l'air comme la chaux grasse. Dans certains calcaires dits dolomitiques, le carbonate de calcium est associé au carbonate de magnésium. Cette variante de la roche calcaire forme alors de la chaux magnésienne. Le phénomène de prise est donc dû à la réaction de carbonatation qui se produit en milieu humide et nécessite plusieurs mois : Ca(OH)2 + CO2 => CaCO3 + H2O Le produit durci est essentiellement constitué de carbonate de calcium (ou de magnésium). Les chaux maigres contiennent également des oxydes (fer, silice, alumine). In situ, la réaction de carbonatation est difficilement complète, le produit durci peut donc contenir de la portlandite (Ca(OH)2). Les chaux hydrauliques Les chaux hydrauliques apparues en France à partir de 1818, à l'inverse des chaux aériennes, s'emploient aussi bien dans l'eau que dans l'air. En effet, elles n'ont pas la même composition que la chaux aérienne car, dans une chaux hydraulique, en plus de la chaux, il se trouve des silicates et des aluminates de calcium (C2S, C3A et C4AF) qui confèrent à la chaux son hydraulicité, c'est à dire son pouvoir de faire prise sous l'eau qu'il s'agisse d'eau douce ou d'eau de mer. Une chaux hydraulique est en quelque sorte un mélange de chaux grasse et de ciment. Les chaux fabriquées ont tout d'abord été naturelles. Dans ce cas l'exploitant utilisait un gisement sans mélange et la composition chimique de la chaux obtenue après cuisson était directement liée à celle du matériau extrait. La composition de ces premières chaux était donc très fluctuante. A partir de 1818, les producteurs commencèrent à mélanger eux-mêmes le calcaire et l'argile introduits dans leur four pour mieux maîtriser la composition et notamment l'indice d'hydraulicité de leur chaux qui cette fois était dite « artificielle ».

CETMEF

13


Les chaux hydrauliques naturelles sont obtenues par cuisson à une température comprise entre 900 et 1500°C de calcaire contenant une certaine proportion d'argile. Les températures élevées atteintes pour préparer ce produit permettent la formation de nouveaux produits résultant de la réaction de la chaux et de l'argile. Les phases formées à haute température sont figées par un refroidissement rapide (trempe) après cuisson. Ces produits vitreux sont réactifs et peuvent former des hydrates stables dans le matériau refroidi. Les quantités d'argile dans ces matériaux sont faibles (inférieures à 19 %), la réaction de la chaux vive avec les phases silicatées et alumineuses de l'argile n'est donc pas complète. Une fraction importante de chaux éteinte subsiste dans le matériau refroidi. Le phénomène de prise est provoqué d'une part, par la carbonatation de la chaux libre et, d'autre part, par la réaction d'hydratation des silicates et des aluminates de calcium en présence d'eau. La carbonatation de la chaux libre se fait beaucoup plus lentement sous l'eau qui contient toujours du gaz carbonique dissous. On peut classer les chaux, comme l'avait proposé Vicat grâce à un indice d'hydraulicité « i » qui est donné par le rapport des éléments les plus acides aux éléments les plus basiques : Tableau 5 Indice d’hydraulicité des chaux

i= Chaux aérienne Chaux faiblement hydraulique Chaux moyennement hydraulique Chaux hydraulique Chaux éminemment hydraulique

[ SiO2 ] + [ Al 2 O3 ] + [ Fe2 O3 ] [CaO] + [ MgO] % d’argile 0à5 5à8 8 à 15 15 à 20 20 à 30

i 0 à 0,10 0,10 à 0,16 0,16 à 0,30 0,30 à 0,40 0,40 à 0,50

Durée de prise sous l’eau 15 à 30 jours 10 à 15 jours 2 à 4 jours < 2 jours

Après durcissement, les liants sont constitués de carbonates de calcium et de silicates de calcium hydratés dans des proportions qui varient avec l’indice d’hydraulicité. In situ, la carbonatation de la portlandite formée par l’hydratation de la fraction hydraulique se poursuit lentement au même titre que la carbonatation de la chaux non combinée avec l’argile pendant la cuisson. Ces réactions sont lentes du fait de la difficulté rencontrée par le dioxyde de carbone pour franchir une couche de carbonates de plus en plus épaisse et atteindre les produits non carbonatés. Au cours du 18 et 19ième siècle, la chaux a été un produit fabriqué près du site d’utilisation. La composition chimique de la chaux utilisée pour les ouvrages anciens est donc très fluctuante. A présent, ces produits obéissent à une réglementation spécifiant leur composition et deux appellations modernes ont été définies [FD ENV 459-1 – Mars 1995].

14

CETMEF


Le Ciment Portland Artificiel ou Naturel Le ciment Portland a été employé en France à partir de 1850. Ce liant a pu être obtenu d’une part, avec l’amélioration des fours de cuisson qui permettent d’atteindre des températures élevées (supérieures à 1400°C), et d’autre part, grâce à une meilleure connaissance des réactions chimiques à l’origine du durcissement du ciment. Les premiers ciments ont été obtenus à partir de roches extraites et cuites sans mélange. La composition du ciment et, plus particulièrement son homogénéité, était dépendante du gisement exploité par le cimentier. Ces produits fabriqués au début du siècle dits « naturels » ont ensuite été remplacés par des ciments dits « artificiels » dans lesquels les proportions entre l’argile et le calcaire sont parfaitement contrôlées. Le ciment Portland résulte du broyage du clinker, roche artificielle élaborée vers 1450°C. Les produits de départ sont le calcaire (environ 80 %) et l’argile (environ 20 %). A haute température, les éléments chimiques se recombinent pour donner des silicates de calcium (C3S et C2S), l’aluminate tricalcique (C3A) et l’aluminoferrite de calcium (C4AF). Une petite quantité de sulfate de calcium (environ 5 %) est ajoutée lors du broyage comme régulateur de prise (gypse, hémihydrate ou anhydrite). Les constituants du ciment Portland sont hydrauliques, c’est à dire qu’ils donnent en présence d’eau des hydrates qui précipitent et s’organisent en une structure mécaniquement résistante. Un liant hydraulique est donc un liant qui fait prise en s’hydratant même sous l’eau. Les principales réactions chimiques de l’hydratation du ciment Portland sont indiquées ci-dessous : (C3S et C2S) + H2O => C-S-H + Ca(OH)2 Les silicates de calcium hydratés (C-S-H) constituent la phase hydratée la plus importante dont dépendent les principales propriétés mécaniques. La portlandite (Ca(OH)2) n’a que peu d’importance du point de vue de la résistance mécanique, mais cet hydrate joue un rôle notable vis-à-vis de la durabilité, en particulier lors d’une attaque marine. Notation cimentière : C = CaO, A = Al2O3, S = SiO2, F = Fe2O3, S = SO3, H = H2O Les ciments au laitier A partir de 1880, certains laitiers de haut fourneau ont été utilisés pour la fabrication d’un ciment à prise lente que l’on appelle ciment de laitier. Le laitier granulé est un sable obtenu en déversant dans l’eau le laitier en fusion (qui surnage à la surface de la fonte liquide dans le creuset des hauts CETMEF

15


fourneaux). Le premier ciment de laitier a été au début le ciment de laitier à la chaux, constitué de 70 % de laitier au moins et 30 % de chaux grasse au plus. Ce ciment a été un concurrent pour les chaux hydrauliques car il durcissait plus vite et développait des résistances mécaniques plus élevées. Il a été ensuite détrôné par le ciment de laitier au clinker qui donne de plus fortes résistances mécaniques. Ce ciment se fabrique en broyant ensemble des clinker de Portland et du laitier granulé dans une proportion de 15 à 20 % maximum de Portland pour 80 à 85 % minimum de laitier. Il existe une autre famille de ciment au laitier, mais les proportions de laitier ne dépassent pas 70 %. Il s’agit des ciments métallurgiques : • le ciment de haut fourneau qui contient 70 % de laitier et 30 % de clinker de Portland ; • le ciment métallurgique mixte qui contient autant de clinker de Portland que de laitier ; • le ciment de fer qui contient 75 % de clinker de Portland et 25 % de laitier. Tableau 6 Historique des liants hydrauliques Liant

Description du liant

Époque

Chaux aérienne

La chaux aérienne est fabriquée à partir de la cuisson du calcaire. La A partir de chaux aérienne ne durcit qu'à l'air. La réaction de prise se fait très la fin du lentement : réaction de carbonatation se produisant en milieu humide et dixnécessitant plusieurs mois. En général, dans l'ouvrage, cette réaction huitième est incomplète et le produit durci peut alors contenir de la portlandite siècle

Chaux hydraulique

La chaux hydraulique s'emploie aussi bien dans l'eau que dans l'air. Elle fait prise sous l'eau, qu'il s'agisse d'eau douce ou d'eau de mer. Avant A partir de 1918, les chaux hydrauliques étaient naturelles et donc possédaient des 1918 propriétés fluctuantes. Après 1918, la composition est maîtrisée par les producteurs (chaux artificielle). La chaux hydraulique est fabriquée à partir de la cuisson d'un mélange d'argile et de calcaire.

Ciment Portland

Les premiers ciments dits « naturels » étaient obtenus à partir de roches extraites et cuites (températures de cuisson très supérieures à celles de la chaux hydraulique) sans mélange. Ils ont été ensuite A partir de remplacés par des ciments dits « artificiels » pour lesquels, les 1850 proportions entre argile et calcaire sont parfaitement contrôlées. Le ciment portland (naturel ou artificiel) est un liant hydraulique : liant faisant prise en s'hydratant et ce, même sous l'eau.

Ciment aux laitiers

Les ciments aux laitiers sont fabriqués avec des laitiers de hauts A partir de fourneaux. Ils durcissent très vite et développent des résistances 1880 mécaniques plus élevées que les chaux hydrauliques.

NB : Aux dix-huitième et dix-neuvième siècles, la chaux (aérienne ou hydraulique) utilisée pour la construction des ouvrages en maçonnerie était le plus souvent fabriquée à proximité du site de construction. C'est la raison pour laquelle, la composition et donc les propriétés des chaux utilisées dans les ouvrages anciens sont très variables.

16

CETMEF


1.2 Aperçu sur la conception des ouvrages maritimes en maçonnerie On distingue trois familles principales d'ouvrages maritimes en maçonnerie : Les murs de quai. Ce sont avant tout des ouvrages massifs qui, simultanément au soutien des terres, permettent l'accostage et l'amarrage des navires. •

On peut y adjoindre d'autres ouvrages massifs tels que les écluses qui permettent le passage d'engins flottants entre deux plans d'eau de niveaux différents. Les ouvrages de défense contre la mer. Il s'agit essentiellement des jetées et des digues encore parfois localement appelées môles. Ces ouvrages sont en avancée dans la mer. •

Leur rôle est essentiellement d'assurer un plan d'eau abrité. Les digues assurent également parfois un rôle de soutènement des terres, leur conception s'apparente alors à celle des murs de quais. Dans cette catégorie on range également les perrés. Ceux-ci ont uniquement un rôle de protection superficielle des berges. •

Les ouvrages de signalisation maritime tels que phares et tourelles.

1.2.1 Les murs de quai Ils sont destinés à permettre aux navires d'accoster et de s'amarrer le long d'une muraille quasi verticale afin de procéder à des opérations de chargement ou de déchargement. Ils assurent un rôle de soutènement vis-à-vis des remblais constituant le terre-plein arrière et reprennent les efforts exercés sur ce terre-plein par les charges statiques et mobiles qui y sont appliquées. Les murs de quai se distinguent des ouvrages de soutènement classiques par l'importance des surcharges qui leur sont imposées et surtout par la pénétration de la mer à l'intérieur des remblais qu'ils soutiennent. - CONSTITUTION DES MURS DE QUAI. On doit considérer qu'un mur de quai est constitué de l'ouvrage lui-même mais également du remblai situé à l'arrière immédiat du quai. CETMEF

17


Le mur supporte une poussée arrière due, d'une part à ce remblai, et d'autre part à l'eau (eau de mer, eau de la nappe phréatique ou eau pluviale). Il existe de très nombreuses variantes dans la constitution des murs de quai. Ces variantes dépendent pour beaucoup de la période de construction de l'ouvrage et de son exposition à la mer. Les murs en pierres sèches En zones abritées, de très nombreux murs, parmi les plus anciens, sont en pierres sèches. Ils sont constitués de pierres de taille disposées en assises régulières (figure 2) ou non et dont la tenue peut être améliorée par la découpe des pierres. Les murs de pierres sèches peuvent aussi être constitués par un empilement de blocs bruts ou grossièrement taillés, calés par des éléments de dimensions plus réduites (figure 5). De tels murs de pierres sèches sont particulièrement perméables à la circulation de l'eau. S'ils ne sont pas soumis à des agressions mécaniques particulières, ils peuvent avoir une durée de vie qui se compte en siècles. Les murs en maçonnerie de mortier Dans leur composition la plus courante, les murs de quai sont en maçonnerie au mortier de ciment ou de chaux. Il arrive que dans certains ouvrages seule la partie avant du massif, côté mer, soit à bain de mortier (épaisseur de l'ordre de un à deux mètres). La partie arrière, comprenant en particulier les redans, est en pierres sèches (figure 7).

18

CETMEF


Figure 6 : Détail de l'assemblage des pierres du mur de quai en pierres sèches de la figure 3. Ce mur est vieux de trois siècles

Figure 7 : Coupe d'un mur de quai dont la partie avant du massif est en mortier de ciment et la partie arrière en pierres sèches CETMEF

19


Les parements des murs sont généralement en pierres de taille ou en maçonnerie de moellons smillés (voir lexique). Le massif lui-même est en maçonnerie ordinaire, non appareillée, à bain de mortier. Les joints du parement sont généralement plats ou en léger creux. Ils sont constitués de mortiers de ciment ou de chaux, parfois de mortiers bâtards. Certains murs, réputés imperméables, sont calculés pour résister à une poussée hydrostatique maximale. D'autres au contraire sont munis de barbacanes et éventuellement d'un massif de drainage, dans le cas de sols fins, en vue de réduire cette poussée hydrostatique. Le bon fonctionnement du réseau de drainage et de ces barbacanes devient alors une condition essentielle de la tenue du mur. Dans quelque configuration que ce soit, la circulation de l'eau à travers le mortier des joints entraîne leur dégradation et celle des pierres. - GEOMETRIE COURANTE DES MURS DE QUAI. La largeur des murs de quai dépend essentiellement de leur constitution : maçonnerie de pierres sèches ou de mortier. Le quai de pierres sèches de la figure 3 a une largeur de 6,5 mètres en couronnement et de 30 mètres à la base pour une hauteur de 8,5 mètres. Les murs de quai en maçonnerie de mortier ont, à leur base, une largeur comprise entre 40 et 60 % de leur hauteur. Les murs de quai de ce type, qui ont une largeur voisine de 40 % de leur hauteur, présentent fréquemment des désordres liés à l'intensification des surcharges qu'on leur fait éventuellement subir. A sa partie supérieure, un quai en maçonnerie a une épaisseur voisine de 20 % de sa hauteur, étant rarement inférieure de 2 à 2,5 mètres (épaisseur nécessaire pour le scellement des organes d'amarrage). Dans les ports à faible marnage, la plate-forme du mur est en général situé à deux ou trois mètres au dessus du niveau des plus hautes eaux. Cette hauteur (appelée revanche) est réduite pratiquement à zéro dans les ports à très forte marée.

20

CETMEF


Le fruit des murs de quai est très variable d'un ouvrage à l'autre. Il est en général de l'ordre de 1/10, mais peut se situer entre 1/2 et 1/20. Sur certains murs de grande hauteur, ce fruit peut être variable suivant la hauteur.

- LES FONDATIONS DES MURS DE QUAI. La nature et la géométrie des fondations dépendent du sol, des conditions de site (niveau de la mer aux plus basses eaux) et aussi de l'état d'avancement de la technique au moment de la réalisation de l'ouvrage. Comme pour tout ouvrage on distingue deux types principaux de fondations : • les fondations directes sur le sol porteur, • les fondations indirectes dans lesquelles une structure est interposée entre l'ouvrage proprement dit et le sol porteur (remblai, pieux, caisson havé, etc.). Les fondations directes, plus ou moins encastrées dans le sol en place, se rencontrent surtout sur l'estran. Certains ouvrages sont assis directement sur le rocher qui a pu être dérasé localement. Dans le cas de sol meuble, l'ouvrage est construit à l'intérieur d'une souille. La profondeur d'encastrement de la fondation dans le sol est une donnée importante pour la stabilité de l'ouvrage (elle doit être mesurée sans tenir compte des dépôts lâches éventuellement accumulés devant l'ouvrage). Dans le cas d'une assise sur sol médiocre, un fascinage ou un platelage de bois a pu être interposé entre l'ouvrage et le sol. Les fondations indirectes sur pieux de bois, appelés parfois pilots ou picots, ont soit un rôle de report des charges vers le bon sol sous-jacent (figure 8), soit un rôle d'amélioration du sol en place par densification (parfois, de fait, les deux rôles sont confondus). Au dix-huitième siècle et au début du dix-neuvième, la maçonnerie était construite sur un platelage de bois portée par les pieux. Vers la fin du dix-neuvième siècle, les têtes des pieux étaient enserrées dans un massif de béton grossier sur lequel était assise la structure en maçonnerie. Dans les sites où la hauteur d'eau minimale n'excède pas deux à trois mètres environ, une disposition de construction assez courante a consisté à interposer entre la structure et le sol porteur soit une couche de remblai soit un béton grossier mis en place à l'intérieur d'un rideau de palplanches ou d'une enceinte de pieux jointifs (figure 9). Les palplanches jouent alors également un rôle de parafouille. CETMEF

21


Dans certains cas il peut y avoir eu substitution du matériau médiocre en place par un matériau de meilleure qualité.

Figure 8 : Coupe d'un mur de quai sur pieux de bois

22

CETMEF


Figure 9 : Fondation d'un mur de quai sur un matelas de béton enserré à l'intérieur d'un batardeau de pieux et de palplanches en bois.

Parfois, l'assise de l'ouvrage a été assurée par un empilement de sacs remplis de ciment ou de béton et grossièrement disposés, probablement par déversement ou avec l'aide de scaphandriers. 1.2.2 Les ouvrages de défense contre la mer LES DIGUES ET LES JETÉES Les digues et jetées sont, pour la plupart, des ouvrages qui s'avancent dans la mer et qui protègent un port ou un chenal contre la violence des vagues.

CETMEF

23


Alors que les digues sont limitées à ce rôle de protection et parfois de soutènement des terres, les jetées assurent en outre un rôle de chaussée et d'amarrage côté port pour les navires en cours de chargement ou de déchargement. A moins que simultanément elles ne soutiennent des terres, leur mode de fonctionnement est donc différent de celui des murs de quai puisqu'elles n'ont pas à supporter la poussée latérale d'un remblai mais qu'en revanche elles subissent directement l'assaut de la mer. Du point de vue de leur conception, il existe une grande variété de digues et de jetées qui vont d'ouvrages entièrement en maçonnerie jusqu'aux ouvrages constitués essentiellement de remblais immergés sur leur plus grande hauteur et dont seul le couronnement peut être en maçonnerie. Ces dernières sont appelées digues mixtes. Les ouvrages essentiellement en maçonnerie peuvent être à section pleine ou évidée dans la majeure partie de leur hauteur. Ces ouvrages sont parfois appelés digues verticales par opposition aux digues à talus. Leurs systèmes de fondations sont les mêmes que pour les murs de quai. Il existe de nombreux types d'ouvrages particuliers. On en présente deux à titre d'exemple: les digues fondées sur enrochements et les digues dites de type "Considère" : Les digues fondées sur enrochements (figure 10) On les rencontre fréquemment dans les ports en eau profonde : la partie maçonnerie, verticale ou subverticale, repose sur un remblai d'enrochements déversés sur le fond lequel a pu être préalablement dragué si le sol en place était trop médiocre pour supporter l'ouvrage. La partie maçonnerie peut être massive ou au contraire limitée à un simple couronnement du talus d'enrochements. La disposition et les dimensions des blocs d'enrochements ainsi que les pentes de talus sont adaptées pour assurer la stabilité de l'ensemble notamment sous l'action de la houle et des courants. Dans un même profil en travers, la pente de talus peut être variable avec la profondeur, notamment côté mer. Dans certains cas, les enrochements sont remplacés par des blocs préfabriqués de béton ou même de maçonnerie.

24

CETMEF


Figure 10 : Digue en maçonnerie fondée sur enrochements

Les digues de type "Considère" Il s'agit de petites digues verticales à claires-voies (figure 11), généralement assises directement sur le rocher, avec parfois, lorsque celui-ci ne découvre pas à marée basse, interposition de sacs de béton ou de ciment immergés. La rigidité de l'ouvrage est assurée par des fers noyés dans la maçonnerie et par des refends disposés tous les quatre mètres environ. Dans certains cas le corps de l'ouvrage est rempli par des maçonneries de pierres sèches. Des barbacanes sont ménagées en parties inférieures de l'ouvrage.

Figure 11 : Coupe schématique d'une digue Considère CETMEF

25


LES PERRÉS Le rôle des perrés se limite à une protection superficielle des talus. A moins qu'ils n'aient été conçus pour cela, les perrés n'ont aucune action sur la stabilité en masse du talus. Dans leur configuration classique (figure 12), les perrés maçonnés comportent un parement en maçonnerie de pierres sèches, au mortier de ciment ou de chaux hydraulique, reposant sur un corroi d'argile ou éventuellement sur un simple fascinage. Dans certains cas, l'ensemble est "cloué" au sol par des petits pieux de bois.

Figure 12 : Coupe schématique d'un perré maçonné

1.2.3 Les ouvrages de signalisation Il s'agit généralement d'ouvrages massifs de maçonnerie hourdée (figure 13). Ils sont soumis, de par leur localisation, à des conditions d'agression marine très sévères. Nombre d'entre eux sont fondés directement au rocher auquel ils sont liés par des aciers ce qui les rend très sensibles à tout défaut d'entretien.

26

CETMEF


Figure 13 : Coupe d'une tourelle en maçonnerie

1.3 Le dossier d'ouvrage LE DOSSIER D'OUVRAGE est constitué par l'ensemble des documents administratifs et techniques nécessaires pour assurer la gestion de l'ouvrage. Tout ouvrage important, ou tout ouvrage devant subir des modifications, a fortiori tout ouvrage à problème, doit avoir un dossier d'ouvrage. L'objet de ce paragraphe est de présenter le contenu du Dossier d'Ouvrage d'un ouvrage en maçonnerie. Ce dossier doit permettre : • de conserver toutes les informations relatives à la genèse de l'ouvrage et à son histoire depuis le début de sa conception jusqu'à la date de l'état de référence défini ci-dessous ; CETMEF

27


•

de définir l'ETAT DE REFERENCE de l'ouvrage, c'est-à-dire son état à une date donnée, qui sert d'élément de comparaison à son état réel lors de toute action ultérieure ; de conserver toutes les informations relatives à la vie de l'ouvrage depuis la date de l'état de référence.

L'ensemble des documents constituant le dossier d'ouvrage se compose de trois parties appelées sous-dossiers : SOUS-DOSSIER 1 : CONCEPTION, CONSTRUCTION, HISTOIRE Le sous-dossier 1 contient toutes les informations relatives à l'histoire de l'ouvrage jusqu'à la date de l'état de référence, et notamment celles qui se rapportent à la conception et à la construction. Ces informations sont acquises une fois pour toutes. Elles doivent être complétées lorsque de nouvelles informations sont trouvées concernant le passé de l'ouvrage. Lorsqu'une modification, une réparation ou une opération importante d'entretien spécialisé sont effectuées sur l'ouvrage, ceci nécessite la définition d'un nouvel état de référence. Il convient alors de compléter le sous-dossier en y incluant toutes les informations relatives à la vie de l'ouvrage jusqu'à la date du nouvel état de référence et tous les renseignements relatifs aux travaux que l'on vient d'exécuter. SOUS-DOSSIER 2 : L'ETAT DE REFERENCE Le sous-dossier 2 est le recueil des informations qui permettent de définir l'état de référence de l'ouvrage. Dans le cas d'un ouvrage neuf, c'est l'état lors de l'achèvement de sa construction dit ÉTAT ZERO. Ce sous-dossier n'est pas immuable et il est nécessaire, dans les cas énoncés ci-dessus, de définir à chaque fois un nouvel état de référence. C'est lors de l'établissement de l'état de référence que l'on établit le programme des visites détaillées périodiques (chapitre 3). L'établissement d'un dossier d'ouvrage est une opération importante qui peut nécessiter la mise en œuvre de moyens particuliers au moins pour les ouvrages les plus importants et notamment lors de l'établissement de l'état de référence. C'est cet état de référence qui permettra de quantifier correctement l'amplitude des déformations et des désordres éventuels ainsi que leur évolution dans le temps.

28

CETMEF


L'agent chargé de l'établissement du dossier d'ouvrage devra avoir de bonnes connaissances en matière de maçonnerie notamment dans son aspect pathologie, et, si possible, de la géotechnique. Il devra se faire conseiller par des spécialistes de ces questions. SOUS-DOSSIER 3 : LA VIE DE L'OUVRAGE Le sous-dossier 3 est le recueil des informations relatives à la vie de l'ouvrage depuis la date de l'état de référence. Il contient notamment les comptes rendus écrits, graphiques ou photographiques de visites de surveillance et les documents relatifs aux travaux d'entretien, de réparation ou de modifications effectués sur l'ouvrage. Ce sous-dossier doit être constamment tenu à jour. Enfin, le dossier d'ouvrage sera efficient s'il peut être compris par ses lecteurs successifs. Pour cela, l'agent chargé de son établissement devra s'astreindre à respecter la terminologie en vigueur et, à chaque fois que possible, à quantifier les paramètres et phénomènes constatés. Un dossier d'ouvrage complet, c'est-à-dire établi correctement et régulièrement mis à jour par le gestionnaire de l'ouvrage permet un gain de temps considérable, une bonne connaissance de l'état réel de l'ouvrage et du coût des opérations d'entretien ou de réparation. Il facilite l'appréciation des désordres éventuels de l'ouvrage. Le dossier d'ouvrage doit en outre faire l'objet d'une synthèse appelée document signalétique de l'ouvrage. LE DOCUMENT SIGNALETIQUE DE L'OUVRAGE Ce document constitue le dossier de travail courant, par opposition au dossier d'ouvrage qui est avant tout un document de référence normalement archivé. Le document signalétique rassemble d'une manière condensée les informations d'ordre administratif et technique et permet, pour la plupart des consultations courantes, d'éviter le recours au dossier d'ouvrage complet. On donne en annexe 1 un modèle pour l'établissement de ce document signalétique de l'ouvrage.

CETMEF

29


2. Causes et manifestations des désordres Du point de vue pathologique on distingue deux types de problèmes : • Les problèmes liés à la dégradation des matériaux qui constituent la maçonnerie. Ces matériaux ont pu évoluer dans le temps pour des causes aussi bien mécaniques, que physico-chimiques. Ces problèmes sont, pour la plupart, dus à la très forte agressivité du milieu marin, notamment dans les zones soumises au marnage et aux embruns. •

Les problèmes liés aux actions mécaniques sur l'ouvrage.

Il s'agit des actions directes sur l'ouvrage : les charges de service, les vagues, etc. Il s'agit aussi de forces qui résultent de modifications dans l'environnement de l'ouvrage (terrassements devant l'ouvrage, remblaiements à l'arrière, etc.). Ces problèmes mécaniques sont le plus souvent tributaires des caractéristiques géotechniques des matériaux situés sous l'ouvrage lui-même ou à son voisinage ainsi que des conditions hydrauliques régnant autour de l'ouvrage (derrière les murs de quai par exemple). Il peut y avoir interaction entre ces deux types de problèmes : • une maçonnerie au mortier dégradé, déjà localement fracturée ou disloquée, sera moins apte à supporter de nouvelles sollicitations mécaniques, • un ouvrage fissuré par tassements différentiels sera plus sensible à l'action physico-chimique de l'eau de mer puisque plus perméable à celle-ci, etc. Dans ce qui suit, par simplification, on examinera séparément les problèmes de pathologie dus à l'altération des matériaux et ceux dus aux actions mécaniques sur l'ouvrage.

2.1 La pathologie des matériaux de maçonnerie Les pierres constituant la maçonnerie peuvent être sujettes à dégradation, notamment en parement, mais, sauf dans le cas de la réaction alcali-granulat (voir ci-dessous), les conséquences en sont rarement graves. Aussi, la cause majeure pouvant affecter gravement les ouvrages marins en maçonnerie est l'altération, voir la décomposition, des mortiers par action de l'eau de mer. 30

CETMEF


2.1.1 L'environnement marin Le milieu marin présente une agressivité vis-à-vis des matériaux de maçonnerie due, d'une part aux composants de l'eau de mer, d'autre part au niveau d'exposition à l'ambiance marine des ouvrages ou parties d'ouvrages. La composition chimique de l'eau de mer En bordure des côtes françaises l'eau de mer contient de 35 à 45 grammes de sels par litre. Ces sels sont à 90 % des chlorures de sodium ou de magnésium et à 10 % des sulfates de magnésium et de calcium. L'eau de mer contient en outre des gaz dont le dioxyde de carbone (CO 2) que l'on trouve notamment sous la forme d'acide carbonique CO2 H2O. L'eau de mer a un pH alcalin compris entre 7,7 et 8,4 mais, dans les estuaires et dans les ports, le mélange avec des eaux acides d'origine industrielle ou naturelle (eaux de rivières) peut abaisser le pH de quelques points. La masse totale des ions contenus dans une eau de mer varie de plus de 40 g par kg d’eau en mer Rouge, à moins de 10 g par kg d’eau dans certaines régions baltiques. Par contre, les proportions relatives des principaux sels restent constantes. L’eau de mer contient une diversité importante d’ions et ceux-ci sont présents dans des proportions différentes : le chlorure de sodium représente à lui seul 85 % (g/g) des sels. Dans le tableau suivant, nous donnons un exemple de composition saline déterminée pour une salinité de 35 grammes de sels par litre d’eau. Seuls les ions majoritaires sont listés. Les autres ions n’entrant à priori pas en jeu dans les mécanismes d’altération des maçonneries. A titre indicatif, la salinité de l’océan Atlantique varie entre 33,5 et 37,4 g/l et celle de la mer Méditerranée est comprise entre 38,4 et 41,2 g/l. Tableau 7 Composition moyenne de l’eau de mer Concentration Ions (salinité de 35 g/l) Chlorures 18980 ClSulfates SO42649 Sodium Na+ 10556 Calcium Ca+ 400 Magnésium Mg2+ 1272 Potassium K+ 380 Bicarbonate et HCO3 et CO32 140 carbonate pH 8,2

CETMEF

31


Les sels marins peuvent se former par évaporation de l’eau de mer. Le premier produit à précipiter est le carbonate de calcium qui se forme lorsque le volume d’eau est réduit de 50 % par évaporation. Lorsque la teneur en eau est réduite de 80 %, le gypse (sulfate de calcium hydraté) précipite. Le sel majoritaire de chlorure de calcium n’apparaît qu’après un départ d’eau de plus de 90 %. Enfin, une réduction de 97 % de la teneur en eau doit être atteinte pour précipiter les sels de magnésium. L'exposition à l'ambiance marine L'agressivité de l'environnement marin dépend fortement de l'exposition de la pièce de maçonnerie. L'apparition, l'étendue et l'intensité des processus évoqués ci-avant sont donc intimement liées aux conditions d'exposition de la maçonnerie à l'eau de mer. L'agressivité du milieu marin est plus grande dans les zones de marnage, les zones aspergées ou soumises aux embruns, que dans les parties constamment immergées des ouvrages. Elle est également plus élevée dans les régions chaudes que dans les régions froides.

Figure 14 : Exposition à l’ambiance marine Tableau 8 Exposition et processus de dégradation Exposition de la maçonnerie

Description de l'exposition

Ces pièces peuvent être relativement éloignées de l'eau, l'ouvrage n'ayant parfois aucun contact avec la mer. Les embruns marins sont susceptibles de Zone exposée aux transporter des ions constitutifs de l'eau de embruns mer et de les déposer sur l'ouvrage. Dans ce cas, les concentrations ioniques sont rapidement importantes du fait des faibles quantités d'eau.

32

Processus de dégradation privilégié

Les ions pénètrent rapidement dans la structure par l'effet de cycles de séchage et d'humidification. Les sels formés peuvent provoquer des contraintes de traction de surface, des décollements ainsi que des fissurations visibles à la surface de l'ouvrage. Des dépôts de sel peuvent être visibles en surface si l'apport d'eau de pluie n'est pas abondant.

CETMEF

Les ouvrages en maçonnerie Exposition de la maçonnerie

Description de l'exposition

Processus de dégradation privilégié

Les pièces d'ouvrages situées en zone de marnage subissent vraisemblablement Le lessivage des sels formés est accentué par l'immersion l'environnement le plus agressif car elles Zone de marnage fréquente du matériau ce qui favorise la pénétration des subissent une agression physique par agents agressifs. l'action des vagues et des particules brassées par la mer. Le matériau immergé en permanence subit une agression modérée. Dans le cas des liants hydrauliques, la bonne durabilité de ces matériaux immergés peut également être expliquée par la formation d'une couche moins perméable en surface. Cette chute de la perméabilité peut s'expliquer en grande partie par la carbonatation du liant (phénomène lent, car la diffusion du CO2 dans l’eau est très lente).

Dans ce cas, l'attaque majoritaire susceptible d'altérer le matériau est un lessivage des minéraux les plus solubles. La formation de sels peut également intervenir, toutefois la présence d'ions de natures variées dans l'eau de mer, confère une agressivité plus faible que dans le cas d’une solution mono-ionique concentrée.

Cette zone est située au-dessus du niveau moyen de la mer à marée haute. Zone exposée aux Elle subit une projection d'eau de mer plus aspersions ou moins importante en fonction des conditions climatiques.

L'attaque de l'eau de mer est dans ce cas attribuée à la formation de sels. Ces zones peuvent être affectées par des remontées capillaires (porosité importante de la maçonnerie) ce qui accentue l'agressivité de l'environnement en permettant aux ions de pénétrer profondément dans la structure.

Zone immergée en permanence

2.1.2 L'attaque des ciments par l'eau de mer Les composants des ciments vulnérables à l'attaque de l'eau de mer sont la chaux qu'ils contiennent et l'aluminate tricalcique C3A. L'aluminate tétracalcique C4A, très vulnérable, est pratiquement exclu des ciments prise-mer. L'attaque de l'eau de mer peut se faire suivant plusieurs mécanismes rapportés très sommairement ci-dessous: a) L’action des chlorures Dans la mer, les chlorures sont essentiellement présents sous deux formes : le chlorure de sodium et le chlorure de magnésium, le premier constituant plus de 80 % des ions présents. L’évaporation de cette eau provoque donc une formation importante d’halite (NaCl) associée à une pression de cristallisation lorsque l’environnement est confiné. Si l’évaporation se poursuit, l’halite est consommée pour alimenter la formation de chlorure de magnésium. Les chlorures de magnésium peuvent réagir par substitution avec l’hydroxyde de calcium. Cette réaction chimique provoque une solubilisation de la portlandite (Ca(OH) 2) en faveur de la formation de brucite (Mg(OH)2) : CETMEF

33


MgCl2 + Ca(OH)2 => CaCl2 + Mg(OH)2 La portlandite est un des principaux produit d’hydratation d’un ciment portland de type CEM I. Cet hydrate est également présent dans les produits à base de chaux dans lesquels la carbonatation n’est pas complète. Cette substitution Mg2+ => Ca2+ n’est pas dommageable pour le matériau car la brucite ne se forme à priori pas dans des conditions de sursaturation importantes. Toutefois, cette réaction chimique est associée à une diminution du pH de la solution interstitielle d’approximativement 12,6 à 10,5 à 20°C. Le chlorure de sodium peut réagir avec des aluminates pour former des chloroaluminates de calcium hydraté. Hormis dans des conditions de sursaturation importantes, le chloroaluminate de calcium hydraté n’a pas de propriétés expansives. En présence de sulfates, ce dernier produit forme de l’ettringite dont les propriétés expansives sont très importantes. CaCl2 + C3A + 10 H2O => C3A.CaCl2.10H2O (monochloroaluminate de calcium hydraté) C3A.CaCl2.10H2O + 3 SO42- + 3 Ca2+ + 22 H2O => CaCl2 + C3A.3CaSO4.32H2O (ettringite) La formation de ces produits est accompagnée par une augmentation importante de volume qui peut être associée à des contraintes dans le matériau. Dans des conditions normales de formation, ces produits présentent une structure cristalline bien identifiée ce qui n’est pas nécessairement le cas lorsque leur formation a lieu dans un espace confiné. Leur identification au Microscope Electronique à Balayage (MEB) associé à une microsonde d’analyse des rayons X émis est aisée. Quelques exemples sont présentés ci-après.

Figure 15 : MEB – Grossissement x 250 - Chloroaluminates de calcium hydratés

34

CETMEF


Figure 16 : MEB – cristaux d’ettringite et de brucite

b) L’action du magnésium Ce cation est présent sous forme de chlorure de magnésium et de sulfate de magnésium. Il réagit avec les produits à base de calcium pour former des phases plus stables par substitution du calcium, ce qui, en interaction avec la précipitation des sels plus ou moins gonflants, constitue une attaque majeure du liant. En présence de portlandite (Ca(OH)2), le magnésium forme de la brucite (Mg(OH)2). Cette réaction chimique associée à une diminution du pH de la solution interstitielle n’est pas dommageable pour les structures non armées tant que les pressions de sursaturation ne sont pas trop importantes (du fait de la faible teneur en magnésium de l’eau de mer).

Figure 17 : MEB - Grossissement x 3000 - Cristaux de brucite

Le magnésium peut également se substituer au calcium contenu dans la structure des C-S-H (produit issu de l’hydratation d’un clinker) pour former des M-S-H. Cette réaction est dommageable pour le CETMEF

35


matériau puisque les M-S-H n’ont pas de propriétés liantes. Le matériau devient friable et n’assure plus la cohésion entre les moellons. Mg2+ + C-S-H => Ca2+ + M-S-H c) L’action des sulfates Les sulfates sont des ions agressifs vis-à-vis de l’hydroxyde de calcium et des produits à base d’aluminates. En réaction avec des aluminates tri-calciques (C 3A), les sulfates peuvent former des hydrates de faible solubilité et présentant des propriétés expansives. En absence d’alumine, dans les liants à base de chaux notamment, les ions sulfates réagissent avec le calcium de la portlandite non carbonatée pour former du gypse : Ca2+ + SO42- + 2 H2O => CaSO4.2H2O (gypse)

Figure 18 : MEB - Grossissement x 1000 - Cristaux de gypse

La formation de cet hydrate dit « gypse secondaire », bien que relativement soluble, peut générer des contraintes importantes dans des conditions de sursaturation. Toutefois, la solubilisation du gypse augmente en présence de chlorures ce qui limite les risques de sursaturation et donc l’existence de pressions de cristallisation. La formation d’ettringite dite secondaire constitue l’agression principale de cet ion vis-à-vis d’un matériau contenant de l’alumine et de la chaux. Ce produit peut se former à partir du gypse secondaire en réaction avec des produits aluminés (C3A anhydre par exemple). Ces réactions sont traduites par les équations chimiques suivantes : C3A + 3CaSO4.2H2O + 26 H2O => C3A.3CaSO4.32H2O C3A.CaSO4.12H2O + 2 (CaSO4.2H2O) + 16 H2O => C3A.3CaSO4.32H2O

36

CETMEF


Le terme “ettringite” caractérise une structure cristalline bien identifiée du tri-sulfo-aluminate de calcium hydraté. Lorsque ce produit cristallise, il forme de fines baguettes en forme d’oursins si l’espace ne génère pas d’orientation particulière. Cependant, dans des milieux confinés, l’ettringite ne se forme pas nécessairement sous une forme cristalline. Dans ce cas, elle apparaît sous un aspect comprimé ou massif ne présentant pas de caractère cristallin (voir cliché MEB ci-dessous). Le terme « ettringite » est tout de même conservé bien que ce produit soit difficilement identifiable par diffractométrie de rayons X.

Figure 19 : MEB - Grossissement x 800 - Ettringite présentant un aspect comprimé

La formation de ce produit est très liée au pH de la solution interstitielle. La solubilité de l’ettringite diminuant avec le pH, le formation de ce produit risque de générer des contraintes dans une matrice carbonatée. Au même titre que les chlorures, les sulfates peuvent être adsorbés par les C-S-H ce qui n’a pas de conséquence pour la durabilité. Cette réaction n’est pas définitive, il se forme ainsi un réservoir d’ions potentiellement re-mobilisables dès que la concentration en ions sulfates de la solution interstitielle diminue. Les quantités d’ions adsorbés augmentent avec le pH de la solution interstitielle et peuvent atteindre 11 % en masse. En dernier lieu, dans des conditions de température spécifiques (T<10°C) et en présence de dioxyde de carbone (granulats calcaires, CO2) les sulfates peuvent réagir avec de la silice des C-S-H (ou de certains granulats) et former de la thaumasite. Cette réaction chimique constitue une agression importante pour le matériau car elle entraîne à la fois une dissolution de la phase liante (C-S-H) et une formation d’un hydrate susceptible de générer des contraintes importantes. Toutefois, les conditions chimiques nécessaires pour la formation de ce produit sont rarement réunies ce qui limite l’occurrence de cette pathologie. De plus, des travaux récents suggèrent que la présence de chlorures (eau de mer) réduit fortement la formation de thaumasite. c) L’action du dioxyde de carbone Le dioxyde de carbone soluble dans l’eau de mer est présent sous la forme d’un acide amphotère d’hydrogénocarbonate. Par réaction avec la portlandite, il se forme de la calcite insoluble (voir CETMEF

37


cliché MEB ci-dessous) ayant une fonction satisfaisante vis-à-vis de la durabilité puisque la formation de ce produit non expansif diminue la porosité accessible à l’eau du fait de l’augmentation du volume molaire des produits formés par rapport aux produits initiaux.

Figure 20 : MEB - Grossissement x 2000 - Cristaux de brucite et de carbonate de calcium

On peut résumer très grossièrement le processus de dégradation des mortiers de la manière suivante : A chaque fois qu'il y a production d'un produit soluble, il y a augmentation progressive de la porosité du mortier donc altération des propriétés mécaniques et augmentation de la surface de contact "mortier/eau de mer". A chaque fois qu'il y a production d'un composé gonflant il y a désagrégation du mortier tout d'abord en parement puis, peu à peu, au sein du massif, entraînant un gonflement de l'ouvrage pouvant conduire à sa dislocation puis à sa ruine totale. Le phénomène d'altération du mortier de hourdage et des joints se manifeste de plusieurs manières suivant la nature du mal et le degré d'avancement du processus : • désagrégation progressive du joint qui devient rêche au toucher en raison du dégarnissage du ciment autour du sable (figure 21). Le phénomène peut se poursuivre de proche en proche en profondeur jusqu'à la disparition totale du joint puis attaque du mortier de hourdage sous-jacent. • apparition d'efflorescences blanchâtres ou de concrétions sur le parement (figure 22). Il s'agit de dépôts (sels, éléments fins et notamment calcite) résultant de la cristallisation ou de

38

CETMEF


•

l'évaporation d'eau chargée provenant de l'intérieur du massif et indice d'une attaque interne plus ou moins profonde. dans un stade ultérieur, gonflement de la maçonnerie en surface et en parement et risque de désagrégation partielle ou totale si on laisse le phénomène se développer (figure 23).

Figure 21 : Joint de mortier de ciment avec sable de mer contenant des coquillages. La présence des coquillages accroît la vitesse d'altération du mortier.

Figure 22 : Concrétions sur le parement d'un quai, indice d'une attaque interne du mortier par l'eau de mer.

CETMEF

39


Figure 23 : Gonflement latéral et vertical d'un mur de quai suite à une attaque du mortier par l'eau de mer (génération de sels de Candlot).

2.1.3 Pathologie de gonflement des maçonneries Les gestionnaires ayant un patrimoine important d’ouvrages en maçonnerie sont confrontés à cette pathologie. L’identification, la confirmation et la prise en considération de cette dégradation est souvent difficile. Le choix des techniques de réparation est également complexe. La pathologie de gonflement des maçonneries est une des conséquences de l’attaque de l’eau de mer sur les mortiers. Elle a pour origine l’action combinée ou non des chlorures, du magnésium et des sulfates. L’action des chlorures peut engendrer la formation d’ettringite, produit aux propriétés expansives. Le magnésium peut participer à la formation de brucite ayant pour conséquence, dans un premier temps, une décohésion entre les éléments constitutifs du mortier et, dans un deuxième temps, une altération de la maçonnerie. Enfin, les sulfates peuvent réagir pour donner naissance à du gypse secondaire, de l’ettringite secondaire et de la thaumasite, trois produits aux propriétés expansives. La pathologie se manifeste alors au travers de deux processus : • L'attaque combinée ou non des ions chlorure et sulfate contenus dans l'eau de mer sur le liant du mortier provoque la formation de produits expansifs. La formation de ces produits génère

40

CETMEF


•

des contraintes au coeur du matériau entraînant un gonflement du mortier et par conséquent un gonflement de la maçonnerie. L'attaque combinée ou non des ions chlorure, sulfate et magnésium sur le mortier de la maçonnerie de remplissage et de parement entraîne une altération du mortier par dissolution du liant ou lessivage. Ce dernier devient progressivement plus poreux et finalement friable. A terme, d'une part le mortier n'assure plus son rôle de liaison et de cohésion entre les moellons de la maçonnerie de remplissage (perte de monolithisme), et d'autre part la maçonnerie devient perméable. La maçonnerie de remplissage se comporte alors comme un sol non cohérent venant pousser sur le parement de l'ouvrage entraînant une déformation de celui-ci (gonflement).

Le lecteur pourra se reporter à la note méthodologique relative à la pathologie de gonflement des maçonneries en environnement maritime qui décrit en détail le phénomène, les modalités de suivi et de diagnostic ainsi que les techniques de réparation.

2.1.4 L'altération de la pierre et des joints par réaction alcali-granulats C'est une réaction entre des éléments alcalins du ciment, des adjuvants (principalement les oxydes de sodium et de potassium) et de l'eau de gâchage et certaines variétés de silice mal cristallisées des granulats en l'occurrence du sable, du mortier ou de la pierre de la maçonnerie elle-même. Cette réaction alcali-granulats peut se développer de façon autonome ou en relation avec l'attaque classique du mortier par l'eau de mer décrite ci-dessus. On peut considérer deux cas : • la réaction alcali-silice proprement dite. Elle se produit entre les alcalins et la silice de certaines roches (par exemple certaines variétés de granites, de schistes, de gneiss, de quartzites, etc.) et conduit à la formation de gels expansifs entraînant la fissuration du mortier, sa décomposition voire la décomposition de la pierre en contact. • la réaction alcali-carbonate. Cette réaction se produit avec des calcaires dolomitiques (c'est-à-dire contenant de la magnésie). Elle conduit à la décohésion de l'interface pâte du liant-granulat par dissolution superficielle du granulat et à la fissuration du mortier. Ce phénomène est difficile à déceler dans sa phase initiale. A un stade avancé, il se manifeste par l'apparition de fissures dans le mortier des joints. Dans certains cas particuliers, lorsque les alcalins s'attaquent à la pierre, celle-ci se désagrège au contact du joint puis peu à peu dans sa masse. Ce dernier phénomène semble cependant relativement rare pour les ouvrages maritimes.

CETMEF

41


2.1.5 L'altération de la pierre due au milieu marin L'altérabilité d'une pierre dépend essentiellement de l'altérabilité spécifique de chacun des minéraux qui la composent, de sa structure et notamment de la dimension et de la répartition de ces minéraux . Une roche à gros grains ou comportant des alternances de couches de duretés différentes (roches stratifiées d'origine sédimentaire ou métamorphique) sera plus sensible à l'altération qu'une roche à grains fins et homogènes (figure 24). La présence d'inclusions minérales, pyrite par exemple, peut réduire les caractéristiques mécaniques et offrir des cheminements préférentiels à tous les agents agressifs. La solubilité de certains minéraux tels que les carbonates ou certains feldspaths peut jouer un rôle important dans le processus d'altération. L'altération peut aussi être favorisée par un mauvais travail de la pierre : mauvais choix en carrière, méthode d'extraction ou de taille défectueuses provoquant en particulier une fissuration artificielle, et à des erreurs de mise en œuvre notamment de pose.

Figure 24: Altération de pierres de taille dans la zone des embruns. Les pierres d'origine schisteuse sont attaquées alors que, en partie supérieure du mur, les pierres granitiques sont intactes. 42

CETMEF


Les agents entraînant l'altération des pierres sont de plusieurs origines : • l'environnement organique. De nombreux organismes vivants peuvent attaquer la pierre (et a fortiori les joints de la maçonnerie). Il peut s'agir de bactéries ou de végétaux tels que algues, lichens ou mousses. Il s'agit aussi d'animaux marins qui sont pour la plupart aussi bien lithophages que xylophages et qui peuvent perforer des trous de plusieurs centimètres même dans la roche dure. Citons les saxicaves, lithodomes, berniques, etc. l'environnement climatique. En France la durée des périodes de gel, la fréquence des cycles gel-dégel et l'amplitude des variations de température ne sont pas telles que leur incidence soit déterminante sur l'altération de la pierre. Ces éléments interviennent plutôt comme des paramètres aggravants que déterminants. Il convient cependant de citer le cas particulier des roches litées dont les feuillets sont disposés verticalement, plus sensibles, toutes choses égales par ailleurs, que les mêmes matériaux dont les feuillets sont disposés horizontalement (figure 24). •

l'environnement marin proprement dit. Il s'agit surtout de l'action mécanique des vagues qui, outre une dislocation de la maçonnerie, peut provoquer une usure de la pierre notamment par abrasion en raison de la présence possible d'éléments solides dans l'eau (sables, galets, corps flottants). •

L'altération est relativement rare pour les granites. Pour cette roche les facteurs d'altération sont liés surtout à la dimension des grains. L'altération se manifeste à l'origine par un changement de couleur, les zones altérées prenant des teintes plus "chaudes" (oxydation des micas, etc.) puis, très lentement, désagrégation superficielle puis en profondeur de la pierre. L'altération se manifeste plus fréquemment dans certains schistes ou dans les calcaires. Elle peut être aussi d'origine bactérienne ou fongique. Pour les calcaires on distingue essentiellement deux maladies : l'alvéolisation et la desquamation. Il s'agit de maladies superficielles (alvéoles ou plaques) mais qui se propagent de proche en proche au fur et à mesure que s'élimine la partie superficielle atteinte.

2.1.6 La corrosion des armatures, barres, câbles ou tirants d'ancrage La corrosion des aciers est importante dans les zones où filtre l'eau de mer et ceci même si, lors de leur mise en place, les aciers ont été préalablement enrobés d'une barbotine de ciment.

CETMEF

43


La corrosion se manifeste aussi dans la zone au-dessus du niveau des plus hautes eaux. Dans cette zone, plus oxygénée que dans les autres parties de l'ouvrage, l'eau monte par capillarité et, en s'évaporant, favorise la concentration de sels qui attaquent les aciers. La traversée du parement par tout élément de métal est une zone délicate devant être contrôlée de près car il peut se produire un effet "de mèche" qui favorise la pénétration des sels dans le massif au fur et à mesure que se développe la corrosion. Enfin tout contact acier-bois de chêne, pourtant fréquent dans les échelles, doit être proscrit à la mer. Le chêne contient un acide, l'acide gallique, qui en présence d'eau provoque la pourriture du bois et la corrosion de l'acier à son contact.

2.1.7 Conclusion sur la durabilité des maçonneries en site maritime Bien que tous les matériaux constituant une maçonnerie puissent être l'objet de phénomènes pathologiques, l'altération des mortiers constitue le phénomène le plus redoutable, au moins si elle conduit à des composés gonflants. Après s'être assuré par des études sérieuses (voir chapitre 3) de la réalité du mal, des mesures drastiques sont nécessaires si l'on veut sauver les parties saines du quai : enlèvement des parties atteintes puis réfection suivant les bonnes règles de l'art. a) Durabilité du liant et du mortier Tableau 9 Dégradation du mortier Liant

Époque

Processus de dégradation du mortier Les mortiers à base de chaux aérienne ne sont normalement pas en contact direct avec l'eau de mer. Ils peuvent néanmoins être exposés à des embruns salins.

Chaux aérienne

Chaux hydraulique

A partir de la fin du L'agressivité des embruns sur les mortiers à base de chaux aérienne est dix-huitième limitée. Néanmoins, les sulfates apportés par les embruns peuvent siècle donner lieu à une réaction formant du gypse. Si l'apport d'ions sulfates est important, le gypse peut exercer des contraintes dans le matériau. Toutefois, l'absence d'eau limite la pénétration des sulfates dans la maçonnerie.

A partir de 1918

Le processus lent de durcissement peut ne pas être achevé. Dans ce cas, la matrice peut contenir une partie du liant ayant fait prise et une autre n'ayant pas fait prise. La partie ayant fait prise sera attaquée par une solubilisation lente (perte de cohésion du mortier), alors que l'autre partie pourra former des sels expansifs. La susceptibilité de ce type de mortier à se dégrader est directement liée à la proportion de liant ayant fait prise (indice d'hydraulicité).

44

CETMEF

Les ouvrages en maçonnerie Liant

Ciment Portland

Ciment aux laitiers

Époque

A partir de 1850

A partir de 1880

Processus de dégradation du mortier L'eau de mer peut réagir avec ce type de mortier et former de nombreux sels expansifs susceptibles d'endommager le matériau et d'accélérer le processus de dissolution. Sans précaution particulière sur sa composition chimique (proportion de clinker par exemple), le ciment portland n'est pas un matériau durable en l'état dans un environnement marin (attaque des ions sulfates). L'ajout de laitier confère au liant une meilleure durabilité vis-à-vis de l'attaque marine.

b) Durabilité des moellons En comparaison avec le liant utilisé pour assurer la cohésion de l’ouvrage, les moellons sont généralement inertes chimiquement. Toutefois, dans certains cas ils sont associés au processus de dégradation de l’ouvrage pour les deux raisons suivantes : • lorsque la porosité des moellons est élevée, les ions peuvent se déplacer par capillarité de la surface exposée à l’environnement vers le cœur du matériau, atteindre le liant et réagir avec celui-ci ; • lorsque les moellons sont susceptibles de libérer des éléments entrant dans la composition d’agents agressifs. C’est le cas par exemple si les moellons siliceux se solubilisent partiellement et fournissent des alcalins et de la silice pour former de la thaumasite en présence de sulfates. c) Principaux facteurs influençant la durabilité de la maçonnerie La durabilité des maçonneries vis-à-vis de la pathologie de gonflement est très fortement tributaire de la nature du liant rentrant dans la composition du mortier (voir tableau 9). Indépendamment de la nature du liant, les études montrent que la tenue de la maçonnerie est accrue lorsque : • la porosité du mortier est faible, • le dosage en ciment est élevé, Toutefois, le premier paramètre pour garantir la durabilité d'une structure en maçonnerie est la qualité de son appareillage : • faible épaisseur de joint, • assise régulière, • utilisation de pierre de taille. On notera enfin que les moellons peuvent également être associés aux processus de dégradation de la maçonnerie dans deux cas :

CETMEF

45


•

la porosité des moellons permet la migration des agents agressifs de l'extérieur de la structure vers le cœur, les moellons sont susceptibles de libérer des éléments pouvant réagir avec les produits contenus dans le mortier (moellons siliceux altérés par exemple).

d) Retour d’expérience d’expertises menées sur des ouvrages en maçonnerie Les constatations fréquentes extraites des expertises sont les suivantes : • La formation de cristaux à partir d’ions d’origine externe n’est pas nécessairement délétère. L’aspect et l’organisation des cristaux (oursins, baguettes, produits massifs ou comprimés, confinement,…) donnent des indications sur la nocivité des produits identifiés par les essais physico-chimiques. • La quantification des sulfates, du magnésium et des chlorures ainsi que leurs profils de pénétration peuvent être utilisés pour évaluer l’avancement de l’attaque marine. Cependant, la durabilité du matériau n’est pas uniquement attribuée aux teneurs en ions potentiellement agressifs. Le dosage en ciment et la porosité, par exemple, jouent un rôle déterminant. C’est pourquoi l’ampleur de la dégradation n’est parfois pas directement proportionnelle aux teneurs en sulfates, magnésium ou chlorures. • La fixation d’ions chlorures est proportionnelle à la quantité de liant hydaulique. • La présence de portlandite (ou son absence) est un bon indicateur de l’interaction de l’eau de mer avec le matériau. • La porosité du matériau joue un rôle déterminant dans le potentiel des produits expansifs. • Les zones les plus dégradées présentent une porosité élevée parfois supérieure à 20 %. • L’attaque marine concerne essentiellement le liant. Toutefois, les moellons utilisés dans un ouvrage peuvent également être altérés par dissolution ou formation de produits gonflants. La porosité des moellons peut jouer un rôle important sur la profondeur de pénétration des agents agressifs. D’une manière générale, les expertises montrent l’importance de la formulation des matériaux exposés à un environnement marin. L’utilisation de liants inappropriés ou un faible dosage en ciment sont systématiquement constatés dans les zones les plus altérées. La durabilité d’un ouvrage en maçonnerie est régie en premier lieu par une bonne formulation du mortier. Un dosage élevé en liant et une porosité faible réduisent nettement l’impact de l’environnement sur le matériau. En second lieu, l’interaction chimique de l’eau de mer sera directement liée à la composition chimique du liant. C’est la raison pour laquelle le label « PM » a été défini pour les ciments modernes. Les mécanismes d’attaques sont aujourd’hui bien identifiés. C’est pourquoi les expertises en laboratoire de zones altérées et saines permettent d’évaluer l’amplitude des désordres et facilitent les décisions en cas de réparation à entreprendre.

46

CETMEF


2.2 La pathologie due aux actions mécaniques sur l'ouvrage Cette pathologie se manifeste le plus souvent par une déformation des profils en long et en travers de l'ouvrage, accompagnée en général par une fissuration, voire une fracturation complète de l'ouvrage, pouvant éventuellement concerner les pierres (figure 25).

Figure 25 : Fracturation d'une digue en maçonnerie sous l'effet de tassements différentiels.

Si le phénomène se poursuit, les dégradations peuvent s'accentuer rapidement, notamment en fonction des conditions de site, allant jusqu'à des décollements de parement, à l'apparition de cavités et à des effondrements locaux (figure 26). Les origines de ces désordres sont classées ci-dessous en deux catégories suivant que leurs manifestations sont, soit relativement récentes (désordres à court terme), soit, au contraire, qu'il s'agisse d'une évolution très lente, étalée sur plusieurs années voire plusieurs dizaines d'années (désordres à long terme).

CETMEF

47


Figure 26 : Effondrement local du parement d'un ouvrage.

2.2.1 Les causes possibles de désordre à court terme Toute modification apportée à l'ouvrage lui-même ou à son environnement peut conduire à des désordres à court terme. Ainsi aucune modification significative ne doit être entreprise sans analyse préalable de ses incidences possibles. Parmi les causes les plus courantes pour les murs de quai, on peut citer de manière non-limitative : • Une modification de la poussée hydrostatique derrière l'ouvrage. Ceci peut résulter de travaux divers ou tout simplement de fonctionnement défectueux des barbacanes ou de tout système de drainage. • Une modification des surcharges verticales sur l'ouvrage lui-même. Lorsqu'une surcharge temporaire très importante est prévue, par exemple patins de grue, la zone de chargement à éviter en priorité est l'arrière immédiat du quai (ceci provoquant une augmentation de la poussée sur l'ouvrage). Il est préférable, en règle générale, de placer les appuis directement sur l'ouvrage lui-même ou, sinon, le plus en arrière possible. Si l'ouvrage est en bon état et s'il n'est pas fondé sur pieux, une étude du sol support doit permettre d'évaluer le risque 48

CETMEF


•

•

•

•

encouru avec une marge d'erreur acceptable. Si l'ouvrage est fondé sur pieux, l'estimation du risque est très difficile, pour ne pas dire impossible, car il n'existe aucun moyen véritable d'évaluer l'état des pieux en place, ni même leur position ou leur nombre. Une augmentation de la poussée sur l'ouvrage suite à un remblaiement défectueux (rebouchage de tranchées après travaux). Le remblai mis en place doit être frottant, si possible compacté et perméable afin de limiter la poussée hydrostatique. Il faut veiller à respecter les conditions de filtre afin d'éviter la perte ultérieure de matériaux par entraînement par les eaux en mouvement. Une augmentation des charges sur le terre-plein arrière notamment en cas de mise en place de remblais permanents. Cette opération peut entraîner une modification de la poussée sur l'ouvrage et surtout accroît le risque de glissement en masse avec cisaillement des pieux éventuels. Une étude géotechnique complète préalable du site est nécessaire. Cette étude ne doit pas se limiter à l'ouvrage mais doit prendre en compte l'ensemble de la zone susceptible de glisser. L'enlèvement de matériaux devant l'ouvrage suite à des dragages ou à l'action du jet des propulseurs des navires. Ceci provoque une diminution de la butée devant l'ouvrage, (la plupart du temps heureusement négligeable) et peut induire une modification des conditions d'écoulement des eaux pouvant entraîner renard ou érosion régressive sous la fondation. Le risque de glissement en masse, accompagné d'un cisaillement des pieux éventuels, devient également possible. La réalisation de travaux au voisinage des ouvrages. Les procédures doivent être adaptées afin de limiter les risques. Par exemple éviter d'augmenter les contraintes latérales sur l'ouvrage : préférer les pieux-tubes ouverts plutôt que les pieux "sabotés", etc. Il faut éviter les vibrations si les sols sont susceptibles de se liquéfier (sables lâches). Il faut préférer le battage au mouton à chute libre ou au marteau à cadence lente plutôt que le vibrofonçage.

2.2.2 Les causes possibles de désordre à long terme On distingue principalement: • Les tassements de l'ouvrage dus à la consolidation ou plus généralement à un fluage d'une couche de sol sous-jacente. Il s'agit généralement d'une couche de matériaux argileux soumise à un niveau de sollicitation excessif. • L'altération au cours du temps d'un matériau support d'ouvrage, généralement d'un matériau d'apport (remblai immergé servant d'assise par exemple à une digue, etc.). Cela peut être également l'altération d'un matériau en place mis à nu par une opération de dragage. • L'effet de fatigue dû à l'action de la houle ou du marnage. Sont concernés surtout les matériaux sableux peu compacts saturés faiblement confinés (par exemple situés sous le pied du talus d'un remblai immergé). Il s'agit là de phénomènes de type liquéfaction. L'analyse de ces phénomènes est toujours difficile et nécessite des études géotechniques complexes qu'il convient cependant d'entreprendre avant de décider d'une solution éventuelle de confortement.

CETMEF

49


La diminution de la portance des fondations par enlèvement des sols (érosion, affouillements, dragages, etc.) devant les ouvrages. Cette diminution de portance résulte la plupart du temps d'une diminution de l'encastrement de la fondation dans le terrain.

2.2.3 Conclusions sur les causes mécaniques de désordre De très nombreux ouvrages de maçonnerie présentent des fissures ou fractures d'origine mécanique et ceci depuis de très nombreuses années, sans que pour autant l'ouvrage soit hors service. Ces fissures ou fractures fragilisent l'ouvrage et, suivant leur degré d'importance, elles peuvent annoncer des désagréments plus grands à plus ou moins brève échéance. De plus, elles sont inesthétiques. Il est très difficile de définir a priori un seuil au delà duquel une réparation est indispensable. Ce seuil est à déterminer au cas par cas, après étude. On peut être assez tolérant pour les zones abritées. Il faut être beaucoup plus vigilant pour les zones soumises à l'assaut des vagues et notamment dans les parties saillantes du tracé des ouvrages. En fait, la cause majeure de désordres graves, d'origine mécanique, est le GLISSEMENT EN MASSE (grand glissement) sous l'action de chargements à l'arrière ou de terrassements intempestifs en pied d'ouvrage. Il faut être particulièrement vigilant pour éviter ce phénomène, surtout pour les ouvrages fondés sur pieux. Dès qu'une amorce de glissement en masse se manifeste, il faut immédiatement supprimer l'origine possible du mouvement (enlever les charges à l'arrière et remblayer à l'avant).

50

CETMEF


3. La surveillance 3.1 Contexte et spécificité maritime 3.1.1 Le contexte Il n’existe pas à l’heure actuelle d’instruction technique relative à la gestion patrimoniale des ouvrages portuaires en maçonnerie. Par défaut, il est parfois fait référence à l’Instruction Technique sur la Surveillance et l’Entretien des Ouvrages d’Art (ITSEOA) de 1979 de la Direction des Routes. Cependant, l’application de cette instruction à un parc d’ouvrages aussi spécifiques soulève des difficultés et ne répond pas toujours de manière satisfaisante aux préoccupations des gestionnaires de telles infrastructures.

3.1.2 Une nécessaire prise en compte des spécificités portuaires Les ouvrages portuaires en maçonnerie sont spécifiques pour de multiples raisons. Leur spécificité a tout d’abord pour origine leur plus ou moins grande complexité et la multiplicité de leurs utilisations. Ensuite, les modalités d’accès aux ouvrages sont particulières et nécessitent souvent des moyens lourds (bateau, barge, etc.). Les conditions météorologiques et de marée sont enfin des contraintes qu’il faut intégrer dans l’organisation des interventions sur ces ouvrages. La grande variété des ouvrages : Le patrimoine des ouvrages en maçonnerie est riche de par la grande variété technique des ouvrages. Perré Bajoyer d’écluse ou de forme de radoub Radier d’écluse ou de forme de radoub Etablissement de signalisation maritime (tourelle, phare)

Digue verticale Mur poids Quai à piles et voûte

Des ouvrages aux fonctions multiples : Les ouvrages en maçonnerie doivent répondre à de nombreuses fonctions et à des niveaux de service très différents. A ce titre, certains ouvrages peuvent représenter des enjeux économiques, écologiques ou sécuritaires plus ou moins importants.

CETMEF

51


Ouvrages de chargement et de déchargement

Ouvrages de franchissement terrestre

Ouvrages d’embarquement et de débarquement

Ouvrages de franchissement maritime

Ouvrages d’accostage et d’amarrage

Ouvrages de signalisation maritime

Ouvrages de protection contre la mer

Ouvrages de franchissement de chute d’eau

Ouvrages de soutènement

Ouvrage de mise à l’eau

Ouvrages de construction navale A cela s’ajoute la multiplicité des acteurs : maître d'ouvrage, gestionnaire, exploitant, concessionnaire, etc. Des conditions d’accès difficiles : Les interventions sur les ouvrages portuaires en maçonnerie nécessitent des moyens particuliers. Certaines parties d’ouvrage ne sont accessibles qu’à marée basse, d’autres sont immergées en permanence.

3.2 Principes généraux de la surveillance La gestion et la surveillance d’un patrimoine d’ouvrages en maçonnerie doit répondre à plusieurs objectifs : • connaissance de son patrimoine par le recensement des ouvrages, l’identification de leurs caractéristiques et l’évaluation des enjeux, • connaissance de l’état du patrimoine par la mise en place d’une procédure de visite portant sur la tenue mécanique des ouvrages et sur le niveau de confort et de sécurité des différents usagers (mise à jour régulière ou périodique).

3.2.1 Connaissance de son patrimoine Le gestionnaire doit dans un premier temps connaître le patrimoine sur lequel il souhaite exercer sa surveillance. Cette connaissance passe par le recensement des ouvrages. Ce dernier consiste à localiser et à nommer les différents éléments de son parc.

52

CETMEF


3.2.2 Connaissance de l'état de son patrimoine L’état de chaque ouvrage du patrimoine doit être évalué périodiquement (ou régulièrement). Cette évaluation doit porter d’une part sur l’intégrité structurelle de l’ouvrage (durabilité des matériaux constitutifs, stabilité et résistance mécanique) et d’autre part sur les éléments contribuant à la sécurité des usagers (état des échelles par exemple) et au bon usage de l’ouvrage (état des terre-pleins par exemple). Cette évaluation de l’état des ouvrages se fait par l’intermédiaire de visites d’inspection dont le contenu et les modalités d’organisation sont précisés plus loin. Cette évaluation comprend également le recensement de l’ensemble des actions à mettre en œuvre sur l’ouvrage nécessaires pour le ramener à un état satisfaisant.

3.3 Contenu et modalités d'organisation de la surveillance continue 3.3.1 Visites de routine Elles concernent l'état apparent de l'ouvrage et font appel uniquement à une observation visuelle et inopinée par tout agent qui constatant une modification de l'ouvrage ou de son environnement (par exemple cas de déformations anormales du profil en long, la présence d'une surcharge anormale sur le terre-plein, etc.) la signale au service gestionnaire par une constatation datée, reportée par écrit et qui doit être classée dans le dossier d'ouvrage. Cette surveillance ne nécessite pas systématiquement la rédaction d'un rapport. 3.3.2 Visites d'évaluation La surveillance continue des ouvrages s’appuie sur les visites d’évaluation. Ces visites d’évaluation sont périodiques et permettent d’une part d’évaluer l’état des ouvrages et d’autre part de définir les actions à mettre en œuvre. Ces visites sont visuelles, sans moyens lourds et de courte durée : le visiteur doit aller à l’essentiel. Le visiteur doit donc être compétent en matière de génie civil et être sensibilisé à la sécurité des usagers. Les visites pourront ainsi être réalisées par les agents du service gestionnaire moyennant une formation adaptée. Cette visite comporte essentiellement un examen visuel de l'ouvrage et de son environnement. Si nécessaire, elle peut être complétée par le recours à des moyens d'usage courant tel que topographie, photographie ou mise en œuvre de matériels de mesure simples tels que fil à plomb, nivelles, fissuromètres, etc. La périodicité des visites d’évaluation doit être adaptée au patrimoine (nature des ouvrages, étendue du port,…). A titre indicatif, une périodicité de cinq ans pour l’évaluation de l’intégrité structurelle des ouvrages et une périodicité de un an pour l’évaluation des éléments contribuant à la sécurité des usagers semblent adaptées aux patrimoines des ouvrages en maçonnerie.

CETMEF

53


En régime normal de surveillance continue, les visites d’évaluation sont périodiques. Néanmoins, pour tenir compte de l’environnement particulièrement agressif, sur certains ouvrages (préalablement identifiés par le gestionnaire : les ouvrages de protection contre la mer par exemple) les visites d'évaluation pourront être déclenchées après des évènements particuliers : tempêtes, chocs de bateau, etc. A l'issue de cette opération, l'agent responsable de la visite rédige un procès-verbal de visite d'évaluation suivant le modèle donné en annexe 2. Ce procès verbal doit être visé par le responsable du Service Gestionnaire. Les visites d’évaluation ne sont pas des « inspections détaillées ». Ces dernières nécessitent des moyens d’accès particuliers, un temps d’intervention important et un relevé détaillé des désordres. En revanche, sur des ouvrages « douteux », les visites d’évaluation pourront déclencher des inspections détaillées. Une inspection détaillée est une action de surveillance susceptible d’être programmée à l'issue d'une visite d’évaluation.

3.3.3 Inspection détaillée D'une manière générale, l'inspection détaillée est déclenchée à l'issue d'une visite d'évaluation ayant mis en avant des désordres anormaux ou une incertitude sur l'intégrité de l'ouvrage. L'inspection détaillée peut également être périodique lorsqu'il s'agit d'étudier l'évolution d'un ouvrage particulier (ouvrage sensible, fragile, endommagé ou stratégique) au cours du temps notamment en comparaison de son état de référence. Elle peut aussi revêtir un caractère exceptionnel lorsqu'il s'agit par exemple de définir un nouvel état de référence de l'ouvrage ou lorsque, à l'issue de la visite d'évaluation, des désordres graves ont été détectés. L'inspection détaillée est effectuée par le gestionnaire de l'ouvrage accompagné par les spécialistes qu'il a désignés et sur le programme que ceux-ci lui ont préalablement proposé. Un procès-verbal d'inspection détaillée est établi à la suite de ces opérations. Il comprend les rubriques suivantes : 1. Identification de l'ouvrage 2. Caractéristiques générales 3. Vie de l'ouvrage 4. Conditions de l'inspection 5. Constatations 6. Mesures, essais, reconnaissances effectuées 54

CETMEF


7. Documents graphiques, photographiques 8. Interprétation détaillée de toutes les observations effectuées 9. Conclusions. Les conclusions du procès-verbal peuvent conduire à la réalisation d'études en vue d'émettre un diagnostic sur l'état réel de l'ouvrage, d'évaluer les risques encourus si des défauts nouveaux ont été relevés puis, si nécessaire, d' établir un projet de confortement. L'inspection détaillée peut déboucher sur une instrumentation de l'ouvrage permettant une surveillance continue, voire la mise en place de systèmes d'alarme. Lors de l'inspection détaillée, on examinera notamment les points suivants : La géométrie d'ensemble Toute anomalie géométrique doit être repérée par rapport au repère propre de l'ouvrage, et représentée sur la vue d'ensemble de l'ouvrage à une échelle convenable (1/50 ou 1/100). Il est nécessaire d'en réaliser des photographies qui seront dûment répertoriées et classées, au moins si des modifications importantes sont intervenues depuis la précédente visite d'évaluation. Dans le profil en long de l'ouvrage, on distinguera les enfoncements verticaux (généralement dus à un tassement du sol), ou les soulèvements (presque toujours dus à des problèmes au sein de la maçonnerie). Dans les zones les plus déformées on relèvera les profils du parement en s'aidant d'un système à fil vertical fixé en tête à une potence réglable latéralement et tendu par une forte gueuse, surtout si l'examen se fait partiellement ou totalement sous eau. Le rapport d'inspection doit indiquer si la déformée correspond à un bombement ou un décrochement. Le bombement est généralement l'indice d'un gonflement interne de la maçonnerie. Le décrochement, plus fréquent dans les soutènements, est plutôt l'indice d'une faiblesse mécanique de l'ouvrage (sous l'action d'une poussée locale excessive, par exemple). Pour les terre-pleins, il faut repérer les anomalies de surface en indiquant leur distance à l'ouvrage. Les enfoncements peuvent signifier soit des tassements, soit une perte de matériaux sous l'effet d'écoulements d'eau, etc. Plus à l'arrière, l'apparition de flaches ou de fissures dans le terre-plein pourra signifier un déplacement latéral du mur ou la perte de matériaux (ne pas confondre avec des fissures de retrait). Pour les ouvrages exposés à l'assaut des vagues, il conviendra de concentrer son attention sur la partie saillante du tracé qui est la plus sensible. CETMEF

55


Les écoulements d'eau Il convient de vérifier le bon fonctionnement des barbacanes et de noter à marée basse les éventuelles venues d'eau (localisation et intensité) dans l'ouvrage et dans le sol éventuellement découvert devant l'ouvrage. Dans certains cas un examen de l'intérieur des barbacanes par miroir et lampe de poche peut permettre une visualisation de l'intérieur du massif. Les matériaux du parement L'examen visuel de la pierre permettra de relever toutes les anomalies ou maladies signalées plus haut (alvéoles, plaques d'altération, perforations, fissuration, etc.). Il pourra être complété par des tests de choc. Un choc dur sera l'indice d'une pierre saine généralement bien liée à la masse. Un choc assourdi sera l'indice d'une pierre altérée ou plus généralement mal hourdée. Les fissures et fractures doivent être photographiées et relevées sur des croquis cotés en indiquant en particulier si elles suivent les joints ou si elles englobent également certaines pierres (une fissure a une dimension millimétrique ne concernant pas la masse de l'ouvrage et une fracture a une dimension centimétrique pouvant pratiquement traverser le profil de part en part). Leur ouverture doit être mesurée en des endroits bien repérés, cette mesure pouvant s'effectuer à l'aide d'appareillages simples qui seront décrits plus loin. Il convient si possible de sonder ces fissures et fractures, par exemple à l'aide d'un réglet, afin d'en estimer la profondeur et de se faire une idée de l'état du mortier au sein du massif. L'examen des lèvres des fissures peut aussi être instructif car il peut révéler soit un écartement (c'est une traction : indice d'un gonflement) soit un glissement (c'est un cisaillement vertical : indice de tassements différentiels) soit un désafleurement (c’est un cisaillement horizontal : indice d’un basculement d’une partie de la structure) . L'examen des joints est une phase importante de la visite. Dans certains cas il conviendra de faire tomber localement ces joints, même en bon état (puis de les remplacer immédiatement en respectant les règles de l'art) afin d'examiner l'état de ces joints sur la cassure ainsi que la nature et l'état du mortier sous-jacent. L'examen visuel permet rarement de déterminer si un mortier est de chaux ou de ciment, surtout s'il est altéré. La réaction à l'acide ne permet pas toujours cette détermination et seule l'analyse chimique lèvera toute ambiguïté. Le sol et les enrochements devant l'ouvrage Il faut noter les pertes de matériaux et leur localisation ainsi que toute dislocation ou changement de pente des massifs d'enrochement de protection.

56

CETMEF


Toute cavité pouvant apparaître sous l'ouvrage et notamment tout dégarnissage éventuel des pieux doit être sondé. Une décompression des sols en place devant l'ouvrage peut être l'indice d'une amorce de renard (ne pas confondre avec des dépôts récents très lâches). Les apparaux et ouvrages annexes L'inspection doit être terminée en relevant l'état des apparaux et ouvrages annexes ainsi que l'état de glissance des parties circulées et notamment des cales de mise à l'eau (glissance provoquée par la présence d'algues vertes, mousses, lichens, etc.)

3.3.4 Visites d'inspection subaquatique En site portuaire, certaines parties d’ouvrage sont constamment immergées et ne peuvent donc pas être inspectées visuellement. L’inspection des zones immergées nécessite dans ce cas la réalisation de visites d’inspection subaquatique. Deux modalités d’organisation sont alors possible. Première modalité : la visite d’inspection comprend simultanément une visite d’inspection « aérienne » et une visite d’inspection « subaquatique ». Deuxième modalité : la visite d’inspection subaquatique est une action de surveillance susceptible d’être programmée après une visite d’inspection « aérienne » mettant en avant un doute sur la tenue de la partie immergée de l’ouvrage.

3.3.5 Actions de surveillance, d'entretien et de réparation Les visites d'évaluation permettent d’évaluer l'état de l’ouvrage et de définir les actions à mettre en œuvre sur ce dernier pour le ramener à un état jugé satisfaisant pour le gestionnaire. L’évaluation comprend l’évaluation de l’intégrité structurelle de l’ouvrage et l’évaluation de l’ensemble des éléments contribuant à la sécurité des usagers. Dans le même principe, il devra être défini des actions portant sur l’intégrité structurelle de l’ouvrage et des actions portant sur les éléments de sécurité.

CETMEF

57


3.4 Les moyens de la surveillance En plus des moyens classiques dont il dispose couramment (topographiques, photographiques, petits matériels de mesure tels que niveau de maçon, nivelle LPC, systèmes de suivi des fissures, etc.), le gestionnaire de l'ouvrage peut être amené à recourir à des moyens d'auscultation ou de mesure spéciaux. Ces moyens concernent surtout l'inspection détaillée et les investigations complémentaires qui lui sont associées.

3.4.1 Les levés topographiques Lorsque ces levés ont pour objet d'établir l'état de référence de l'ouvrage, il est nécessaire de repérer certains points caractéristiques de l'ouvrage au millimètre près. Ceci nécessite la plupart du temps le recours à un spécialiste. Le travail du spécialiste est aussi de mettre en place les repères nécessaires pour le suivi de l'ouvrage, repères qui doivent répondre à plusieurs impératifs : • Ils doivent être placés en des points dont les mouvements sont représentatifs des mouvements de l'ouvrage. • Ils doivent être matérialisés par une cible adaptée à la mesure à effectuer et leur pérennité doit être assurée (choix d'un matériau inoxydable, fixation robuste sur l'ouvrage par scellement profond). Afin de pouvoir être remplacée en cas de détérioration, la cible doit être repérée par des traits gravés dans la pierre. De plus, il faut mettre en place le ou les REPÈRES FIXES hors de l'emprise de l'ouvrage. Ils serviront de référence pour déterminer les mouvements absolus ultérieurs (affleurements rocheux, tubes scellés au substratum, etc.).

3.4.2 La bathymétrie Dans la plupart des ports existent actuellement des moyens sophistiqués pour lever les fonds et effectuer l'étude bathymétrique des sites. Ces mesures doivent être utilisées également dans le cadre de la surveillance des ouvrages: la variation des caractéristiques d'un chenal, la puissance croissante des motorisations et les propulseurs d'étrave peuvent avoir des conséquences importantes sur les protections ou les fondations d'un ouvrage.

58

CETMEF


Cependant il convient de ne pas négliger les moyens rustiques classiques tels que perche et sonde à plomb bien utiles aux abords immédiats des ouvrages notamment dans l'embarras des enrochements de protection. Pour les écho-sondeurs on utilisera des matériels dont la précision sera d'au moins 1 % dans la gamme de mesure 0/15 mètres ce qui correspond à une erreur de +/- 15 cm. Le repérage du positionnement en plan sera effectué avec une précision de l'ordre du mètre. Le recours au sonar latéral peut également être utile pour obtenir un relevé latéral des parties immergées des ouvrages. Toutefois l'interprétation de ces images est assez délicate et il est prudent de les compléter par des reconnaissances par plongeurs.

Figure 27 : Relevé bathymétrique

3.4.3 Les visites subaquatiques par plongeur L'intervention des plongeurs (plongeurs autonomes ou scaphandres lourds) est nécessaire, en particulier lors des inspections détaillées, pour la visite des parties constamment immergées des ouvrages. L’inspection subaquatique d’un ouvrage est une méthode d’investigation utilisée dans le domaine maritime comme dans le domaine fluvial. Pour les ouvrages en maçonnerie qui sont des structures le plus souvent fragiles, l’inspection des parties constamment immergées doit être programmée régulièrement (périodicité de quatre ou cinq ans) afin de prévenir tout effondrement brutal. L’intervention de plongeurs professionnels qualifiés en inspection de structure de génie civil doit permettre de présenter un diagnostic fiable sur les parties immergées d’un ouvrage.

CETMEF

59


L’objectif est de connaître avec précision les désordres affectant les parties constamment immergées d’un ouvrage : • cavité, désorganisation de la maçonnerie, • disjointoiement, • affouillement, • gonflement du parement. L’inspection doit en outre permettre de positionner et de quantifier le plus précisément possible les désordres observés. L’inspection subaquatique implique un travail en milieu hyperbare. Le recours à de tels moyens implique le respect impératif du décret n° 90-277 du 28 mars 1990 publié au Journal Officiel du 29 mars 1990 et des ses textes d'application, réglementant l'ensemble des travaux subaquatiques. A ce titre, une équipe doit au moins comporter : • un plongeur qui inspecte la partie immergée de l'ouvrage, • une personne titulaire du certificat d'aptitude à l'hyperbarie susceptible d'intervenir à tout moment pour porter secours au plongeur, • un chef d’opération hyperbare. Ces conditions étant requises, les modalités possibles d'intervention sont diverses. Couramment le plongeur qui inspecte la partie immergée d'un ouvrage travaille seul, mais il est possible de poster simultanément deux plongeurs dans l’eau, dans des conditions de visibilité adéquates. Dans ce cas, la présence d'un troisième plongeur (de secours) en surface est nécessaire. L’inspecteur peut travailler en scaphandre autonome (bouteilles d’air comprimé) ou au narguilé (alimentation en air depuis la surface). Le choix de la méthode dépend des conditions d’intervention et de la mission confiée. Pour être efficace, le travail des plongeurs doit s'effectuer à partir d'un plan de travail précis bien défini à l'avance. A ce sujet on se reportera utilement à la note de la Direction des Routes et de la Circulation Routière en date du 25 Septembre 1978 intitulée « Recommandations pour l'exécution des visites par plongeurs autonomes ». On en rappelle les éléments essentiels (figure 29). • L'inspection de la surface de l'ouvrage se fait par bande dont la largeur, qui sera fonction de la visibilité, ne devra en aucun cas dépasser un mètre. • Tous les profils relevés et les observations seront repérés en plan et en niveau par rapport à des repères connus. • L'intervention fera l'objet d'un rapport indiquant : ➔ la nature des terrains et des matériaux observés, 60

CETMEF

Les ouvrages en maçonnerie ➔ ➔

l'état de conservation des ouvrages et des éléments constituants, la position, l'importance et la cause possible des désordres décelés.

Ce rapport comprendra des dessins cotés établis à l'échelle 1/50 ou 1/100 et complétés en cas de découverte de désordres graves par des croquis permettant de déterminer l'état de la partie immergée de l'ouvrage. Dans les zones portuaires, le travail des plongeurs sera souvent limité par la turbidité de l'eau. Il est cependant possible d'examiner ponctuellement la paroi de l'ouvrage en interposant devant celle-ci un dispositif rempli d'eau claire. Dans tous les cas de reconnaissance subaquatique, la prise de photographies ou mieux l'utilisation de moyens vidéo sont recommandées avec repérage explicite de la position des vues. L’inspection subaquatique peut être complétée par des investigations complémentaires : • sondages carottés, • prélèvement d’échantillons de mortier, • instrumentation : capteur de déplacement, distancemètre, • prélèvement et analyse d’eau, • bathymétrie aux abords de l’ouvrage.

Figure 28 : Désordres affectant les parties immergées d’un ouvrage

CETMEF

61


Figure 29 : Programme d'auscultation d'un ouvrage lors d'une visite subaquatique

3.4.4 Les dégarnissages localisés de l'ouvrage Les dégarnissages ont pour objet de mettre à nu des parties de l'ouvrage qui sont normalement cachées. Tout dégarnissage, notamment au pied de l'ouvrage, est une opération à risque pour l'ouvrage lui-même et pour le personnel qui doit l'expertiser. Il ne doit donc être réalisé qu'en cas de nécessité. Un dégarnissage doit donc être judicieusement programmé, mené correctement et surtout localisé dans l'espace et dans le temps. 62

CETMEF


A l'issue de l'opération, il convient de remettre les choses en l'état en respectant les bonnes règles de l'art (nature des matériaux, compacité, conditions de filtre pour éviter les entraînements ultérieurs par circulation d'eau, etc.). On distingue deux cas (figures 30 et 31) : le dégarnissage à l'arrière des soutènements. Cette opération a pour but d'étudier la géométrie et l'état de la maçonnerie, le système de drainage et le sol à l'arrière des soutènements. ●

Il ne faut pas omettre le blindage de la fouille conformément à la législation en vigueur (titre IV du décret du 8 janvier 1965). le dégarnissage devant l'ouvrage. Cette opération a généralement pour but d'examiner les fondations de l'ouvrage, notamment pour l'étude de l'état des pieux et des rideaux en palplanches. ●

La souille sera blindée au fur et à mesure du creusement et réalisée par les moyens habituels, à la main, à la pelle mécanique ou à la benne preneuse. L'utilisation sous eau de la lance à eau ou d'une aspiratrice à air comprimé, théoriquement possible dans les sols meubles, se fera avec précaution afin d'éviter les affouillements. Les dimensions de la souille seront à définir au cas par cas, surtout pour les soutènements, en prenant en compte la coupe de l'ouvrage, la nature du sol, le régime hydraulique notamment en relation avec le marnage et la sécurité probable en termes de stabilité au glissement et au renversement. Il sera en général inutile de lui donner une longueur, (parallèlement à l'ouvrage), de plus de un à deux mètres dans sa pleine profondeur.

CETMEF

63


Figure 30 : Dégarnissage à l'arrière d'un mur de quai.

Figure 31 : Dégarnissage à l'avant d'un mur de quai sur pieux. Examen par plongeur équipé d'un système vidéo.

64

CETMEF


3.4.5 Les forages dans la maçonnerie et le sol support Les campagnes de sondages et d'essais sont en général complexes et onéreuses. Elles ne doivent être entreprises qu'en cas de nécessité et elles doivent être programmées et conduites avec soin. Le programme de sondages et d'essais doit être défini en fonction du problème posé ce qui implique une réflexion voire, lorsque cela est possible, des analyses préalables de stabilité. Ce programme doit être mené avec précautions lorsqu'il comporte des forages ou essais dans la structure elle-même afin d'éviter certaines erreurs qui pourraient être préjudiciables à la bonne tenue de l'ouvrage (forage vertical au voisinage d'un parement dégradé générant vibrations et surpressions hydrostatiques, etc.). Le programme doit pouvoir être modifié en cours de chantier après accord du gestionnaire de l'ouvrage et ceci en fonction des résultats obtenus. Avant le retrait de l'équipe de sondages on doit décider si les trous de forage doivent être rebouchés (cimentés) ou laissés libres pour contrôles ou travaux ultérieurs. Quant aux échantillons prélevés, notamment de maçonnerie, ils doivent être conditionnés, repérés et répertoriés puis conservés si possible dans une carothèque et disponibles pour examen ultérieur pendant un temps à définir. Pour réduire les conséquences d'une dégradation ultérieure des carottes tant de sols que de maçonneries, il est nécessaire de prendre des photographies couleur de ces carottes le plus tôt possible après leur extraction (figure 32). La campagne de sondages et d'essais doit être conclue par un rapport donnant au moins les points suivants : • les conditions générales de l'intervention précisant, en particulier, les conditions de marnage au moment de certains essais (essais d'eau par exemple), ainsi que les références de positionnement en plan et en profondeur, • la description des moyens mis en œuvre et notamment les caractéristiques des carottiers ayant été utilisés pour les prélèvements de sols et de maçonnerie, • les coupes de sondages habituelles et résultats d'essais. Outre les cotes et la nature des matériaux traversés, une coupe de sondage doit donner les informations suivantes : • paramètres de forage : vitesse instantanée d'avancement de l'outil de foration, pression et couple sur l'outil, etc.

CETMEF

65


•

en cas de carottages, pourcentage de la longueur de carotte prélevée vis-à-vis de la longueur totale forée, et RQD (Rock Quality Designation : c'est-à-dire pourcentage de récupération des éléments dont la longueur est supérieure ou égale à 10 cm), incidents de foration divers tels que: perte totale de fluide d'injection, chutes d'outils de foration, éboulement des parois, surforages, etc. Ces incidents sont tous des indices d'une maçonnerie en mauvais état.

Figure 32 : Photographie de carottes de maçonnerie rangées dans une caisse de bois spécialement adaptée à cet effet.

La réalisation pratique des forages nécessite la mise en œuvre de moyens dont le choix dépend du problème posé, de la nature et de l'état des matériaux rencontrés ainsi que des conditions d'accès. Ces moyens concernent tout d'abord, les conditions d'accès de la sondeuse au point de sondage ce qui peut nécessiter la mise en œuvre de plate-formes en encorbellement (figure 33), de pontons ou d'engins chenillés, etc. L'engin de forage doit permettre la réalisation de forages inclinés. Ceci est nécessaire dans le cas d'accès difficiles et pour des raisons techniques (par exemple étude de l'altération progressive des mortiers de la maçonnerie en fonction de la distance au parement, etc.).

66

CETMEF


En cas d'éboulement des parois de forage, une cimentation doit pouvoir être immédiatement entreprise.

Figure 33 : Utilisation d'une plate-forme en encorbellement pour la réalisation de forages devant un mur de quai.

Il existe plusieurs types de forages pour la maçonnerie et le sol support de l'ouvrage : - Les forages destructifs dans la maçonnerie. Ces forages sont des "perçages" qui ne permettent aucun prélèvement d'échantillon. Comme ils sont moins onéreux que les forages carottés, ils sont surtout utilisés pour traverser les zones que l'on ne souhaite pas étudier (traversée rapide de maçonnerie saine pour accéder à la maçonnerie altérée ou au sol de fondations, etc.).

CETMEF

67


Ce type de forage doit être évité dans les maçonneries déjà altérées ou désorganisées car il entraîne des efforts, chocs et vibrations importants. Ces forages sont effectués au tricône, par roto-percussion (méthode OD, marteau fond de trou, marteau fond de trou à excentrique ,etc.). - Les forages carottés dans la maçonnerie. C'est ce type de forage qui est recommandé pour le prélèvement des maçonneries : un carottier, muni d'une trousse coupante adaptée, est entraîné en rotation à l'aide de tiges de forage permettant l'injection simultanée d'eau ou de boue de forage. Il ne faut pas que cette opération de carottage altère la maçonnerie à prélever. Pour cela, le diamètre du carottier doit être adapté à l'état (présumé) de la maçonnerie en place : •

maçonneries en très bon état: on peut réduire les diamètres des carottiers jusqu'à 86 mm ce qui correspond à des carottes de 58 mm de diamètre.

•

maçonneries en mauvais état : il faut utiliser des carottiers d'au moins 101 mm de diamètre correspondant à un diamètre de carotte de 84 mm.

•

maçonneries en très mauvais état: utiliser des carottiers d'au moins 131 mm de diamètre correspondant à un diamètre de carotte de 108 mm.

Ces carottiers doivent être à double enveloppe et ils doivent être le plus souvent équipés de couronnes diamantées. - Les forages dans le sol de fondations. Si les sols de fondation sous l'ouvrage sont cohérents, leur prélèvement intact est possible en rotation. On utilise alors des carottiers à triple enveloppe dont le diamètre est au moins de 80 mm. Dans les sols les plus mous, le prélèvement en rotation est impossible. Si ce prélèvement est nécessaire on doit utiliser la technique par piston stationnaire, éventuellement par sondage complémentaire en dehors de l'emprise de l'ouvrage. Si des essais pressiométriques doivent être réalisés sous l'ouvrage, et c'est le cas si l'on veut connaître la portance du sol de fondation, le diamètre du forage est imposé (voir ci-dessous) et le prélèvement simultané de sol intact n'est possible que si le matériau à tester est très consistant.

68

CETMEF


Les opérations de foration sont onéreuses et complexes. Elles sont cependant indispensables pour tout diagnostic sérieux de la pathologie de la maçonnerie d'un ouvrage. La mise en œuvre de moyens inadaptés peut conduire à des informations inexploitables ou une sous-estimation de l'état des maçonneries en place. Il convient donc de solliciter l'avis de spécialistes au moment de la rédaction des marchés de sondage.

3.4.6 Les essais dans les forages Il est possible d'effectuer un certain nombre d'essais dans les forages destructifs ou carottés sous réserve que leurs diamètres soient adaptés. • Les essais d'eau. Il convient de considérer le forage comme un piézomètre et d'y relever le niveau de l'eau, notamment en relation avec le niveau de la mer (avant réalisation des essais d’eau). L'essai le plus couramment pratiqué pour l'auscultation des maçonneries est l'essai Lugeon. Il consiste à isoler par des obturateurs une hauteur de forage donnée et à y injecter de l'eau par palier de pression (figure 34).

Figure 34 : L'essai Lugeon, schéma de principe et courbe d'essai type.

CETMEF

69


On mesure pour chaque palier de pression le débit d'eau correspondant. Un tel essai doit être mené avec précaution afin de ne pas accroître les désordres éventuels de la structure : procéder par paliers de pression d'incréments limités (30 kPa maximum) et interrompre l'essai dès que le débit d'eau augmente de manière significative. Cet essai ne doit pas être entrepris au voisinage des parements de l'ouvrage car il risquerait de les faire éclater. Les essais d'eau apportent des renseignements sur l'état de fissuration des maçonneries, sur l'importance des vides internes éventuels, ce qui permet, en particulier, d'étudier les possibilités de confortement par injections. • Les autres essais ou mesures dans les forages. Pourvu que les diamètres conviennent et que les parois ne soient pas sujettes à éboulement, d'autres essais ou mesures peuvent être réalisés dans les forages : - Les essais pressiométriques. Ces essais sont surtout utiles pour tester le sol de fondation et déterminer sa capacité portante. L'intérêt des essais pressiométriques pour l'auscultation de la maçonnerie reste à démontrer. L'essai pressiométrique nécessite un forage spécialement adapté et dont, en particulier, le diamètre n'excède pas 66 mm. - L'inspection par endoscopie et par caméra vidéo. Bien que la présence de l'eau diminue la qualité des images, l'utilisation de ces méthodes peut apporter des éléments d'appréciation concernant l'état de la maçonnerie en place, sous réserve d'une interprétation par un spécialiste. L'endoscopie est limitée à une profondeur de 5 à 6 mètres et la caméra nécessite un diamètre de forage adapté. - Les diagraphies nucléaires (sondes gamma/gamma et neutron/neutron, radioactivité naturelle). Ces mesures permettent de compléter la reconnaissance par sondage et lever certaines ambiguïtés.

70

CETMEF


Ces types de mesure nécessitent l'intervention d'équipes de spécialistes en plus de l'équipe de sondeurs déjà sur place.

3.4.7 Les autres essais en place Suivant les cas, il pourra être nécessaire d'effectuer sur les sols (sous l'ouvrage ou en dehors de son emprise) d'autres essais tels que pénétromètres statiques ou dynamiques (notamment dans les matériaux grossiers), essais au scissomètre dans les vases ou argiles molles, etc.

3.4.8 L’auscultation radar a) Principe de la méthode Le radar est une technique d‘auscultation non destructive, utilisant la réflexion d’ondes électromagnétiques sur les interfaces des structures pour obtenir une image continue des structures auscultées. Le radar utilisé est de type impulsionnel. A chaque point de mesure, il émet une impulsion électromagnétique, transmise à la structure auscultée par l‘intermédiaire d’une antenne émettrice. L‘onde électromagnétique se propage dans la structure en s’atténuant, et se trouve réfléchie partiellement sur les interfaces entre couches présentant un contraste de constantes diélectriques. Lorsque l‘atténuation par le matériau n’est pas trop forte, l‘onde réfléchie peut être détectée par une antenne réceptrice (fonctionnement en mode bistatique). Pour chaque position du radar, la mesure est un signal constitué d’une succession d’échos d’amplitudes variables en fonction du temps. La juxtaposition de ces signaux successifs enregistrés lors du déplacement du radar permet d’obtenir une représentation (distance en abscisses, amplitude radar en niveau de gris, temps de propagation ou profondeur en ordonnées). Cette représentation permet ainsi d’obtenir des informations géométriques sur les interfaces entre les couches ou les hétérogénéités du matériau. C’est ce qu’on appelle une « coupe-temps ».

CETMEF

71


Signal RADAR

émetteur

1ière interface 2ième interface

« Coupe-temps » Figure 35 : Coupe-temps

b) Domaines d’application La méthode radar peut être adaptée à l’auscultation des ouvrages en maçonnerie : • recherche de vides sous des perrés maçonnées, • recherche d’hétérogénéités dans les massifs en maçonnerie (digues, soutènement), • détermination d’un profil géologique de remblai à l’arrière d’un mur-poids en maçonnerie, • détection et localisation de tirants précontraints dans les massifs en maçonnerie, • le type de matériel (antenne), de même que le mode opératoire, doivent être adaptés à chacune de ces applications. Les multitudes d’interfaces présentes dans un ouvrage en maçonnerie pouvant atténuer l’efficacité de cette technique, pour chaque nouvelle application, il est préconisé d’effectuer une phase préalable de faisabilité de l’utilisation de cette méthode afin de valider notamment le mode opératoire et les profondeurs d’auscultation.

72

CETMEF

Les ouvrages en maçonnerie Recherche d’altération de la maçonnerie (hétérogénéités, vides)

Application :

Digue verticale en maçonnerie

Présentation de l’ouvrage :

Type de structure :

Soutènement et massif poids en maçonnerie (pierres de taille en parement et maçonnerie de remplissage)

Géométrie :

5 à 6 m de hauteur, 3 m de largeur en tête, environ 650 m de longueur

Fonction de l’ouvrage :

Protection du chenal

Contexte et besoin du gestionnaire

Effondrement d’une partie de la digue (environ 35 m) suite à une tempête. L’ouvrage présentait un certain nombre de désordres (déjointoiement, gonflement du parement). Le gestionnaire souhaitait connaître l’intégrité du reste de la digue.

Mode opératoire :

Utilisation de deux antennes RADAR : 900 et 200 MHz Réalisation de profils longitudinaux en crête de digue.

Résultats de l’auscultation : Coupe-temps obtenue avec l'antenne de 900 MHz entre l'abscisse 300 et 380 m

Conclusion :

CETMEF

La méthode RADAR a permis de mettre en évidence des zones présentant des réflexions multiples du signal RADAR. Ces réflexions multiples sont représentatives d’une altération de la maçonnerie : vides, altération des joints de la maçonnerie de remplissage.

Figure 36 : Auscultation de la digue de la Perrotine à Oléron

73


3.4.9 Les essais en laboratoire Contrairement à la plupart des essais in situ qui sont d'interprétation quasi immédiate, les essais en laboratoire nécessitent un délai de réalisation plus ou moins long dont il faut tenir compte lors de la programmation de l'étude. On distingue les essais de sols et les essais sur la maçonnerie, essentiellement les essais de mortiers. • Les essais de sols. Ils sont nécessaires pour l'étude des problèmes de poussée et de butée, de tassement de sols compressibles et de stabilité d'ensemble, problèmes pour lesquels les essais in situ n'apportent que des réponses partielles. Ils comprennent les essais d'identification pouvant être effectués sur des échantillons qui ne sont pas intacts, les essais de cisaillement et de compressibilité qui ne peuvent être effectués que sur des échantillons intacts. • Les essais sur la maçonnerie. La résistance propre de la maçonnerie peut être évaluée par des essais de compression simple sur carottes, ou même par des essais triaxiaux (essais à étapes notamment). La difficulté est de s'assurer de la représentativité des résultats, qualitativement (incidence de l'opération de carottage), puis, par rapport à l'ensemble du volume de l'ouvrage (représentativité de l'échantillonnage) et enfin, par rapport au plan de cisaillement considéré. Les essais de laboratoire les plus courants sont les essais sur mortier qui ont pour objet principal la recherche de sels gonflants, indices d'une attaque chimique interne. Aucun diagnostic sérieux de l'état de l'ouvrage ne peut véritablement être porté sans analyse des mortiers et notamment analyse chimique.

74

CETMEF


Si une attaque des mortiers est suspectée, il convient de faire réaliser les essais suivants : • Mesure de la compacité. On peut se référer à la norme NF P 18-554 (Mesure des masses volumiques, porosité, coefficient d'absorption et teneur en eau des gravillons et cailloux). • Analyse chimique centésimale. Cette analyse permet le dosage des oxydes métalliques (de calcium, de magnésium, de fer, etc.), des chlorures, des sulfates, de la silice, etc. L'interprétation de cette analyse est facilitée si on connaît la composition du ciment d'origine. Cette analyse ne permet pas toujours de conclure avec certitude et elle doit donc, la plupart du temps, être complétée par des essais spéciaux. • Analyse pathologique complète. Une analyse pathologique complète doit comporter également des essais spéciaux tels que examen en fluorescence X ou diffractométrie X et étude au microscope électronique à balayage. Prenant en compte l'ensemble des éléments dont ils disposent, les spécialistes doivent ensuite émettre un avis sur la nature et l'importance d'une attaque éventuelle des mortiers : - soit une attaque classique superficielle des joints, - soit une attaque limitée à une certaine profondeur derrière le parement et conduisant à des composants connus, non gonflants, auquel cas une réparation pourra être envisagée, - soit à une attaque généralisée montrant dans la masse de l'ouvrage la présence de sels gonflants (sels de Candlot, etc.), exigeant des mesures beaucoup plus radicales.

CETMEF

75


3.5 L'instrumentation L'importance de l'instrumentation doit être proportionnée au risque encouru et au niveau de difficulté technique posée. L'instrumentation peut être limitée à la mise en place de repères de tassement topographiques, de témoins de fissuration, etc. Dans certains cas au contraire, elle doit être très élaborée et nécessite alors l'intervention de spécialistes. Le choix des appareils et de leur position nécessite une étude préalable permettant de définir les phénomènes à mesurer, leur amplitude et la durée probable de la période de mesure (figure 37).

Figure 37 : Récapitulatif des différents types de mesure pouvant être mise en œuvre.

Autant que l'amplitude des phénomènes, c'est en général leur évolution dans le temps que l'on veut estimer. D'où la nécessité de mesures suffisamment précises et fidèles dans le temps. Il faut aussi prendre en compte le risque de vandalisme pour le choix et l'implantation des appareils et éventuellement mettre en place des dispositifs de télétransmission qui permettent de suivre à 76

CETMEF


distance l'évolution de certaines mesures qui peuvent être critiques pour l'ouvrage (transmission par téléphone ou par voie hertzienne), etc. La mise en place de dispositifs d'alarme autonomes est technologiquement possible mais elle se heurte toujours au problème du choix du seuil d'alarme et des déclenchements intempestifs. Dans ce qui suit on donne une liste sommaire récapitulative des appareillages les plus couramment utilisés dans l'instrumentation des ouvrages. Certaines méthodes, classiques en ouvrages d'art, ne sont pas rappelées car elles ne sont pas adaptées au suivi des maçonneries (extensométrie par exemple).

3.5.1 Le suivi de l'évolution des fissures Il s'agit de témoins de fissuration (témoins au plâtre ou autres) ou, mieux, d'appareillages spécifiques appelés fissuromètres qui permettent de quantifier les mouvements de la fissure avec des précisions suffisantes. Une fois les repères mis en place par un spécialiste, les relevés peuvent être effectués par un personnel non spécialisé.

3.5.2 La mesure des déplacements latéraux et verticaux Ces mesures nécessitent la définition préalable d'une base fixe de référence repérée en plan et en cote. Si des mesures très précises sont nécessaires, cette base devra être insensible aux mouvements locaux dus aux effets thermiques ou au marnage (un marnage de plusieurs mètres peut provoquer des déplacements latéraux et horizontaux dont l'amplitude peut atteindre quelques millimètres et qui, suivant les sols, peut se faire sentir à plusieurs dizaines de mètres de la rive). Il s'agit de mesures classiques de topographie, de mesures de tassement par tassomètre ou de déplacements latéraux par systèmes à fil invar tendus (appareils appelés distancemètres à fil invar).

3.5.3 La mesure des rotations La mesure d'une rotation peut être effectuée ponctuellement, en un point d'une structure, ou en plusieurs points régulièrement espacés le long d'un forage traversant éventuellement la structure. Dans le premier cas la mesure est l'information recherchée: il s'agit simplement de vérifier si un mouvement est stabilisé et de connaître grossièrement l'amplitude du phénomène. CETMEF

77


Cette mesure peut être effectuée par un personnel non spécialisé à l'aide d'un appareillage simple appelé nivelle (figure 38).

Figure 38 : Mesure de la rotation d'un mur de quai à l'aide de la nivelle LPC.

Dans le deuxième cas, on cherche à déterminer la rotation (la pente) de plusieurs points d'un profil afin d'en calculer la déformée par intégration. Si on connaît le déplacement absolu d'un point du profil, alors un simple calage permet de connaître le déplacement absolu de l'ensemble des points du profil. L'appareil utilisé est appelé inclinomètre. Il est constitué d'une torpille étanche (figure 39) descendue dans un tube de logement idoine, préalablement scellé dans un forage au sein de la structure ou dans le terrain dont on veut suivre les déplacement latéraux au cours du temps. La torpille comporte un "pendule" de haute précision qui donne la pente par rapport à la verticale, suivant un pas de profondeur fixé en général à 0,50 mètre. La qualité de l'information obtenue par ce procédé est essentiellement tributaire de la qualité du scellement du tube logement à la structure ou au terrain, ainsi que de son orientation et de sa tenue dans le temps (corrosion). 78

CETMEF


Cette méthode est particulièrement adaptée à l'étude des déplacements de sols ou de structures dans le cas ou il n'existe aucun point fixe en surface : le point fixe est obtenu par scellement du tube dans le substratum indéformable sous l'ouvrage. L'amplitude des déformations mesurables par ce procédé peut atteindre plusieurs décimètres pour une précision de l'ordre du millimètre.

Figure 39 : Introduction de la torpille de l'inclinomètre LPC dans un tube idoine scellé dans une maçonnerie.

CETMEF

79


3.5.4 La mesure de la pression totale des terres et de la pression interstitielle La pression totale est la pression exercée à la fois par les éléments solides et par l'eau soit au sein d'un massif de sol (interface entre un remblai et le sol en place par exemple) soit à l'interface entre un ouvrage et le sol (par exemple poussée sur l'arrière d'un soutènement). Les appareils qui mesurent la pression totale sont appelés capteurs de pression totale. Ils ont une précision théorique de l'ordre de 10 kPa, mais donnent en fait des informations tributaires de leur mise en place dans le milieu à étudier. Leur pose, qui nécessite parfois des terrassements importants, doit être faite par des spécialistes. De telles mesures doivent être effectuées à bon escient car elles sont onéreuses et donnent parfois des informations assez sujettes à caution. Ces mesures sont encore compliquées dans le cas de sols soumis à l'influence de la marée. La pression interstitielle (u) est la pression de l'eau dans le milieu, sol ou massif de maçonnerie. Cette pression de l'eau se décompose en pression au repos encore appelée pression neutre et notée ue et en surpression interstitielle notée δ u :

u = u e + δu Dans le cas de sites soumis à marnage une attention particulière doit être portée à la détermination de la pression au repos. La pression interstitielle est mesurée par des appareils appelés piézomètres, comportant une partie filtrante placée au sein du milieu à la profondeur désirée et un dispositif de mesure de la pression. On distingue les piézomètres ouverts, constitués de simples tubes crépinés, ou les piézomètres fermés dans lesquels la partie filtrante est reliée à la surface par un tube saturé d'eau terminé par un manomètre. Les piézomètres ouverts sont adaptés aux mesures dans les matériaux perméables. Les piézomètres fermés sont nécessaires dans les sols qui ne sont pas perméables (argiles, vases). La mise en place des piézomètres est effectuée soit à partir de forages soit par battage direct dans le sol et peut présenter un certain nombre de difficultés. Le relevé des mesures peut être effectué par un personnel non spécialisé. 80

CETMEF


4. L'entretien des ouvrages 4.1 Établissement d'un diagnostic sur l'état de l'ouvrage Selon la gravité des désordres on procèdera : - à des travaux d'entretien qui permettent d'éviter la dégradation de l'ouvrage ou du moins qui limitent le processus d'altération ; - ou à des travaux de confortement qui ont pour objet de redonner toute sécurité à l'ouvrage en restaurant son intégrité mécanique. Dans ce document, on se limite à l'entretien courant des ouvrages, c'est-à-dire aux opérations qui ont pour seul but de le maintenir dans son état de fonctionnement normal, sans en améliorer les performances. On donne cependant, en fin de chapitre, un court aperçu des techniques qui peuvent être envisagées pour conforter un ouvrage ou pour en augmenter les performances. Avant tous travaux, qu'ils soient de niveau entretien ou de confortement, et a fortiori quand ces travaux (restauration, reprise en sous-œuvre, etc.) sont à comparer au coût d'un ouvrage neuf, la première technique à adopter est : "la réflexion préalable". Il faut établir un diagnostic précis et complet, à partir de la surveillance et de l'auscultation. On rappelle qu'une opération d'entretien, notamment une réfection des joints, et a fortiori une grosse réparation, ne saurait être engagée que si l'on s'est assuré au préalable que la maçonnerie du parement et celle du massif sous-jacent sont saines. Une expertise ne saurait être dressée sur un ouvrage sans avoir répondu correctement et complètement à ces interrogations. Il importe de définir les actions à l'origine des désordres constatés pour répondre ensuite aux questions : • La sécurité est-elle assurée ? avec quel coefficient ? • Quels sont les risques encourus ? • Quelle est l'origine (ou les causes) des dégradations ? Ayant observé l'ouvrage et réalisé, si besoin, une auscultation avec prélèvement de maçonnerie et détermination des caractéristiques mécaniques des sols, il faut procéder à diverses opérations :

CETMEF

81


•

calcul des efforts exercés sur l'ouvrage (poussée des terres, efforts dus à la mer, accostage, sous-pression, surcharges, etc), vérification des diverses stabilités, externes et internes.

Les opérations d'entretien et de réparation éventuelles s'effectuent dans des conditions de site particulières : agressivité du milieu, marnage, tempêtes, etc. Il faut en tenir compte, non seulement dans le choix des matériaux à utiliser (enrochements, ciments, adjuvants, etc.), mais également dans la manière de mener les opérations.

4.2 Le nettoyage L'enlèvement des végétaux et animaux marins n'est nécessaire que si des questions esthétiques sont en jeu. L'enlèvement des salissures et produits chimiques (résidus de marchandises, peintures anti-fouling, etc.) est souhaitable car ceux-ci peuvent à terme dégrader les composants de la maçonnerie. Le nettoyage des parties circulées (cales, etc.) a pour but d'éliminer les dépôts glissants d'origines diverses, dangereux pour les circulations. Le nettoyage ne doit pas constituer une nuisance supplémentaire et doit donc, tout en restant efficace : • préserver la pierre pour lui conserver son grain et sa surface ; • ne pas mettre au contact de la pierre des éléments susceptibles de provoquer des altérations ultérieures (sels solubles par exemple). Les salissures s'expliquent essentiellement par le dépôt des poussières contenues dans l'atmosphère. Ce dépôt et l'humidité ambiante peuvent favoriser l'apparition et le développement des mousses et des lichens. Si le support (pierres, mortier) est capillaire, l'encrassement n'est pas que superficiel et les poussières ou les mousses ont pu s'introduire dans l'intérieur de la maçonnerie. Pour enlever les salissures, selon les cas et le degré d'encrassement on pourra procéder comme suit : • Encrassement superficiel : lavage à l'eau douce de préférence, de manière à soulever puis décoller les poussières sans attaque sensible du parement. • Encrassement profond : il faut alors mettre en œuvre des procédés abrasifs ou d'attaque chimique (alcalins, acides ou tensioactifs) qui débarrasseront la pierre d'une partie encrassée dans la masse. Prévoir un rinçage à l'eau douce après un traitement chimique.

82

CETMEF


Il existe de nombreux procédés de nettoyage dont les mieux adaptés sont les suivants : •

sablage à sec

Rapide et efficace, ce procédé redonne à la pierre sa coloration d'origine. Il donne une surface rugueuse et attaque les joints peu résistants. Il permet de préparer l'opération de rejointement. Ce procédé ne nécessite pas d'eau. Produisant des poussières, cette technique est très réglementée. •

sablage hydropneumatique

Ce procédé est plus utilisé que le précédent. Rapide, efficace, peu onéreux, il redonne au parement son aspect d'origine. Il nécessite peu d'eau et fait peu de poussière. Cependant, ce procédé, comme le précédent, nécessite une main d’œuvre qualifiée. Il détruit le calcin de la pierre (en partie) et donne une surface rugueuse. •

lavage à l'eau - pulvérisation et brossage

Ce procédé conserve la patine et le grain de surface. Une pulvérisation intermittente permet de dissoudre les sels solubles de la pierre et évite les efflorescences. La qualité du travail dépend des qualifications et de l'exécution. Ce procédé est lent, il utilise beaucoup d'eau et imprègne la pierre avec risque d'efflorescences ultérieures. •

lavage à la vapeur

Ce procédé présente les mêmes qualités que le lavage à l'eau mais il est plus efficace et plus rapide. Il utilise moins d'eau et celle-ci pénètre moins dans la pierre. Toutefois, ce procédé nécessite une main d’œuvre qualifiée et un matériel important. •

nettoyage par produits chimiques

Les produits mis en œuvre sont les suivants : o les alcalins (soude, potasse), CETMEF

83


o les acides et sels acides (bifluore d'ammonium), o les produits tensioactifs. Cette méthode est rapide, elle utilise relativement peu d'eau pour terminer l'opération par un lavage à l'eau douce. Toutefois ces procédés attaquent les surfaces et peuvent provoquer des efflorescences. La main d’œuvre doit être spécialisée. Des mesures de protection doivent être prises.

4.3 Évacuation des eaux - drainage L'eau et les produits qu'elle véhicule sont les causes fondamentales d'altération de la maçonnerie. L'eau ne doit donc en aucun cas migrer à travers la maçonnerie par le réseau des joints. En conséquence, il faut s'assurer de la présence et du maintien en bon état de fonctionnement des caniveaux, des réseaux de collecte des eaux, de leurs exutoires et des barbacanes. Sinon, l'eau qui ne peut s'écouler librement dans la maçonnerie s'infiltrera de préférence par les joints, en se chargeant de carbonates qui se déposeront sous forme de concrétions sur les parements (calcite). Le mortier des joints se délitera progressivement puis disparaîtra. Le nettoyage consiste à enlever la végétation et les matériaux obstruant les barbacanes et, si nécessaire, à effectuer un soufflage sous pression à l'eau, en ayant soin de ne pas provoquer de fuites des matériaux de remblai .

4.4 Traitement de la pierre Dans certains cas, l'altération de la pierre provoque une perte de ses caractéristiques mécaniques, sa désagrégation, puis sa ruine en parement. Si des travaux de traitement des pierres peuvent être entrepris dans certaines conditions, ou sur certains éléments de petites dimensions, les techniques de consolidation sont encore des opérations d'exception destinées à sauvegarder des éléments particuliers mais non des parements d'ouvrage. Dans tous les cas, une étude approfondie est nécessaire.

84

CETMEF


4.5 Réfection des joints de maçonnerie 4.5.1 Généralités Dans une maçonnerie (cf. paragraphe 1.1), on distingue le mortier de hourdage et le joint. Le mortier de hourdage sert à assurer la liaison entre les différentes pierres et les moellons constituant la maçonnerie. Ce mortier doit bien remplir l'espace et avoir une résistance mécanique suffisante tant en compression qu'au cisaillement pour transmettre les efforts appliqués dans l'ensemble de la structure. Le joint se rencontre en parement : il remplit l'espace entre les pierres de parement et masque le mortier de hourdage dont il constitue la protection. D'une épaisseur moyenne de un à trois centimètres, le joint est constitué d'un mortier plus riche en liant. Son rôle principal est d'assurer l'étanchéité de la maçonnerie ainsi que la continuité du parement. Il a également un rôle esthétique. La réfection des joints comporte trois opérations successives: • le déjointoiement : il s'agit du dégarnissage des joints anciens et du nettoyage des surfaces destinées à recevoir le joint neuf (à distinguer du disjointoiement, dégradation naturelle du joint). • le rejointoiement : il s'agit de la réalisation d'un nouveau joint. • le ragréage du parement : afin d'éliminer les bavures et salissures résultant des opérations précédentes. L'entrepreneur doit soumettre à l'agrément du maître d’œuvre la procédure qu'il propose pour ces opérations et une épreuve de convenance est recommandée, au moins pour les chantiers importants.

4.5.2 Reconnaissance des dégradations Il est nécessaire pour l’entrepreneur de procéder à une reconnaissance préliminaire avant le début des travaux afin de définir avec précision les zones à rejointoyer. Avant toute opération de réfection de joints, il y a lieu de déterminer, par sondage, l'importance des dégradations tant en superficie qu'en profondeur. Des joints apparemment sains en surface peuvent masquer un mortier de hourdage complètement altéré et transformé en pâte sableuse voire en sable argileux. Par circulation d'eau, le mortier de hourdage peut avoir totalement disparu derrière un parement visuellement sain et intact. CETMEF

85


Il faudra donc sonder les joints pour s'assurer de leur état et de la connaissance du mortier sous-jacent.

4.5.3 Déjointoiement Le joint dégradé est enlevé soit manuellement, soit mécaniquement, soit encore à l'aide d'un jet d'eau sous pression. L'adjonction de produits nettoyants au jet d'eau est possible si l'on s'est assuré que ceux-ci n'entraînent pas de risque pour le mortier de hourdage sous-jacent. Les lèvres du joint doivent être dégagées sur une profondeur comprise entre trois et cinq centimètres (environ deux fois l'ouverture du joint). Au-delà de cette profondeur, ce n'est plus le joint que l'on dégarnit mais le mortier de hourdage (il est donc dangereux d'aller plus loin). Localement le fond des ouvertures des joints doit être sondé afin de s'assurer de l'absence de vides et de la compacité du mortier de hourdage. Le travail de déjointoiement doit être réalisé par petites surfaces de quelques mètres carrés pour éviter la désorganisation de la maçonnerie. Il est souhaitable que cette opération soit suivie du rejointoiement dans la même période de travail. Dans la zone où le déjointoiement peut entraîner des désordres du fait de son importance et de sa profondeur, on mettra en œuvre un calage provisoire à l'aide de coins en bois dur au fur et à mesure du dégarnissage.

4.5.4 Rejointoiement Dans une opération de réfection des joints, le coût de la main d'œuvre l'emporte largement sur celui des matériaux constituant les mortiers. Il faut donc, pour ceux-ci, rechercher la qualité maximale. Préalablement à la réfection des joints, il convient : • de remettre en place les pierres et moellons déchaussés, • de reboucher les petites cavités superficielles, suivant le volume des cavités à combler derrière les joints, on peut utiliser soit le mortier prévu pour le rejointoiement, soit un micro-béton (0/8 mm) comportant un gravillon 4/8 mm, soit un béton de sable.

86

CETMEF


L'opération de rejointoiement doit ensuite suivre immédiatement l'opération de déjointoiement. Plus que la résistance mécanique, ce sont les qualités d'adhérence, de compacité, de durabilité et de faible retrait qui sont demandées au mortier des joints. Il faut aussi qu'il ne soit l'objet d'aucun délavage par la marée montante ou les vagues. - Techniques de rejointoiement : • Rejointoiement manuel La réalisation des joints doit être de préférence faite à la main et hors d'eau car on ne sait pas réaliser de joints immergés. Les joints seront réalisés de telle sorte qu'ils permettent l'écoulement de l'eau de ruissellement. Il convient de proscrire les joints plats ou en saillie, qui se brisent sous l'action du gel ou du mouvement de la structure (figure 40), et les joints creux trop profonds dont la profondeur est strictement supérieure à un centimètre.

Figure 40 : Types de joint à proscrire

Le fascicule 64 du cahier des clauses techniques générales relatif aux travaux de maçonnerie d'ouvrages de génie civil préconise les joints en creux : « Les surfaces des jointoiements sont tenues en retrait d'environ un centimètre sur le plan des arêtes des moellons et de cinq millimètres sur les parements de pierre de taille ou de briques ».

Figure 41 : Types de joint à exécuter

CETMEF

87


• Rejointoiement mécanique (voie humide ou voie sèche) Cette technique consiste à reconstituer les joints par une projection de béton ou de mortier. Elle peut être intéressante si une pénétration du mortier en profondeur est nécessaire, et si l'on s'est assuré au préalable de l'efficacité de cette méthode. Deux types de procédés peuvent être utilisés : le mélange humide et le mélange sec. La projection par voie mouillée est surtout utilisée pour les rejointoiements de parement, principalement quand les joints sont peu profonds. Le mortier projeté par voie sèche permet une meilleure pénétration et une meilleure adhérence au support mais il provoque d'importantes pertes de matériau par rebondissement et impose le nettoyage ultérieur et de la maçonnerie. Il convient de se reporter au "guide du béton projeté" (référence E6), et en particulier à son paragraphe III-4.3.2. a) Les composants du mortier D’une manière générale, la norme NF P95-107 « Réparation et renforcement des maçonneries » précise les caractéristiques des constituants du mortier. Les mortiers pour maçonnerie doivent être conformes à la norme NF EN 998-2. Les liants, que ce soit les chaux ou les ciments doivent être choisis après analyse de la pierre en place afin d’éviter les attaques telles que l’expansion due aux sulfates ou encore les attaques alcaline et basique. Les ciments Les ciments doivent être conformes aux normes NF EN 197-1, NF EN 197-2, NF P 15-307, NF P 15-317, NF P 15-319 et P 18-011. L’emploi de ciment Portland composé, dont l’ajout est du laitier ou des cendres volantes est à éviter, compte-tenu d’un risque d’apparition en surface de taches inesthétiques. Les chaux Les chaux doivent être conformes aux normes NF P 15-317, NF EN 459-1, NF EN 459-2 et NF EN 459-3.

88

CETMEF


La chaux vive, grasse, éteinte à l’eau donne les meilleurs résultats. Elle permet les enduits les plus onctueux, les plus souples et les plus adhérents limitant aussi le faïençage. Les chaux hydrauliques naturelles ou artificielles (NHL ou HL) sont également bien adaptées. Les sables Les granulats marins sont interdits. Le sable utilisé pour confectionner le mortier de rejointoiement est un sable de rivière lavé. Le granulat à utiliser est un sable tamisé et lavé, de bonne qualité et d’origine alluvionnaire, de préférence avec un équivalent de sable strictement supérieur à soixante-quinze. Un sable de bonne qualité est constitué de grains allant de 0,08 à 0,5 mm suivant une courbe de granulométrie régulière. Le sable doit être conforme à la XP P 18-545. Eau de gâchage Elle doit répondre aux spécifications de la norme NF EN 1008 et du fascicule 65. Le gâchage à l’eau de mer est interdit. Adjuvants Ils doivent être conformes aux normes XP P 18-340 et NF EN 934-2 et certifiés NF Adjuvants. Les adjuvants doivent en outre répondre aux spécifications du fascicule 65. Dans le cas où le mortier de rejointoiement est préparé sur chantier, l’emploi d’un adjuvant est déconseillé. Dosage du mortier Le dosage du mortier doit être défini en accord avec le maître d’œuvre. Le CCTP pourra si nécessaire imposer des spécifications sur la composition du mortier. En tout état de cause, la composition du mortier dépend :  de la nature des matériaux à rejointoyer,  de l’adhérence que l’on attend sur la pierre,  du lieu d’application, en plafond ou verticalement,  de la sollicitation attendue en particulier en ce qui concerne les efforts de cisaillement.

CETMEF

89

Les ouvrages en maçonnerie Tableau 10 Exemples de dosage de mortier

Remarque : risque de délavage des joints Le risque de délavage dû au marnage est limité par un adjuvant accélérateur de prise. Dans les cas extrêmes (ouvrages en mer), l'utilisation de mortiers de résine peut être nécessaire. Une protection mécanique temporaire peut être assurée dans certains cas par interposition d'une feuille de polyane entre la maçonnerie et la mer. Sauf cas particulier, l'utilisation de ciment prompt est interdite : l'enlèvement du cachetage au ciment prompt provoque généralement l'arrachement des joints sous-jacents. Il est bon de rappeler que les délavages sont normalement prévisibles et que le chantier doit être organisé en conséquence. b) Les produits spéciaux de réparation Les produits de réparation prêts à l’emploi doivent être titulaires de la marque NF. Leur utilisation est conseillée car elle n’introduit pas d’erreur liée au dosage des différents constituants. c) L'exécution des travaux Des éléments de choix des méthodes de régénération des maçonneries sont donnés sur la figure 42.

90

CETMEF


Figure 42 : Éléments de choix des méthodes de régénération des maçonneries

Méthode traditionnelle Elle se fait par jet manuel, avec bourrage à la « langue de chat » et refoulement au fer. Il est recommandé d’aller de haut en bas pour réduire les salissures, de nettoyer les pierres adjacentes aux joints traités et de réaliser une cure par humidification à l’eau douce avec protection contre le soleil et le vent. La finition des joints peut se faire avec une éponge ou une brosse. La surface obtenue présente un aspect légèrement granuleux. −

CETMEF

91


Joints matés Le matage est réalisé sur des joints dégarnis en profondeur et constitue une remise en charge partielle de la maçonnerie par reconstitution locale du mortier de hourdage. Le mortier est dosé au maximum à 600 kg/m3 de ciment. Il est dit pulvérulent, c’est-à-dire qu’il contient juste ce qu’il faut d’eau pour la prise chimique du ciment. −

Une première couche de mortier est disposée en fond de joint avec un matage modéré puis il est mis en place par couche de deux centimètres et maté énergiquement. La finition des joints matés est réalisée par rejointoiement traditionnel. Projection La projection du mortier peut se faire par voie sèche ou par voie humide. −

Pour la projection par voie sèche, le dosage de ciment conseillé est d’environ 400 kg/m3 de mélange. Toutes les conditions de mise en œuvre sont indiquées dans la norme NF P 95-102. Pour la voie mouillée, le dosage de ciment conseillé est d’environ 500 kg/m 3 de mélange. La consistance nécessaire du mortier dépend du mode de refoulement, selon que le flux est dilué ou dense. D’une manière générale : • La voie sèche permet un rejointoiement plus profond (20 à 25 cm par voie sèche pour 15 cm au plus par voie mouillée). • La voie sèche exige des joints plus larges (au moins 2 à 3 cm) que la voie mouillée. • La voie sèche est préférée lorsque l’on recherche une forte résistance mécanique et une forte adhérence. • Le traitement des parties en plafond exige, en voie mouillée, l’utilisation d’un raidisseur ainsi qu’une limitation de l’épaisseur de passe. • La projection par voie sèche engendre une salissure qui peut être le plus souvent évitée par voie mouillée.

4.6 Protection des fondations par des enrochements Le dimensionnement des enrochements destinés à la protection des ouvrages en maçonnerie est calculé à partir de différents paramètres : la houle, les courants, les jets des propulseurs des navires, les dragages intempestifs, qui peuvent affecter, dans le temps, leur pérennité et leur stabilité. Les enrochements sont surtout utilisés pour la protection des fondations contre les affouillements, des ouvrages de soutènement ou de protection non accostables (perrés, digues, jetées, épis, 92

CETMEF


brise-lames, etc.) ou pour les perrés situés sous les ouvrages accostables construits sur piles et voûtes. A proximité d'ouvrages accostables, l'entretien des protections en enrochements est relativement difficile à réaliser par les engins de manutention traditionnels et leur mise en place doit être effectuée avec soin. Les enrochements peuvent être utilisés seuls ou associés avec d'autres matériaux tels que, les géotextiles, les géomembranes, les produits bitumeux ou les gabions.

4.7 Aperçu sur les grosses réparations De grosses réparations peuvent être rendues nécessaires sur certains ouvrages, soit en raison de leur état de dégradation, soit en vue d'une augmentation de leurs performances (augmentation des charges d'exploitation ou augmentation du tirant d'eau devant l'ouvrage). On présente ci-dessous les principales techniques qui peuvent être mises en œuvre, séparément ou conjointement. • La restauration de la maçonnerie, consolidation, et éventuellement son étanchement par injection de coulis, de béton de sable, etc.(§ 4.7.1) • La reprise en sous-œuvre par micropieux. Les micropieux peuvent également participer au confortement du massif de maçonnerie lui-même (§ 4.7.2.). • La consolidation du sol porteur par injection, en vue d'augmenter sa portance ou de combler des vides sous l'ouvrage (§ 4.7.3). • La réduction de la poussée sur l'ouvrage par remplacement du matériau en place par des matériaux plus adaptés, éventuellement "non-poussant", résistants à l'ambiance marine ainsi que, éventuellement, aux agents chimiques que l'on peut rencontrer dans une zone portuaire (géotextiles, polypropylènes, etc.)(§.4.7.4.). • Le rempiétement devant l'ouvrage (parois préfabriquées ou exécutées en place, rideau de palplanches, etc.)(§ 4.7.5.). En complément des techniques indiquées ci-dessous, si des travaux risquent de nuire à l'esthétique, on peut prévoir la réalisation d'un voile de maçonnerie ou de béton sur les parties vues des ouvrages. Ce voile peut être exécuté en place ou préfabriqué par panneaux. Dans tous les cas, l'accrochage du voile sur la structure existante est à étudier avec soin, notamment s'il est réalisé en béton projeté. En cas de mise en œuvre de panneaux préfabriqués, la concordance des joints est un problème difficile à résoudre.

CETMEF

93


4.7.1 Injection des maçonneries L'injection consiste à faire pénétrer, à partir de forages, un produit fluide capable, après remplissage des vides du milieu traité, d'en réduire la perméabilité et d'en augmenter la résistance mécanique en rétablissant le monolithisme de la structure. a) Coulis d'injection Les matériaux utilisés doivent répondre aux spécifications de la norme NF P 95-107. Le coulis est le liquide que l’on fait pénétrer, à faible pression ou gravitairement par l’intermédiaire de forages munis de tubes injecteurs, à l’intérieur des maçonneries à traiter. Caractéristiques principales des coulis − La capacité de pénétrabilité : elle découle de son état de fluidité ou de viscosité, de sa finesse et de sa granulométrie pour imprégner au mieux la maçonnerie défaillante. La stabilité durant la phase d’injection : pour conserver son pouvoir de colmatage homogène des vides et du liant des pierres et des moellons, le mélange doit conserver sa concentration initiale et s’opposer à la décantation ou à l’essorage et au phénomène de filtration ou de ségrégation. −

La résistance mécanique : sans rechercher des possibilités très élevées en compression, le mélange proposé, après sa prise, doit présenter une résistance maximum au moins égale au matériau qu’il colmate. −

La résistance au délavage : elle est indispensable pour les coulis réalisés dans les maçonneries soumises à des courants d’eau ou à la nappe phréatique. −

La résistance chimique : lorsque les coulis sont soumis à certaines eaux agressives, ou agents corrosifs ou tout autre phénomène découlant de la compatibilité avec le matériau traité (exemple : alcali-réaction). −

La composition des coulis doit répondre de manière spécifique à chaque cas : état de cohésion, grosseur des vides, charges auxquelles est soumise la maçonnerie. L’épreuve d’étude a notamment pour objet de vérifier que la formule nominale proposée à l’acceptation du maître d’œuvre permet de satisfaire aux exigences des spécifications. Elle est effectuée avec des moyens de laboratoire, en tenant compte des paramètres propres au chantier, sur la base d’essais portant sur les caractères spécifiés.

94

CETMEF


Catégories de coulis On peut classer en quatre grandes catégories les différents types de coulis d’injection : Les coulis chimiques Ils sont assez peu répandus en réparation de maçonnerie, leur application est plus orientée vers le traitement de sol. −

Les coulis de ciment ou de chaux (coulis binaires) Ces coulis sont faits de suspension de ciment ou de chaux dans l’eau. L’utilisation de la chaux est à proscrire dans les travaux de maçonnerie sous l’eau. −

Les coulis de ciment sont plus répandus. Ils sont définis par le rapport C/E = quantité de ciment/quantité d’eau. Ils sont de suspension instable et ne sont homogènes que tant qu’ils sont maintenus en mouvement. Les grains de ciment décantent rapidement dans le matériau imprégné. De plus, la pression d’injection provocant un léger essorage du coulis, on aboutit à un produit final de résistance assez élevée et qui s’avère être adapté principalement au collage des fissures ayant une ouverture de quelques millimètres dans la maçonnerie. De rendement faible, le « blocage » ou « refus » est obtenu très rapidement et entraîne un rayon d’action limité. Dans le cas de vides importants, cette solution devient prohibitive et doit être remplacée, le plus souvent, par un coulis chargé moins coûteux. De fabrication simple, ces mélanges nécessitent un malaxage très énergique (malaxeur à haute turbulence) et une mise en œuvre rapide pour éviter une très grande décantation. Les coulis de ciments adjuvantés (coulis ternaires) Par rapport aux coulis binaires, ces mélanges perdent en fluidité mais gagnent en homogénéité, en stabilité et en résistance mécanique. Ils sont obtenus par adjonction de bentonite (pour l’effet thixotropique de l’argile), de silice (pour la résistance au délavage), de plastifiants (la réduction de l’eau de gâchage diminuant le retrait). Ils sont également définis par le rapport C/E. Ces compositions peuvent avoir des caractéristiques rhéologiques intéressantes. La stabilité de ces coulis leur confère des possibilités d’action très élargies. Conservant leurs propriétés initiales malgré la distance parcourue, ils sont d’un rendement accru et permettent des interventions éloignées ou en site exposé tels que : • résistance à l’essorage dû à un cheminement sur moellons poreux ou mortier de pose filtrant, • résistance au délavage dans le cas de maçonneries immergées. −

La fabrication de ces coulis nécessite quelques installations complémentaires (bac de délayage pour la bentonite) et demande une grande précision et des soins particuliers quant à la régularité de la composition du mélange. Les mortiers (coulis chargés) Dans le but d’abaisser les coûts (surtout lorsque les quantités à injecter sont importantes), il peut être intéressant de charger les coulis par des produits inertes peu coûteux tels que les fillers, les −

CETMEF

95


cendres volantes, les sables fins, etc. Au regard des résistances mécaniques recherchées, on peut faire varier le rapport charge/ciment jusqu’à 1,5 voire même 2. L’économie du projet s’en trouve largement améliorée, mais il est indispensable d’utiliser un matériel plus puissant (pression d’injection plus élevée) et surtout d’essayer, dans la mesure du possible, de surveiller la progression du coulis (forages de contrôle) pour éviter une trop grande ségrégation du mélange dans la maçonnerie à traiter. b) Les composants du coulis d’injection Eau de gâchage Elle doit répondre aux prescriptions de la norme NF EN 1008 et du fascicule 65. Le gâchage à l’eau de mer est interdit. Ciments Les ciments doivent être conformes aux normes NF EN 197-1, NF EN 197-2, NF P 15-307, NF P 15-317, NF P 15-319 et P 18-011. Chaux Les chaux doivent être conformes aux normes NF P 15-317, NF EN 459-1, NF EN 459-2 et NF EN 459-3. Sables pour coulis chargé Les granulats marins sont interdits. Le sable utilisé pour confectionner le mortier de rejointoiement est un sable de rivière lavé. Le granulat à utiliser est un sable tamisé et lavé, de bonne qualité et d’origine alluvionnaire, de préférence avec un équivalent de sable strictement supérieur à soixante-quinze. Un sable de bonne qualité est constitué de grains allant de 0,08 à 0,5 mm suivant une courbe de granulométrie régulière. Le sable doit être conforme à la XP P 18-545. Adjuvants Les adjuvants employés doivent être conformes aux normes XP P 18-340 et NF EN 934-2. Bentonite Elle doit avoir une limite de liquidité supérieure à 40 %. Le pourcentage de bentonite ne doit pas dépasser 2 % du poids de ciment. Elle ne doit contenir aucun élément nuisible à la prise du ciment.

96

CETMEF


c) Exécution des travaux La bonne exécution d’une opération d’injection ne réside pas seulement dans l’élaboration d’un coulis de qualité mais aussi et surtout, dans la bonne dispersion du produit. Le mode et la répartition des forages, le type d’injecteurs utilisés revêtent une importance toute particulière. Avant d'effectuer une injection, on vérifie que le parement de la maçonnerie est en bon état, notamment au niveau des joints et qu'il n'existe pas de cavité à la liaison entre le sol et l'ouvrage, pouvant favoriser la fuite de coulis. Les forages La pénétration des volumes maçonnés ne peut se faire qu’à l’aide de forages réalisés à partir du parement en s’enfonçant dans l’ouvrage à traiter, soit verticalement, soit horizontalement, soit de manière inclinée. Le positionnement des forages s’exécute généralement suivant un maillage ou une répartition préétablie qui est souvent adaptée ou modifiée sur le chantier suivant l’état de la maçonnerie rencontrée. L’espacement entre forages dépend de la perméabilité ou de l’état de dislocation du matériau traversé. On peut indiquer, à titre indicatif, un espacement courant variant de 0,5 à 1,5 m entre forages (quatre forages par mètre carré). La profondeur des forages dépend bien sûr de l’épaisseur de l’ouvrage ou de l’éloignement des zones à traiter. Le diamètre des forages varie habituellement de 40 à 90 mm. Chaque fois que la solidité de la maçonnerie le permet, on utilise des équipements à roto-percussion entraînés à air comprimé. Cependant, dans le cas de délabrement avancé de la maçonnerie, pour éviter de transmettre des vibrations dangereuses pour la bonne tenue de l’ouvrage, on utilise une méthode de forage plus douce (mais plus coûteuse) par carottage au diamant. Les injecteurs Selon la profondeur à injecter, et suivant l’importance des vides à combler, on utilise différents types d’injecteurs. Ces tubes injecteurs, appelés aussi cannes d’injection, généralement métalliques, sont enfilés dans les forages et fixés en surface par un système obturateur ou par scellement provisoire. Ils sont équipés de raccords permettant la connexion d’un manomètre de contrôle. Tube à injection directe Ce dispositif permet essentiellement une injection en continue en fond de forage. Utilisé principalement dans le cas de remplissage de cavités importantes directement accessibles, il est facile d’utilisation et ne réclame pas une grande dextérité. −

Tube crépiné Il répand le coulis sur l’ensemble de la profondeur du forage. Il est le plus souvent réservé aux maçonneries fissurées dans leur ensemble ou formées de matériaux très poreux. −

CETMEF

97


Tube à manchette Ce dispositif est plus élaboré et complexe dans son utilisation. Il permet, grâce à son obturateur double, de pratiquer des interventions successives à des niveaux différents. En prenant la précaution de nettoyer l’intérieur du tube, on peut intervenir par phases successives sur diverses parties du forage, éventuellement en employant des coulis de nature différentes. Ce dispositif est particulièrement adapté dans les maçonneries hétérogènes. −

L’utilisation des tubes à manchettes demande une maîtrise parfaite de la technique. Un emploi mal maîtrisé peut provoquer des désordres graves dans la maçonnerie. Injecteur-cavalier Ce dispositif est utilisé en injection directe pour le traitement des joints fins ou fissures en surface des parements. Il ne nécessite pas de forage et est utilisé pour les injections en petites quantités de coulis dits spéciaux. −

Les méthodes d’injection Outre les travaux préparatoires, tels que le rejointoiement des parements, l’hydratation des surfaces injectées devant précéder toute intervention, la conduite des opérations d’injection doit tenir compte de toutes les particularités spécifiques au projet. Chaque ouvrage constituant un cas d’espèce, il est difficile de résumer des consignes applicables en toute circonstance. La pratique des entreprises spécialisées dans les méthodes de remplissage par injection relève le plus souvent du bon sens comme, par exemple : − injection du mélange par couches horizontales successives, − épandage du coulis par zones concentriques, − diffusion du coulis par phases alternées.

98

CETMEF


Figure 43 : Exemple de phasage des injections

Dans une maçonnerie de pierres ou de moellons, les vides étant rarement en continuité, l’injection se pratique généralement depuis la périphérie en allant vers le centre, en progressant de bas en haut (figure 43). Les spécifications exactes des travaux d’injection, en particulier les pressions, les débits d’injection du coulis, l’application graduelle des pressions, la composition des coulis, l’ordre des opérations de percement et d’injection des divers forages en dehors de celles qui relèvent des règles de l’art et de l’expérience de l’entrepreneur, sont décidées par le maître d’œuvre au fur et à mesure du déroulement des travaux. Après exécution des injections, il est nécessaire de forer des barbacanes pour rétablir le drainage. d) Choix du produit d'injection Le choix est fonction : - de la nature du milieu à injecter (corps de maçonnerie, sol de fondation), - de la dimension des vides (injection de mortier dans les cavités, injection de coulis dans les fissures), - de la compacité du milieu (coulis fluide dans un milieu de forte compacité, coulis épais dans un milieu de faible compacité), - de l'agressivité de l'environnement (emploi de bétons spéciaux ou d'adjuvants en présence d'eau de mer, de pollution chimique). CETMEF

99


Les caractéristiques principales du coulis intéressant la mise en œuvre et la qualité de l'injection sont : - le pouvoir de pénétrabilité, - la stabilité (délavage ou ségrégation) pendant la phase d'injection, - la résistance mécanique après prise, - la pérennité des produits injectés. 4.7.2 Reprise en sous-œuvre par micro-pieux La solution des micropieux peut être envisagée dans le cas d'un ouvrage à fondation superficielle ou profonde (pieux, barettes) dont la portance du sol se révèle insuffisante.(figure 44).

Figure 44 : Reprise en sous-œuvre par micro-pieux 100

CETMEF


Les différents types de micropieu, leurs domaines d'application et les dispositions constructives sont décrits : - dans la norme NF P11-212-2 du 1er novembre 1994 (référence DTU 13.2) applicable aux travaux de fondations profondes pour le bâtiment, - dans le Fascicule 62, titre V, du CCTG de mars 1993 et la norme NF P95-106 (août 1993) intitulée « Ouvrages d'art - Réparation et renforcement des ouvrages en béton et en maçonnerie - Spécifications relatives aux fondations des ouvrages ». Il est admis d'appeler micropieu un élément porteur foré d'un diamètre inférieur ou égal à 250 mm.

4.7.3 Consolidation du sol de fondation par injection L'objectif de l'injection du sol de fondation est le même que pour la maçonnerie : consolidation mécanique et étanchement (figure 45). La gamme des coulis employée est identique à celle utilisée pour les maçonneries. Le choix du coulis doit être approprié (en composition chimique et en consistance) aux sols rencontrés (alluvions, sables, roches fracturées, fissurées, etc.) et à l'objectif recherché (consolidation ou étanchement ou les deux). Le dispositif d'injection comporte une centrale d'injection, une presse d'injection, une canne d'injection introduite dans le forage munie (ou non) d'un obturateur simple ou double permettant de traiter des zones spécifiques de terrain. En fin de travaux, en plus des contrôles de routine effectués en cours d'exécution, des contrôles d'efficacité seront réalisés pour vérifier que le traitement du sol répond aux buts recherchés.

CETMEF

101


Figure 45 : Injection du sol

4.7.4 Réduction de la poussée du massif de sol arrière • Substitution du massif arrière Quand le sol situé en arrière du mur exerce une poussée trop forte, on peut envisager de lui substituer un matériau ayant des paramètres de résistance (c et ϕ ) plus forts et une masse volumique plus faible (remblais légers). Plusieurs variantes existent : - utilisation du "Texsol", - renforcement du matériau de substitution par des géotextiles (figure 46), 102

CETMEF


Figure 46 : Confortement par substitution du remblai et renforcement par des géotextiles -

mise en œuvre du "Pneusol", technique développée par le LCPC.

Cette technique est relativement lourde et ne peut donc être envisagée que pour de petits ouvrages dans la mesure où il faut excaver sur de grandes largeurs et parfois profondément. • Renforcement du sol par colonne de coulis de ciment (figure 47) Ce procédé appelé aussi « jet grouting » consiste à partir d'un forage de faible diamètre à déstructurer le terrain en place par émission d'un jet d'eau et d'air, puis à extraire une partie du terrain en place, enfin à injecter un matériau d'apport sous forme d'un coulis de ciment. Le jet grouting permet de réaliser en place dans des terrains meubles des massifs résistants au contact d'une structure existante ou dans son voisinage immédiat. Chaque colonne en « sol-ciment » a un diamètre compris entre 0,5 et 2,5 m. Hormis le renforcement de sol, le jet grouting peut être employé pour un étanchement ou pour une reprise en sous-œuvre. Cependant le dimensionnement de cette solution reste très délicat. S'il est généralement considéré que le volume de sol traité et compris entre les lignes de colonnes se comporte comme un mur poids, on vérifiera aussi dans certains cas le fonctionnement possible de l’ouvrage renforcé comme un soutènement (en particulier dans le cas d’un renforcement de sols mous sous la base d’un mur ancien).

CETMEF

103


Figure 47 : Renforcement du remblai par des colonnes de sol-ciment : « jet grouting »

4.7.5 Rempiètement devant l'ouvrage De façon générale, on désigne sous le nom de rempiétement (de quai), tous travaux effectués en pied d'un quai afin de permettre une augmentation du tirant d'eau offert et le renforcement de sa structure compte-tenu, soit de nouvelles contraintes d'exploitation plus importantes, soit de son état qui ne lui permet plus d'assurer les fonctions qui lui sont affectées. Pour les ouvrages en maçonnerie, nous retiendrons les rempiétements types suivants : • Rideau de palplanches métalliques Le rideau de palplanches est battu devant le pied de l'ouvrage et ancré en tête soit sur un massif indépendant (figure 48), soit par liaisonnement avec l'ouvrage existant (figure 49). Un comblement approprié est réalisé derrière le rideau.

104

CETMEF


Figure 48 : Rempiétement par un rideau de palplanches ancré sur un massif indépendant

Figure 49 : Rempiétement par un rideau de palplanches ancré sur l'ouvrage CETMEF

105


• Paroi berlinoise La paroi berlinoise est constituée de pieux H battus devant le pied de l'ouvrage, de plaques préfabriquées en béton armé glissées entre les pieux et d'un ancrage en tête fixé soit sur l'ouvrage ancien (figure 50), soit sur un massif indépendant (figure 51). Un comblement en gros béton est réalisé derrière la paroi.

Figure 50 : Paroi berlinoise ancrée sur l'ouvrage existant

Figure 51 : Paroi berlinoise ancrée sur un massif indépendant 106

CETMEF


• Contre-mur en béton armé Un voile en béton armé est coulé en place devant l'ouvrage ancien et ancré à celui-ci ou sur un massif indépendant (figure 52).

Figure 52 : Contre-mur en béton armé

Les critères de choix entre les diverses solutions de rempiétement se résument en : faisabilité technique du procédé, contraintes d'exploitation, dimensions de l'ouvrage, nature des sols rencontrés. D'autres solutions peuvent être recherchées et notamment une combinaison judicieuse de plusieurs techniques (exemple : pieux-palplanches (fig. 52)).

CETMEF

107


Figure 53 : Rempiétement mixte pieux – palplanches

108

CETMEF


5. Annexes

CETMEF

109


Annexe 1 CONTENU DU DOCUMENT SIGNALETIQUE DE L'OUVRAGE. -----------Références du Service : Nom de l'ouvrage : Date de mise en service de l'ouvrage : Date de mise à jour du présent document : 1.

3.

3.

110

IDENTIFICATION DE L'OUVRAGE.

-

Nature de l'ouvrage.

-

Maître d'ouvrage.

-

Service gestionnaire.

-

Statut administratif particulier de l'ouvrage (A.O.T., concession, superposition de gestion, etc.). Référence aux actes administratifs. Identification des gestionnaires limitrophes. Plan de situation de l'ouvrage.

CARACTERISTIQUES GENERALES PERMANENTES.

-

Profil(s) type(s) de l'ouvrage.

-

Localisation des repères topographiques et situation du P.M.O. pour les ouvrages linéaires.

-

Description des matériaux composant l'ouvrage.

-

Description des sols (étude géotechnique, localisation et coupes des sondages, essais de sols, etc.).

-

Caractéristiques hydraulique et hydrogéologique (marée, houle, nappe, etc.).

-

Photographies datées et schémas particuliers.

-

Hypothèses et notes de calculs.

-

Réseaux (description et localisation).

VIE DE L'OUVRAGE. -

Description et date des dégradations survenues sur l'ouvrage.

-

Description et date des modifications et réparations de l'ouvrage.

-

Modifications intervenues dans l'environnement de l'ouvrage.

CETMEF

Les ouvrages en maçonnerie 4.

5.

Référence des études ou investigations particulières liées à l'ouvrage et à son environnement.

ETAT DE REFERENCE. -

Définition de l'ETAT DE REFERENCE.

-

Référence aux pièces importantes du dossier d'ouvrage.

CONSTATATIONS. -

Synthèse des constatations importantes depuis la date de l'état de référence.

CETMEF

111


Annexe 2 MODELE DE PROCES-VERBAL DE VISITE D’EVALUATION. ------------

Nom du Service gestionnaire : Nom de l'ouvrage : Date du procès verbal :

1.

2.

3.

4.

5. 112

DOCUMENTS DE REFERENCE. -

Date de la définition de l'état de référence.

-

Date de la précédente visite d’évaluation.

-

Date de la dernière mise à jour du document signalétique.

CONSTATATIONS ET FAITS INTERVENUS DEPUIS LA DERNIERE VISITE OU INSPECTION. -

Nature et date des opérations d'entretien.

-

Description des dégradations, mesures, réparations (dates, référence au dossier d'ouvrage, etc.).

CONDITIONS DE LA VISITE. -

Date de la visite.

-

Composition de l'équipe de visite.

-

Autres participants.

-

Moyens mis en œuvre.

-

Conditions de la visite (moyens d'accès, niveau de la marée, etc.).

CONSTATATIONS LORS DE LA VISITE. -

Environnement de l'ouvrage (ouvrages voisins, terre-plein, enrochements, dragages..).

-

Partie supérieure de l'ouvrage (couronnement, dallage, etc.).

-

Parement de l'ouvrage (état de surface, les pierres, les joints, les barbacanes, etc.).

-

Les fondations (si elles sont visibles).

-

Les équipements de l'ouvrage (échelles, organeaux, bollards, etc.).

-

Etat des appareils de mesure éventuels et des repères de déplacement.

-

Joindre les documents graphiques, plans, photo ou vidéo.

CONCLUSIONS. CETMEF

Les ouvrages en maçonnerie 5.1. Par l'agent ayant conduit la visite d’évaluation. -

Observations, suggestions et avis éventuels de l'agent.

-

Propositions éventuelles pour modification du document signalétique et de mise à jour du dossier d'ouvrage.

-

Date et signature.

5.2. Par le responsable du service gestionnaire. -

Modification éventuelle du document signalétique et du dossier d'ouvrage.

-

Définition du programme de la visite d’évaluation suivante.

-

Avis sur l'état de l'ouvrage.

-

Propositions d'interventions spécifiques:

-

o

inspection détaillée.

o

opérations d'entretien courant.

o

réparations, etc.

Date et signature.

CETMEF

113


6. Bibliographie --------------A. MANUELS GENERAUX SUR LES OUVRAGES A LA MER. 1. LES PORTS MARITIMES A. De Rouville, Dunod 1946. 2. MANUEL DE L'INGENIEUR DES PONTS ET CHAUSSEES A. Debauve, Dunod 1878. 3. TRAVAUX MARITIMES - LA MER ET LES COTES G. De Joly, 1923. 4. TRAVAUX MARITIMES G. De Joly, CH. Laroche, PH. Watier, A. De Rouville 1939. 5. TRAVAUX MARITIMES Tomes I et II - J.Chapon, Editions Eyrolles 1966 et 1967. 6. THEORIE ET PRATIQUE DES TRAVAUX A LA MER M. Blosset, Editions Eyrolles 1951. 7. LES MATERIAUX DE CONSTRUCTIONS CIVILES ET DES TRAVAUX PUBLICS Tome II, les liants. E. Marcotte - Editions Gauthier Villars, 1929.

B. OUVRAGES GENERAUX SUR LA MACONNERIE. 1. TECHNOLOGIE DE LA PIERRE DE TAILLE Dictionnaire des termes couramment employés dans l'extraction, l'emploi et la conservation de la pierre de taille – P.Noël, Société de Diffusion des Techniques de Bâtiment et des Travaux Publics, Rue Lapérouze, Paris 1965. 2. TECHNOLOGIE DES MACONNERIES A.Lootvoet, LCPC Paris, septembre 1981. 3. NOMENCLATURE DES OUVRAGES D'ART EN BETON ARME ET PRECONTRAINT ET EN MACONNERIE LCPC, Paris, 1976. 4. MATERIAUX DE CONSTRUCTION Tomes I et II - G. Debes, Editions Eyrolles, 5° Edition, 1947.

C. L'ALTERATION DES MATERIAUX. 1. LES PIERRES.ALTERATIONS ET TRAITEMENTS A. Lootvoet, LCPC Paris, février 1986.

114

CETMEF

Les ouvrages en maçonnerie 2. RECUEIL DE MODES OPERATOIRES POUR L'ANALYSE DES CIMENTS, BETONS, SOLS ET ROCHES,ET DES MATIERES PULVERULENTES J. Louvier, LCPC Paris, décembre 1985. 3. NOUVEAU TRAITE DE MATERIAUX DE CONSTRUCTION M.Duriez, J.Arrambide, Dunod 1962. Tome II Pages 77 à 142. D. NORMES ET RECOMMANDATIONS. Consulter périodiquement le REPERTOIRE DES TEXTES ET DOCUMENTS TECHNIQUES ESSENTIELS RELATIFS AUX OUVRAGES D'ART (SETRA). 1. TRAVAUX DE MACONNERIE D'OUVRAGES DE GENIE CIVIL. C.C.T.G, Fascicule 64, Texte n°675. Annexe à la circulaire n°82-54 du 17 Juin 1982. 2. DEFAUTS APPARENTS DES OUVRAGES D'ART EN MACONNERIE - SETRA/LCPC 1982. 3. FONDATIONS DE PONTS EN SITES AQUATIQUES EN ETAT PRECAIRE - Guide pour la Surveillance et le Confortement. SETRA/LCPC, décembre 1980. 4. Liants hydrauliques - Ciments courants - Composition, spécifications et critères de conformité - Norme NF P 15-301, juin 1994. 5. BETONS.CLASSIFICATION DES ENVIRONNEMENTS AGRESSIFS - Norme NF P 18-011, juin 1992. 6. LIANTS HYDRAULIQUES. GUIDE D'UTILISATION DES CIMENTS - Norme FD P 15-010, octobre 1997. 7. Travaux de bâtiment - Travaux d'enduits de mortiers – NF DTU n°26.1, avril 2008 8. GUIDE PRATIQUE POUR L'EMPLOI DES CIMENTS - Michel Adam. Eyrolles Editeur, 1976. 9. LES ENROCHEMENTS - Publication n°562620 du LCPC, 58, Boulevard Lefebvre. 75732 Paris CEDEX. 10. CONSTITUTION DES OUVRAGES PORTUAIRES MARITIMES ANCIENS EN MACONNERIE ET LEURS DEGRADATIONS - Notice STCPMVN ER.PM n° 93.01, 1993 11. EMPLOI DES CIMENTS A LA MER - Notice STCPMVN ER.PM n° 94.04, 1994 12. Ciment à maçonner - Partie 1 : composition, spécifications et critères de conformité NF EN 413-1 (Décembre 2004) 13. Essais pour déterminer les propriétés mécaniques et physiques des granulats, NF EN 1097 – (Octobre 1998) 14. Ciment - Partie 1 : composition, spécifications et critères de conformité des ciments courants NF EN 197-1 (Février 2001) 15. Ciment - Partie 2 : évaluation de la conformité NF EN 197-2 (Février 2001) 16. Liants hydrauliques - Ciments à maçonner - Composition, spécifications et critères de conformité NF P 15-307 (Décembre 2000) 17. Liants hydrauliques - Ciments pour travaux à la mer NF P 15-317 (Septembre 2006)

CETMEF

115

Les ouvrages en maçonnerie 18. Chaux de construction - Partie 1 : définitions, spécifications et critères de conformité, NF EN 459-1 (Octobre 2002) 19. Chaux de construction - Partie 2 : méthodes d'essai NF EN 459-2 (Octobre 2002) 20. Chaux de construction - Partie 3 : évaluation de la conformité, NF EN 459-3 (Septembre 2002) 21. Granulats - Éléments de définition, conformité et codification, XP P18-545 (Mars 2008) 22. Eau de gâchage pour bétons - Spécifications d'échantillonnage, d'essais et d'évaluation de l'aptitude à l'emploi, y compris les eaux des processus de l'industrie du béton, telle que l'eau de gâchage pour béton, NF EN 1008 (juillet 2003) 23. Adjuvants - Adjuvants spéciaux pour bétons - Définitions, spécifications et critères de conformité, XP P 18-340 (Décembre 1998) 24. Adjuvants pour béton, mortier et coulis, NF EN 934 (Septembre 2002)

E. GÉOTECHNIQUE, INSTRUMENTATION, REPARATIONS. 1. ETUDES GEOTECHNIQUES PREALABLES MARITIMES Notice STCPMVN n° 89.1 de septembre 1989.

A

LA

REALISATION

DES

AMENAGEMENTS

2. REMBLAIS SUR SOLS COMPRESSIBLES Bulletin de Liaison des Laboratoires des Ponts et Chaussées, Spécial T. Mai 1973. 3. HYDRAULIQUE DES SOLS Bulletin de Liaison des Laboratoires des Ponts et Chaussées. Spécial N. Avril 1970. 4. INJECTION DES MACONNERIES C.Bonnet, Techniques de surveillance et de réparation des ouvrages en maçonnerie. Ecole Nationale des Ponts et Chaussées. Paris, 6-8 juin 1989. 5. OLD WATERFRONT WALLS Management, maintenance and rehabilitation, R.N. BRAY, PFB TATHAM, 1992 6. LE BETON PROJETE Guide de l'Association Française du Béton, 1977

116

CETMEF


7. Glossaire des termes de maçonnerie -----------DOCUMENTATION DE BASE 1.

Petit Larousse

2.

Dictionnaire Technique du Bâtiment et des Travaux Publics M. Barbier, R. Cadiergues et G. Stroskopf - Editions Eyrolles, 1979

3.

Encyclopédie Pratique de la Construction et du Bâtiment Tome II - Librairie Aristide Quillet - Paris, 1962

4.

Technologie de la Pierre de Taille - Dictionnaire des termes couramment employés dans l'extraction, l'emploi et la conservation de la pierre de taille. Pierre Noël - Société de Diffusion des Techniques du Bâtiment et des Travaux Publics 1965 - Rue Lapérouze Paris

5.

Pierres naturelles - Vocabulaire, NF B 10-101 (Janvier 2008)

6.

Shore Protection Manual. Volume III - US Army. Coastal Engineering Research Conter - Appendix A. Glossary of Terms

7.

Nomenclature des Parties d'Ouvrages d'Art en Béton Armé et Précontraint, et en Maçonnerie Ministère de l'Equipement, SETRA, LCPC 1976

8.

Maîtriser les fissurations. Mortiers et Bétons Ministère de l'Equipement; LCPC, AFB, AFREM 1977

9.

Défauts apparents des Ouvrages d'Art en Maçonnerie Ministère des Transports. Direction des Routes 1982

10.

Les Liants Organiques utilisés en Génie Civil - Notions Fondamentales. Nomenclature Y. Mouton - Note d'Information Technique. LCPC Décembre 1976

11.

Injection des Maçonneries, Christian Bonnet Techniques de Surveillance et de Réparation des Ouvrages de Maçonnerie - ENPC 6-8 juin 1989

12.

Technologie des maçonneries Lootvoet FAER 1 62 07 LCPC Septembre 1979

13.

Confortement par injection des fondations d'ouvrages d'art - J.F. Corté, B. Poupelioz, E. Waschkowski Rapport des Laboratoires, Série : Géotechnique-Mécanique des sols-Sciences de la terre GT4 - Mai 1984 – LCPC

14.

La Pratique des Ciments et des Bétons, M. Venuat - Editions du Moniteur 1976

15.

Le Calcul Minéralogique - Application aux Monuments Anciens, F.X. Deloye - LCPC 1991

CETMEF

117

Les ouvrages en maçonnerie Glossaire alphabétique

A ABRASION (ABRASION) Usure par frottement entre deux solides de natures différentes. (voir attrition) ADJUVANT (CONCRETE AUDITIVE) Produit incorporé en faible quantité au moment du malaxage d’un liant (moins de 5 % du poids de celui-ci) afin d'améliorer certaines de ses propriétés lors de sa mise en œuvre puis, au cours de la vie de l'ouvrage. Ces produits font l'objet de normes NF. ADOUCIE (surface adoucie) (BULLNOSE) Etat de surface d'une pierre unie et très finement rayée. AGRÉGAT (AGGREGATE) Réunion d'éléments divers formant un tout. Nom utilisé pour désigner divers matériaux (gravier, pierrailles, sable, etc.) destinés à la confection des mortiers et bétons. ALCALI-RÉACTION (ALKALI-SILICA REACTION) (voir réaction alcali-granulat) ALCALI (ALKALI) Hydroxyde d’un métal alcalin (soude Na2O pour le sodium et potasse, K2O pour le potassium). ALTÉRATION (WEATHERING OU DETERIORATION) Modification (réduction ou amélioration) des propriétés mécaniques d’un matériau pour une cause quelconque, chimique, physique ou mécanique (voir dégradation). ALVÉOLE (alvéolisation) (POCKET RECESS) Léger creux à la surface d'une pierre dû à l'action d'agents mécaniques ou chimiques : - alvéole circulaire : alvéole de forme grossièrement circulaire. - alvéole vermiculaire : alvéole allongée en forme de ver. APPAREIL (MASONRY BOND) Maçonnerie appareillée (COURSED MASONRY) Forme, dimension et disposition des pierres ou moellons dans un élément de maçonnerie. Pour les maçonneries de pierres de taille, les appareils sont généralement réguliers. ARASE (LEVEL COURSE) Niveau auquel une maçonnerie doit être arrêtée (arasée) lors de la construction d'un ouvrage. PIERRE D'ARASE (COPING STONE) Pierre dont la hauteur est déterminée pour régler l'arase à l'attitude désirée. ARMATURE (ARMOURING) Dispositif de construction ayant pour effet de donner de la cohésion et de la résistance en traction au milieu (voir tirant d’ancrage). ARÊTE (EDGE OF WALL) Angle saillant d’intersection de deux faces d'un élément taillé, par exemple, arête d’un mur. ASSISE (assisé) (LAYER OF ASHLAR) 118

CETMEF

A l,,cc:,

Les ouvrages en maçonnerie Rangées de pierres ou de moellons disposées horizontalement dans une maçonnerie. On distingue les assises régulières et les assises irrégulières. Un moellon ou une pierre seront dits assises, s'ils sont taillés même grossièrement suivant une forme approximativement parallélépipédique. Un moellon qui n'est pas assisé est un moellon brut. ATTRITION Usure par frottement entre deux solides de mêmes natures (voir abrasion).

B BAIN DE MORTIER (MORTAR BED) Couche de mortier déposée sur une assise et destinée à recevoir une autre assise. BANC (BANK) En carrière, couche de pierres limitée par deux lits de roche consécutifs. BARBACANE (WEEP-HOLE) Orifice pratiqué dans un mur, une dalle ou une voûte destiné à permettre l'évacuation des eaux de drainage du massif de sol situé derrière l'ouvrage. BÂTARD (mortier) Se dit d'un mortier dont le liant est constitué à la fois de ciment et de chaux. BATARDEAU (COFFER-DAM) mobile (REMOVEABLE) fixe (FIXED) Ouvrage de protection provisoire ou définitif permettant de travailler à l'air libre en dessous du niveau de l'eau. BÊCHE Elément d'ouvrage généralement vertical servant d'ancrage ou de parafouille pour certaines fondations. BÉTON HYDRAULIQUE (ou BÉTON en abrégé) (CONCRETE) Matériau obtenu par liaison de granulats au moyen d'un liant en présence d'eau. Suivant les proportions des divers constituants, on distingue : - la pâte pure de ciment : mélange d'eau et de ciment, - les mortiers de ciments (ou mortiers) : mélange d'eau, de ciment et de sable, - les bétons proprement dits : mélange d'eau, de ciment, de sable et de gravillon, - les bétons cyclopéens : bétons contenant des granulats de forte dimension. BENTONITE (BENTONITE) Argiles colloïdales surtout formées de montmorillonite. On observe pratiquement que les grains de bentonite absorbent de cinq à six fois leur volume d'eau en gonflant considérablement : dix à vingt fois leur volume initial à l'état sec. La bentonite est utilisée en mélange avec l'eau et éventuellement des adjuvants stabilisateurs pour la fabrication des boues de forage (exemple : les parois moulées). BLOC (NATURAL STONE BLOCK) Très grosse pierre : - Bloc brut : morceau de pierre non travaillé, extrait du banc ou du massif. - Bloc équarri : morceau de pierre façonné en parallélépipède rectangle. BLOCAILLE (PELL-MELL BLOCKS) Maçonnerie de remplissage d'un ouvrage constituée par des matériaux de taille et de nature différentes (petites pierres, des débris de moellons, de briques, etc.) jetés pêle-mêle dans un bain de mortier. BOSSAGE (BOSSAGE) CETMEF

119

Les ouvrages en maçonnerie Saillie bombée sur une pierre. BOUCHARDE (CHARRING HAMMER) Marteau de tailleur de pierres à deux têtes couvertes de pointes pyramidales (les dents), plus ou moins denses (16, 24, 64 ou 100 dents) qui sert à boucharder. BOUCHARDÉE (boucharder) (TO BUSH-HAMMER) Se dit d'une pierre qui comporte de nombreux points ronds de meurtrissure disposés en quadrillage empiétant l'un sur l'autre. Cette opération est effectuée à l'aide de la boucharde. BOULANCE (BOILING OFSAND) Phénomène d'entraînement ascendant des particules fines de sol par une circulation d'eau autour du pied d'un ouvrage. De ce fait, le sol étant rendu localement plus perméable, la vitesse de percolation augmente d'où un risque de création de "renard". BOURRER (bourrage) (TAMPING) Remplir (un joint) en serrant fortement. BOUSIN (ébousiner) Croûte peu résistante et nuisible à la tenue, qui entoure une pierre de carrière. BOUTISSE (HEADER BOND) Pierre moëllon ou brique dont la plus grande dimension est perpendiculaire à la façade du mur. BRIQUE (BRICK) Pierre artificielle à base d'argile, moulée mécaniquement sous forme de prisme rectangulaire et cuite au four. BROCHE (broché) Une pierre brochée comporte de longues traces creuses et parallèles entre elles, allant d'une arête à l'autre dans une direction sensiblement à 45° de ces arêtes.

C CACHETAGE (des fissures) Bouchage avant injection, mais après pose des injecteurs, d'une fissure avec un produit pâteux : colle époxyde, polyester, mastic polyuréthane ou silicone, mortier étanche, etc. CAISSON (CAISSON) Ouvrage de défense contre la mer ou d'accostage (appontement ou quai) préfabriqué (totalement ou partiellement) en acier, béton, béton armé, ou béton précontraint, de forme prismatique ou cylindrique, posé sur le sol (fondation superficielle) ou fondé par havage (fondation profonde pour un ouvrage en maçonnerie construit au dessus). CANDLOT (sel de) Sel expansif qui provoque la fissuration des maçonneries pouvant aller jusqu'à la désagrégation. (voir ettringite) CALE (SLIPWAY) Plan incliné en maçonnerie, éventuellement de pierre sèche, que l'on trouve généralement dans les petits ports à marée où ils servent à l'embarquement et au débarquement de personnes et de marchandises. CARBONATATION (CARBONATION) Action de transformation de la portlandite Ca(OH) 2 par le gaz carbonique de l'air ou dissous dans l'eau, en carbonate de calcium CO3Ca (calcite, aragonite, vatérite).

120

CETMEF

Les ouvrages en maçonnerie La carbonatation provoque une perte d'alcalinité du béton et donc une dépassivation de l'acier d'armature, favorise la pénétration des chlorures et en conséquence provoque la corrosion des aciers. CAVITÉ (CAVITY) Vide à l'intérieur d'un matériau ou d'une construction résultant d'une perte de matière (par opposition à fissure ou fracture qui n'implique pas une perte de matière). CHAUX (LIME) Oxyde de calcium CaO. CHAUX NATURELLE Produit de la calcination de roches naturelles calcaires (constituées essentiellement de carbonate de calcium CaCO3) et contenant moins de 20 % d'argile (classification de Durand Claye). CHAUX ARTIFICIELLE (ARTIFICIAL LIMESTONE) Produit de la calcination de mélanges reconstitués dans des proportions données de calcaire et d'argile. CHAUX AÉRIENNE (NON HYDRAULIC LIME) Chaux obtenue par la calcination de roches calcaires contenant moins de 8 % d'argile. Cette chaux fait prise en présence de l'air mais pas sous eau. On la rencontre essentiellement dans les ouvrages les plus anciens (jusqu'au milieu du dix-neuvième siècle) et uniquement hors d'eau. CHAUX GRASSE (COMMON LIME) C'est une chaux aérienne contenant moins de 5 % d'argile. CHAUX HYDRAULIQUE (BLUE LIAS LIME - HYDRAULIC LIME) Chaux obtenue par calcination de roches calcaires contenant entre 8 et 20 % d'argile. Cette chaux fait prise aussi bien dans l'air que sous l'eau d'où son nom "hydraulique". Suivant sa teneur en argile, on distingue la chaux faiblement, moyennement ou éminemment hydraulique. CHAUX MAIGRE (LEAN QUICKLIME) C'est une chaux aérienne contenant environ de 5 à 8 % d'argile. CIMENT ARTIFICIEL (ORDINARY PORTLAND CEMENT) Le clinker est le produit de la calcination de mélanges reconstitués dans des proportions données de calcaire (environ 80 %) et d'argile (environ 20 %). Le ciment Portland artificiel résulte du broyage du clinker (95 %) avec 5 % de gypse. Les ciments spéciaux incluent des constituants secondaires : laitier, cendres volantes, pouzzolane, etc. Le ciment alumineux (ou fondu) est obtenu par fusion d'un mélange de roches calcaire et alumineuse (bauxite par exemple). CIMENT NATUREL Produit de la calcination de roches naturelles calcaires contenant plus de 20 % d'argile. Les ciments se classent en ciments à prise lente ou à prise rapide suivant leur teneur en argile. CLAQUAGE Déstructuration accidentelle ou volontaire d'un milieu (généralement un sol) lors d'une opération d'injection. CLINOMÈTRE (CLINOMETER) (voir inclinomètre) CONCRÉTION (SINTERING) CONCRÉTION CALCAIRE (CALCAREOUS SINTER) Agrégation solide plaquée sur une paroi, constituée de dépôts provenant d'une percolation à l'intérieur de l'ouvrage. CETMEF

121


CONTREFORT (COUNTERFORT) Nervure renforçant un mur de soutènement. COULIS (GROUT, SLURRY) Fluide destiné à être injecté dans les sols ou dans les structures afin d'augmenter leur résistance et de les imperméabiliser. Les caractéristiques principales d'un coulis sont : - le pouvoir de pénétration - la stabilité pendant la phase d'injection - la résistance mécanique après durcissement - la pérennité. Suivant leur composition, on distingue : - les coulis chimiques (résines), utilisés essentiellement pour le traitement des sols - les coulis de ciment (coulis binaires) qui sont des suspensions de ciment dans de l'eau - les coulis de ciment adjuvantés (coulis ternaires) qui sont des coulis de ciment comportant un adjuvant - les coulis "chargés" qui sont des mortiers comportant des matériaux inertes. COURONNEMENT (COPING) Tout élément qui termine en partie supérieure et parfois en saillie un mur ou une partie d'ouvrage. Sur un mur de quai, le couronnement participe à la fonction accostage des navires.

D DÉJOINTOIEMENT (STRIKE OFF) Opération de dégarnissage, manuelle ou mécanique, des joints anciens et des surfaces destinées à recevoir le joint neuf. DÉGRADATION (DECAY) Réduction des propriétés mécaniques d'un matériau ou des performances d'un ouvrage. DÉLAVAGE (WASHING OUT) Action de déstructuration de l'eau sur le liant hydraulique (mortier ou béton) au cours de sa mise en œuvre sous-marine. Pour éviter le délavage, on adjuvante le liant d'un plastifiant ou on utilise un béton prêt à l'emploi adjuvanté d'un colloïde puissant. DÉLIT Joint naturel ou veine dans un bloc de pierre. Pose en délit Pose d’une pierre sur un côté autre que celui de son lit de carrière. Se déliter : se désagréger sous l'action de l'air humide ou de l'eau en tranches parallèles. DÉMAIGRISSEMENT Disposition oblique des lits ou des joints d'une maçonnerie par rapport au parement. DÉROCTAGE (ou dérochage) (ROCK EXCAVATION) Opération qui consiste à terrasser le rocher, quel que soit le mode de terrassement (drague à godet, pelle mécanique sur ponton, explosif, etc.)

122

CETMEF

Les ouvrages en maçonnerie DESCELLEMENT (LOOSENING) Suppression de la liaison entre un élément de maçonnerie et les éléments voisins. DESQUAMATION (DESQUAMATION) Altération superficielle de la pierre sous forme d'écailles. Chute des écailles. DIFFRACTOMÉTRIE DES RAYONS X Une des techniques d'analyse minéralogique qualitative. La diffractométrie est un identificateur sélectif pour un minéral. Les rayons X sont diffractés par les cristaux comme la lumière l'est par les réseaux et donnent des phénomènes d'interférence identique. Chaque espèce cristalline donne un diagramme de diffraction caractéristique. DISJOINTOIEMENT (DISJOINTING) Disparition de la liaison mécanique consécutive à l'altération ou à la disparition du matériau qui le constitue. DISTANCEMÈTRE Appareil destiné à mesurer l'écartement entre deux points. DRAIN (STONE DRAIN) Dispositif permettant de recueillir les eaux d'infiltration et les eaux interstitielles. DYNAMOMÈTRE (SPRING DYNANOMETER) Instrument mécanique ou hydraulique permettant de mesurer les forces.

E ÉBOUSINER (ébousinage) Enlever le bousin de la pierre. EFFLORESCENCE (EFFLORESCENCE) Tâche blanchâtre ou colorée, pulvérulente, sur le parement d'un ouvrage, constituée de dépôts solides suite à une percolation au sein de l'ouvrage. EMBRÈVEMENT (SKEWNOTCH) Assemblage oblique de deux pierres de taille. ENROCHEMENT (ROCHFILLING) Bloc naturel de roche. Enrochements : empilement de blocs de roche destiné à supporter un ouvrage ou à le protéger du choc des eaux. Sur certains sites dépourvus de roches, on utilise des blocs artificiels en béton (cubes rainurés, accropodes, tétrapodes, etc.). ÉPAUFRURE (SPALLING) Eclatement localisé de l'arête d'une pierre ou d'un béton. ÉPI (GROYNE) Ouvrage destiné à régulariser la sédimentation marine ou fluviale. ÉQUARRI (SQUARED AND PARALLEL) Taillé en forme de parallélépipède. ÉROSION (EROSION) Usure d'un solide par frottement de fluides (érosion éolienne, marine, etc.).

CETMEF

123


ÉTANCHEMENT (WATER PROOFING) Réduction (ou suppression) de la perméabilité. Fermeture d'une brèche par où s'écoule un fluide. ETTRINGITE "SECONDAIRE" (voir Sel de Candlot) Sulfo-aluminate tricalcique résultant de I'action des sulfates de l'eau de mer sur le sulfate de calcium et l'aluminate tétracalcique hydraté du ciment. C'est un sel expansif. L'ettringite "primaire" qui se forme au cours de l'hydratation du ciment ne provoque pas de désordres dans le béton (réaction du gypse et de l'aluminate tricalcique de calcium). EXSUDAT Dépôt solide sur les parois d'un ouvrage, généralement au contact d'une fissure, résultant de l'évaporation d'une eau ayant percolé dans la maçonnerie ou le béton.

F FAIENÇAGE (CHECKING, CRAZING) Réseau de fissures visible sur le parement d'un ouvrage. FASCINE (ou fascinage) (FASCINE - WORK) Assemblage de branchages destinés à combler les fossés, éviter les écoulements de terre, etc. Dans les ouvrages anciens, branchages interposés entre le sol et l'ouvrage, et destinés à réduire les poinçonnements locaux. FILLER (GRANULAR FILLER) Poudre dont la dimension des grains est inférieure à 80 micromètres. Les fillers sont des adjuvants inertes ou actifs, obtenus par broyage de roches naturelles ou non. FINE (silice ultra-fine ou fumée de silice) La fumée de silice est un sous-produit de l'industrie du ferro-silicium. Ce produit ajouté au ciment avec un fluidifiant permet l'obtention de béton à très haute résistance mécanique. La dimension de ses grains s'étend entre 50 Angströms et 0,5 micromètre. FISSURE (CRACK) Discontinuité au sein d'un matériau ou d'une construction débouchant ou non à leur surface. Une fissure ne partage pas complètement l'élément considéré (par opposition à une fracture). Elle se caractérise par sa morphologie et ses causes, mécaniques, physiques ou chimiques. Morphologie d'une fissure : - géométrie (tracé, ouverture c'est-à-dire distance entre les "lèvres" de la fissure, profondeur). - faciès (intergranulaire, transgranulaire, etc.). - comportement : o passif ou actif (variation d'ouverture). o stable ou évolutif (variation de longueur). L'ouverture d'une fissure a une dimension supérieure à celle des plus gros grains des granulats de la zone endommagée par opposition à la micro-fissure dont la largeur est limitée à la dimension des plus gros grains. FLUAGE (CREEP) ou pour un sol (YIELD) Le béton et le sol soumis à I'action d'une charge subissent une déformation pratiquement instantanée, élastique et réversible, puis une déformation lente en partie réversible, appelée fluage. Pour les bétons, ce phénomène se complique par la superposition d'autres sollicitations dues par exemple aux retraits et aux gonflements ; pour les sols, le tassement secondaire du squelette solide correspond principalement à la déformation visco-plastique des couches d'eau absorbée par les grains et à la réorientation des feuillets d'argile. 124

CETMEF


FONDATION (FOUNDATION) Partie de l'ouvrage assurant sa liaison avec le sol. On distingue les fondations superficielles (essentiellement semelles ou radiers) et les fondations profondes (pieux et barrettes). On introduit parfois la notion de fondations semi-profondes qui sont essentiellement les puits et les caissons. FRACTURE (FRACTURE) Discontinuité partageant un élément (éprouvette, partie d'ouvrage ou même ouvrage) en parties distinctes. FRUIT (BATTER) Inclinaison du parement d'un mur par rapport à la verticale. Lorsque l'inclinaison est dirigée vers l'extérieur, on dit que le fruit est négatif : on dit aussi alors contrefruit.

G GABION Cage en treillis métallique remplie de blocs rangés à la main ou non : l'ensemble de plusieurs gabions constitue un dispositif de protection ou de soutènement. GACHER (TO MIX, TO PREPARE) Mélanger intimement des corps pulvérulents et liquides. Une gâchée est le produit de cette opération. GÉLIVITÉ (LIABILITY TO FROST DAMAGE) Sensibilité au gel (notamment les matériaux poreux : pierre, mortier etc.) La gélivité d'un matériau est caractérisée par sa porosité, sa perméabilité et la nature minéralogique de ses constituants. GONFLEMENT (SWELLING) Augmentation relative du volume apparent d'un matériau ou d'un ouvrage. Les composants expansifs du ciment sont le gypse (CaSO4.2H2O), la chaux libre (CaO) et la magnésie libre (MgO). GRAIN (d'une pierre) (GRAIN) Eléments de la structure d'une pierre que l'on détermine à partir d'une cassure (grosseur, forme, disposition des grains). GRANULATS (AGGREGATE) Ensemble de grains minéraux de dimension comprise entre 0 et 80 mm destinés en particulier à la confection des mortiers et des bétons. GYPSE (GYPSUM) Sulfate de calcium hydraté (CaSO4.2H2O) Par dessication, le gypse devient du plâtre. Le gypse (5 %) est ajouté au clinker (95 %) lors du broyage pendant le processus de fabrication du ciment (CPA).

H HAVAGE (SINKING OF CAISSON) Méthode de fonçage de blocs destinés à constituer la fondation d'ouvrages en maçonnerie ou en béton. Le havage consiste à déblayer le terrain au fonds d'un puits intérieur au bloc qui descend sous l'action de son poids propre.

CETMEF

125

Les ouvrages en maçonnerie HOURDIR Mettre en place le mortier afin d'assurer la liaison entre les éléments, pierres ou moellons, au sein d'une maçonnerie. HOURDIS (HOURDIS CEILING) Maçonnerie grossière constituant en général le corps de l'ouvrage, par opposition à la maçonnerie du parement. HYDRATATION (HYDRATATION) Fixation de l'eau de gâchage par les différents constituants de la chaux, du ciment, mortier ou béton. L'hydratation du ciment produit des hydrates baignés par une solution interstitielle basique. Les réactions d'hydratation très complexes débutent dès que l'eau est ajoutée au liant hydraulique et se poursuivent pendant la prise du matériau jusqu'à son durcissement. HYDRAULICITÉ Propriété d'un matériau à durcir par une réaction d'hydratation puis à conserver cette dureté malgré une présence éventuelle prolongée à l'eau. Indice d'hydraulicité Nom donne par Louis Vicat au rapport argile(SiO2 + AI2O3)/chaux(CaO) pour qualifier une chaux hydraulique.

I INCLINOMÈTRE (INCLINATION METER) Appareil permettant de mesurer les pentes (inclinaison par rapport à la verticale). INJECTION (INJECTION) Procédé confortatif consistant à introduire dans un matériau poreux un fluide sous pression qui, après durcissement, aura pour effet d'imperméabiliser et d'augmenter la résistance de ce matériau. Le produit injecté est le coulis d'injection. On distingue différents types d'injection : - de remplissage (comblement de cavités), - de collage ou clavage (amélioration de la liaison entre le milieu en place et la zone comblée suite à l'injection de remplissage), - de serrage (densification du matériau en place), - de consolidation (régénération des maçonneries, amélioration des caractéristiques du milieu), - d'étanchement (réduction de perméabilité).

J JOINT (JOINT) Dispositif ou matériau joignant deux parties initialement séparées. Par extension, discontinuité constructive d'un ouvrage (le joint de dilatation ou de rupture). Dans une maçonnerie on distingue plusieurs types de joints : - joint en creux (ou creux) : joint en retrait par rapport au nu des pierres, - joint gras : joint sur angle d'arête plus ouvert qu'un angle droit, - joint maigre : joint sur angle d'arête moins ouvert qu'un angle droit, - joint plein ou joint plat : joint plat affleurant le parement de la maçonnerie, - joint ouvert : en phase de construction, joint maintenu ouvert par des cales, - joint délit : joint sur lequel repose une pierre. JOINTOYER (déjointoyer, rejointoyer) (TO JOINT) Faire (défaire ou refaire) les joints d'une maçonnerie. L'opération correspondante est le (dé, re)jointoiement.

126

CETMEF


L LACUNE (HOLE) Absence d'un ou plusieurs éléments d'une maçonnerie. LIAISONNEMENT (BONDING) Enchevêtrement des matériaux assurant ou améliorant la résistance des maçonneries. LIANT (BINDING MATERIAL) Terme générique des substances servant à rassembler et maintenir réunis des matériaux généralement solides. On distingue les liants organiques (bitumes, goudrons, polymères etc.) et les liants hydrauliques (chaux, ciments, etc.) Sous certaines conditions, un polymère peut être associé à un liant hydraulique. LIBAGE (BASTAR ASHLAR) Grosse pierre ou moellon noyé dans un mur de maçonnerie suivant une assise spéciale en point d'appui d'une charge concentrée. LIT (ou assise) (LOWER BED OF ASHLAR) Faces horizontales d'une pierre d'un mur de maçonnerie perpendiculaire aux efforts de compression.

M MAÇONNERIE (MASONRY) Matériau composite comprenant des pierres, moellons ou briques unis ou non par un liant, le mortier. La maçonnerie qui ne comporte pas de liant est dite de pierre sèche. MAÇONNERIE EN LIAISON (BONDED MASONRY) Disposition de maçonnerie telle que les joints verticaux d'un lit tombent au droit du milieu de la pierre du lit immédiatement inférieur. MAGISTRALE Ligne déterminant l'alignement d'un quai. MASSIF Terme général évoquant l'idée d'un volume important. MATAGE (CAULKING BY HAND) Action de bourrer avec du mortier à peine humide des joints secs à l'aide d'une masse en bois et d'un matoir. MOELLON (ASHLAR) Petite pierre à bâtir pouvant être manutentionnée facilement par un homme. Morceau plus ou moins régulier de pierre ; suivant la taille de leur parement, on utilise différentes dénominations. Classification ancienne : moellon brut (ordinaire, choisi, lité, ébauché, etc.), moellon équarri (piqué, smillé, têtué, etc.) CCTG fascicule 64 : moellon brut et moellon taillé : éclaté, pointé, smillé. MOIE (HEAP OF SAND) Cavité d'une pierre contenant de la terre. MORTIER (MORTAR) Mélange de chaux (mortier de chaux) ou de ciment (mortier de ciment), de sable et d'eau assurant la liaison

CETMEF

127

Les ouvrages en maçonnerie entre les pierres ou moellons d'une maçonnerie. On appelle mortier bâtard un mortier comprenant de la chaux et du ciment. MORTIER DE HOURDAGE (LEAN MORTAR) Mortier assurant la liaison entre les pierres ou moellons au sein même du massif de maçonnerie (par opposition au mortier des joints des parements). Parfois appelé mortier de calage. MUR DE SOUTÈNEMENT (EARTH RETAINING WALL) Ouvrage en maçonnerie ou en béton, éventuellement armé destiné à retenir des terres.

N NIVELLE (SPIRIT TUBE) Niveau à bulle de précision permettant de mesurer la rotation d'un plan par rapport au plan horizontal.

O OPUS INCERTUM Empilage de moellons bruts sur mortier.

P PAREMENT (ASHLAR FACING) Surface latérale vue ou cachée d'un ouvrage ou d'une partie d'ouvrage. PARAFOUILLE (CUT-OFF WALL) Mur ou écran descendant dans le sol afin d'augmenter la longueur du cheminement des filets d'eau et donc de diminuer les risque de "renard". PERCOLATION (PERCOLATION, SEEPAGE) Circulation gravitaire lente de l'eau dans un matériau ou une structure. PERRÉ (STONE PITCHING) Revêtement d'un talus de berge de rivière, de bord de mer, ou partie d'ouvrage d'accostage, destiné à le protéger contre l'érosion ou les glissements superficiels. PESON (WEIGHT INDICATOR) Instrument électrique destiné à mesurer les forces. PIERRE (STONE) PIERRE DE TAILLE (ASHLAR) Morceau de roche servant à bâtir (pierre à bâtir) et dont le volume rend la manutention difficile par un homme seul (voir moellon). - Pierre appareillée ou pierre de taille : pierre taillée sur toutes ses faces. - Pierre parpaigne (ou parpaing) : pierre à deux parements dont la longueur (appelée queue) est égale à l'épaisseur du mur. Les pierres entrant dans la composition d'un parement se distinguent en outre par leur état de surface vue. (voir moellon). PIÉZOMÈTRE Appareil destiné à mesurer les pressions d'eau ; il est utilisé essentiellement dans les sols. Il existe deux types d'appareils : le tube crépine et le piézomètre à volume constant. POUZZOLANE (POUZZOLANA) 128

CETMEF

Les ouvrages en maçonnerie Les pouzzolanes naturelles peuvent être d'origine volcanique ou d'origine animale ou végétale (matériaux riches en silice). Les cendres volantes sont des pouzzolanes artificielles. Indice de pouzzolanicité = [silice + alumine + oxyde ferrique] / [chaux + magnésie (affectées au liant)]

Q QUEUE (ou longueur de queue) (TAIL) Longueur d'une pierre de taille dans le sens de l'épaisseur de la maçonnerie

R RAGRÉER (ragréage) (TO CLEAN DOWN) Joints du mur (TO CLEAN UP) Finition très soignée d'un parement d'ouvrage en supprimant d'une manière quelconque toutes les irrégularités ou défauts qui auraient pu y subsister. RÉACTION ALCALI-GRANULAT (R.A.G.) (alcali-réaction) On désigne par alcali-réaction ou réaction alcali-granulat un ensemble de réactions chimiques entre certaines formes de silice ou de silicate pouvant être présentes dans les granulats et les alcalins du béton (Na2O, K2O, CaO). Ces réactions donnent naissance à des gels expansifs qui entraînent une fissuration des ouvrages. REDAN (STEP) Relief en forme d'escalier. Se rencontre notamment en partie arrière des soutènements en maçonnerie. REJET (d'une fissure) (FISSURE REJECT) Décalage des lèvres d'une fissure perpendiculairement au plan du parement. REMPIÉTEMENT Travaux en avancée (ou en dessous) de l'ouvrage en vue de le conforter. RENARD (PIPING IN AN EARTH DAM) (voir boulance) Phénomène d'érosion consécutif à la mise en "boulance" de particules fines du sol en pied d'ouvrage. Des éléments plus gros vont être entraînés tandis que l'érosion progressera de manière régressive le long d'une digue de courant formant aussi un conduit par où l'eau s'engouffre et désorganise complètement le sol. Ce phénomène de "renard" est en général soudain et brutal à cause de l'énergie potentielle de la charge hydraulique qui se trouve libérée. RÉSINE (TALL-OIL) Liant organique de type polymère thermodurcissable ou thermoplastique. Dans le domaine de la réparation des ouvrages en maçonnerie, on rencontre : -

des produits thermoplastiques : les acryliques, les acrylamides, les styrènes acryliques, l'acétate de polyvinyle et ses copolymères et les styrènes butadiènes ;

-

des polymères thermodurcissables : les époxydes, les polyuréthannes, les polyesters.

RETRAIT (du béton) (SHRINKAGE) Le phénomène de retrait conduit à une diminution relative du volume apparent du béton. Il existe plusieurs types de retrait : - retrait d'hydratation (ou de dessication interne) - retrait d'évaporation avant prise - retrait hydraulique après prise - retrait thermique

CETMEF

129

Les ouvrages en maçonnerie -

retrait sous charge (ou fluage)

Les retraits provoquent des tensions dans le béton qui conduisent à la fissuration. RISBERME (BERM) Elément de protection des fondations qui peut désigner : - la face supérieure horizontale d'un talus, - l'espace horizontal séparant la fondation d'un ouvrage de blocage de pied constitué d'un rideau de palplanches, de gabions, etc.

S SAILLIE (en saillie) (PROJECTING) En débordement. SALISSURE (DIRTY MARK, SOIL) Dépôt superficiel d'origine extérieure à l'ouvrage, plus ou moins incrusté dans l'épaisseur de la pierre (fumées, poussières, produits chimiques, etc.). SATURATION (SATURATION) Remplissage intégral des vides d'un corps par un fluide. SCELLEMENT (FIXING, BEDDING INTO CONCRETE) Fixation d'une pièce dans un trou au moyen d'un liant qui s'y durcit. S.I. : Système International Système d'unités dont l'application est obligatoire en France. cf. Norme NF X 02-006 - Description et mode d'emploi (Octobre 1974). SILICE (SILICA) Dioxyde de silicium SiO2 SMILLE Marteau à deux pointes des tailleurs de pierre, donne son nom au parement smillé qui peut être obtenu à la pointe. SOCLE (BASE, MOUNTING PLATE) Partie basse élargie d'un ouvrage formant appui. SOMMIER (SKEWBACK) Pièce horizontale prismatique couronnant une culée ou une pile destinée à recevoir des charges concentrées et à les répartir. SOUILLE (DREDGED BERTH) Excavation au fond de l'eau dans la couche de sol superficielle devant un quai à marée. SOUTÈNEMENT (RETAINING) Fonction d'un ouvrage assurant le soutien des terres ou d'un matériau en vrac. L'ouvrage lui-même. STALACTITE (STALACTITE) Concrétion oblongue se formant vers le bas à partir d'une voûte. STALAGMITE (STALAGMITE) Concrétion oblongue se formant, vers le haut, à la verticale d'un écoulement en gouttes.

130

CETMEF


T TALOCHER (talochage) Etendre un mortier à la main sur une surface en parement. TALON (d'un mur) (CYMATIUM) Partie arrière, côté terre, de la base d'un ouvrage de soutènement. TASSOMÈTRE Appareil destiné à mesurer les tassements d'un ouvrage ou d'un sol. TIRANT (d'ancrage) actif ou passif (ANCHORING ROD) Elément de construction destiné à reporter des efforts vers un milieu plus résistant (voir armature). Les tirants comportent une armature d'acier constituée soit d'une barre unique ou d'un faisceau de barres, soit de fils ou de torons parallèles. TENEUR EN EAU (WATER CONTENT, MOISTURE CONTENT) La teneur en eau est un paramètre sans dimension qui est déterminé comme étant le rapport du poids de l'eau au poids des grains solides d'un certain volume de sol. Elle s'exprime en pourcentage (exemples : sable de Fontainebleau : 10 %, tourbe : 200 %). TOURELLE (TURRET) Ouvrage de signalisation maritime tronconique en maçonnerie.

CETMEF

131


8. Index Index des figures Figure 1 : Ouvrage monumental en maçonnerie : la digue de protection de l'entrée d'un port (pierres de taille de granite avec joints au mortier de ciment côté mer et pierres sèches côté terre). La partie en saillie de la digue côté mer est dégradée par l'assaut des vagues et elle a dû être protégée par des enrochements.........7 Figure 2 : Maçonnerie de pierres sèches taillées.............................................................................................. 7 Figure 3 : Maçonnerie rustique de pierres sèches (blocs et moellons grossiers, calés par des pierres)...........8 Figure 4 : La dégradation d'un mur de quai permet de visualiser, d'une part la maçonnerie de parement en pierres de taille jointoyées et, d'autre part, la maçonnerie hourdée intérieure. On distingue deux tiges d'acier destinées probablement à consolider le parement, préalablement à sa chute..................................................8 Figure 5 : Le dallage d'un mur de quai. Le monolithisme du mur est assuré par les joints au mortier et par une découpe adaptée de la pierre de taille (découpe en queue d'aronde)........................................................9 Figure 6 : Détail de l'assemblage des pierres du mur de quai en pierres sèches de la figure 3. Ce mur est vieux de trois siècles....................................................................................................................................... 19 Figure 7 : Coupe d'un mur de quai dont la partie avant du massif est en mortier de ciment et la partie arrière en pierres sèches............................................................................................................................................ 19 Figure 8 : Coupe d'un mur de quai sur pieux de bois......................................................................................22 Figure 9 : Fondation d'un mur de quai sur un matelas de béton enserré à l'intérieur d'un batardeau de pieux et de palplanches en bois............................................................................................................................... 23 Figure 10 : Digue en maçonnerie fondée sur enrochements..........................................................................25 Figure 11 : Coupe schématique d'une digue Considère..................................................................................25 Figure 12 : Coupe schématique d'un perré maçonné.....................................................................................26 Figure 13 : Coupe d'une tourelle en maçonnerie............................................................................................. 27 Figure 14 : Exposition à l’ambiance marine.................................................................................................... 32 Figure 15 : MEB – Grossissement x 250 - Chloroaluminates de calcium hydratés.........................................34 Figure 16 : MEB – cristaux d’ettringite et de brucite........................................................................................ 35 Figure 17 : MEB - Grossissement x 3000 - Cristaux de brucite.......................................................................35 Figure 18 : MEB - Grossissement x 1000 - Cristaux de gypse........................................................................36 Figure 19 : MEB - Grossissement x 800 - Ettringite présentant un aspect comprimé.....................................37 Figure 20 : MEB - Grossissement x 2000 - Cristaux de brucite et de carbonate de calcium...........................38 Figure 21 : Joint de mortier de ciment avec sable de mer contenant des coquillages. La présence des coquillages accroît la vitesse d'altération du mortier.......................................................................................39 Figure 22 : Concrétions sur le parement d'un quai, indice d'une attaque interne du mortier par l'eau de mer.39 Figure 23 : Gonflement latéral et vertical d'un mur de quai suite à une attaque du mortier par l'eau de mer (génération de sels de Candlot)...................................................................................................................... 40 Figure 24: Altération de pierres de taille dans la zone des embruns. Les pierres d'origine schisteuse sont attaquées alors que, en partie supérieure du mur, les pierres granitiques sont intactes.................................42 Figure 25 : Fracturation d'une digue en maçonnerie sous l'effet de tassements différentiels..........................47 Figure 26 : Effondrement local du parement d'un ouvrage..............................................................................48 Figure 27 : Relevé bathymétrique................................................................................................................... 59 Figure 28 : Désordres affectant les parties immergées d’un ouvrage.............................................................61 Figure 29 : Programme d'auscultation d'un ouvrage lors d'une visite subaquatique.......................................62 Figure 30 : Dégarnissage à l'arrière d'un mur de quai.....................................................................................64 Figure 31 : Dégarnissage à l'avant d'un mur de quai sur pieux. Examen par plongeur équipé d'un système vidéo............................................................................................................................................................... 64 Figure 32 : Photographie de carottes de maçonnerie rangées dans une caisse de bois spécialement adaptée à cet effet........................................................................................................................................................ 66 Figure 33 : Utilisation d'une plate-forme en encorbellement pour la réalisation de forages devant un mur de quai................................................................................................................................................................. 67 Figure 34 : L'essai Lugeon, schéma de principe et courbe d'essai type..........................................................69 132

CETMEF

Les ouvrages en maçonnerie Figure 35 : Coupe-temps................................................................................................................................ 72 Figure 36 : Auscultation de la digue de la Perrotine à Oléron.........................................................................73 Figure 37 : Récapitulatif des différents types de mesure pouvant être mise en œuvre...................................76 Figure 38 : Mesure de la rotation d'un mur de quai à l'aide de la nivelle LPC.................................................78 Figure 39 : Introduction de la torpille de l'inclinomètre LPC dans un tube idoine scellé dans une maçonnerie. ........................................................................................................................................................................ 79 Figure 40 : Types de joint à proscrire.............................................................................................................. 87 Figure 41 : Types de joint à exécuter.............................................................................................................. 87 Figure 42 : Éléments de choix des méthodes de régénération des maçonneries...........................................91 Figure 43 : Exemple de phasage des injections.............................................................................................. 99 Figure 44 : Reprise en sous-œuvre par micro-pieux.....................................................................................100 Figure 45 : Injection du sol........................................................................................................................... 102 Figure 46 : Confortement par substitution du remblai et renforcement par des géotextiles...........................103 Figure 47 : Renforcement du remblai par des colonnes de sol-ciment : « jet grouting »...............................104 Figure 48 : Rempiétement par un rideau de palplanches ancré sur un massif indépendant.........................105 Figure 49 : Rempiétement par un rideau de palplanches ancré sur l'ouvrage...............................................105 Figure 50 : Paroi berlinoise ancrée sur l'ouvrage existant.............................................................................106 Figure 51 : Paroi berlinoise ancrée sur un massif indépendant.....................................................................106 Figure 52 : Contre-mur en béton armé.......................................................................................................... 107 Figure 53 : Rempiétement mixte pieux – palplanches...................................................................................108

Index des tableaux Tableau 1 Mortiers de chaux hydrauliques...................................................................................................... 11 Tableau 2 Mortiers de ciment Portland........................................................................................................... 11 Tableau 3 Propriétés mécaniques des mortiers.............................................................................................. 12 Tableau 4 Type de chaux................................................................................................................................ 13 Tableau 5 Indice d’hydraulicité des chaux....................................................................................................... 14 Tableau 6 Historique des liants hydrauliques.................................................................................................. 16 Tableau 7 Composition moyenne de l’eau de mer.......................................................................................... 31 Tableau 8 Exposition et processus de dégradation......................................................................................... 32 Tableau 9 Dégradation du mortier.................................................................................................................. 44 Tableau 10 Exemples de dosage de mortier................................................................................................... 90

CETMEF

133

Fascicule 1 Ouvrages de Maconnerie

Recommend Documents