ETUDE DES FISSURES DES OUVRAGES DE GENIE CIVIL METHODES DE REPARATION PATHOPOLOGIE
Sommaire Définitions ______________________ __________________________________ _______________________ _______________________ _____________________ _________ 4 Faïncage ______________________________ _________________________________________________________________ ___________________________________________ ________ 4 Microfissures ______________________________ ________________________________________________________________ _______________________________________ _____ 4 Fissures__________________________________________________________________________ Fissures_________________________________________________ _________________________ 4 Lézardes – Crevasses ______________________________________________________________ 4
L’alcali-réaction (AR) _______________________ __________________________________ _______________________ _______________________ ___________ 5 Phénomène ___________________________________ ______________________________________________________________________ ____________________________________ _5
Mécanisme Mécanisme des réactions_____________ réactions____________________ _______________ _______________ _______________ ________________ _______________ _______________ ________ 5 Contrôle ______________________________ ________________________________________________________________ ___________________________________________ _________ 5 Procédés de réparation ______________________________ _____________________________________________________________ _______________________________ 5 Prévention _______________________________ _________________________________________________________________ ________________________________________ ______ 5
Ciment Ciment ______________ ______________________ _______________ _______________ ________________ _______________ _______________ _______________ _______________ _____________ _____ 5 Granulats Granulats _______________ _______________________ _______________ _______________ _______________ ______________ _______________ _______________ _______________ ___________ ___ 5
Le retrait ______________________ __________________________________ _______________________ _______________________ _______________________ ___________ 5 Phénomène ___________________________________ ______________________________________________________________________ ____________________________________ _5
Le retrait avant avant prise ou retrait plastique, plastique, _______________ ______________________ _______________ _______________ ______________ _______________ __________ Le retrait hydraulique ou retrait après prise_____________________________________________ prise___________ _________________________________________ _______ Le retrait thermique thermique ______________ _____________________ _______________ _______________ ______________ _______________ _______________ ______________ ____________ _____ Le retrait retrait endogène endogène _______________ ______________________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ __________ ___
5 5 5 5
Prévention _______________________________ _________________________________________________________________ ________________________________________ ______ 5
Limitation de la quantité d'eau______________________________ d'eau_____________________________________________________________ _________________________________ Limitation Limitation des perles d'eau _______________ ______________________ _______________ _______________ ______________ _______________ _______________ ____________ _____ Humidificat Humidification ion du support___________ support___________________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ __________ Ferraillage Ferraillage des éléments ______________ ______________________ _______________ ______________ _______________ _______________ ______________ _______________ ________
5 5 5 5
Poussée au vide des armatures armatures _______________________ ___________________________________ ________________________ _______________ ___ 5 Poussée résultant de contraintes _____________________________________________________ 5
Phénomène Phénomène _______________ ______________________ ______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _________ __ 5 Prévention Prévention ______________ ______________________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ __________ ___ 5 Poussée résultant de l'oxydation _____________________________________________________ 5
Phénomène Phénomène _______________ ______________________ ______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _________ __ 5 Traitement Traitement préventif préventif ______________ ______________________ _______________ ______________ _______________ _______________ _______________ _______________ __________ ___ 5 Méthodes de réparation ___________________________________ ____________________________________________________________ _________________________ 5
Procédés Procédés physiques physiques _______________ _______________________ _______________ ______________ _______________ _______________ _______________ _______________ __________ ___ 5 Procédés Procédés électro-chi électro-chimiques______________ miques_____________________ _______________ _______________ _______________ _______________ ______________ _____________ ______ 5 Reprise de bétonnage ___________________________________ ______________________________________________________________ ___________________________ 5
Phénomène Phénomène _______________ ______________________ ______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _________ __ 5 Procédés Procédés de réparation_______ réparation______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ __________ 5 Prévention Prévention ______________ ______________________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ __________ ___ 5
Suivi et reparation reparation des fissures fissures ________________________ ___________________________________ _______________________ _______________ ___ 5 Définition ________________________________ __________________________________________________________________ ________________________________________ ______ 5
Fissures Fissures vivantes vivantes _______________ _______________________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ _______________ ____________ ____ 5 Fissures Fissures mortes _______________ _______________________ _______________ _______________ _______________ ______________ _______________ _______________ _____________ ______ 5 Faïençage________ Faïençage________________ _______________ _______________ _______________ ______________ _______________ _______________ _______________ _______________ __________ ___ 5
Reprise des défauts d’étanchéité _____________________________________________________ 5
Injection_______________________________________________________________________________ 5 Rebouchage au mortier ___________________________________________________________________ 5 Rebouchage au mortier ___________________________________________________________________ 5 Calfeutrement à l'aide d'un mastic___________________________________________________________ 5 Pontage _______________________________________________________________________________ 5 Traitement en plein des parements microfissurés ou affectés par des fissures mortes ___________________ 5 Traitement des parements présentant des fissures vivantes________________________________________ 5 Réalisation d'un bardage __________________________________________________________________ 5 Réalisation d’un complexe d’isolation thermique par l’extérieur ___________________________________ 5 Traitement des fissures sur parements intérieurs ________________________________________________ 5 SUIVI DES FISSURES_____________________________________________________________ 5
Méthodes optiques_______________________________________________________________________ Déformètre à billes ______________________________________________________________________ Capteurs mécaniques_____________________________________________________________________ Capteurs électriques______________________________________________________________________
5 5 5 5
DEFINITIONS Il apparaît nécessaire que les différents intervenants parlent le même langage pour définir les différentes fissures rencontrées, et on pourra par exemple reprendre les définitions que donne la norme NF P 84-404, référence DTU 42.1
FAÏNCAGE Réseau caractéristique d’ouvertures linéaires superficielles du fond, de trèsfaible largeur, se présentant sous la forme d’un dessin géométrique à mailles irrégulières qui s’inscrivent généralement dans un carré n’excédant pas 200 mm de côté. Ce réseau n’intéresse que la laitance superficielle du béton ou la couche superficielle de l’enduit à base de liant hydraulique MICROFISSURES Ouverture (discontinuités) linéaires dont la largeur est inférieure à 0,2 mm. Dans le cas d’enduits à base de liants hydrauliques, elles peuvent se présenter sous forme d’un réseau. FISSURES Ouvertures linéaires au tracé plus ou moins régulier, dont la largeur est comprise entre 0,2 et 2 mm. LEZARDES – CREVASSES Fissures dont la largeur dépasse 2 mm.
L’ALCALI-REACTION (AR) Les fissures qui affectent les ouvrages, murs, planchers ou autres, ont en général des causes qui leur sont extérieures, contraintes, mouvements de l’assise ect … Elles peuvent aussi résulter de phénomènes qui trouvent leur origine dans la nature des matériaux eux-mêmes entrant dans leur constitution. C’est sur ce dernier point que nous allons tenter de détailler dans ce chapitre.
PHENOMENE Dans certain cas, les bétons peuvent présenter des désordres qui apparaissent à des délais variables, allant de deux à plus de dix ans. Les désordres se traduisent par un ou plusieurs des symptômes suivants : )
) )
)
Une fissuration sous forme de faÏençage à mailles plus ou poins larges, ou en étoile, ou encore orientée suivant une direction correspondant au sens des contraintes. Des exsudations blanches de gels ou de calcite. Des éclatements localisés en forme de petit cônes, qui correpondent à la réaction de gros granulats en surface. Des mouvements et des déformations, visibles dans les gros ouvrages de masse, tel que les barrages.
Ces phénomènes se produisent lorsque les trois conditions suivantes sont réunies : Les agrégats qui entrent dans la composition du béton contiennent de la silice réactive
L’ouvrage est soumis à un environnement humide La teneur en alcalins du béton est élevée (Na + K + , OH- respectivement de NaOH et KOH)
Eclat ponctuel au droit de granulat expansif
Exsudation blanches de gel dû à une alcali-réaction de la chape de pose
Il existe trois type d’alcali-réaction : Type d’alcali-réaction
Fréquence
Vitesse d’évolution
Alcali-silicates Alcalis-Silice
Le plus fréquent Moins fréquent
Alcalis-Carbonate
Très rare, et pour des granulats très précis
1 à 2 ans Réaction lente : 10 ans et plus ?
Mécanisme des réactions Il se produit des réactions chimiques avec formation d’un gel de silicate alcalin qui s’imbibe d’eau, gonfle et fissure le béton (réaction alcali-silice). Concernant les gels, il s’agit de structure moléculaire capable d’absorber de forte quantité d’eau. Par exemple les gels silico-alcalin (cas qui nous concerne) peuvent absorber 50 % de leur poids en eau à 80 % d’humidité relative. Aux valeurs d’humidité relative supérieure à 95 %, la quantité d’eau absorbée peut être comprise entre 200 et 300 % du poids du gel initiale. Cette quantité croît de façon exponentielle au-delà de 90 % d’humidité relative.
CONTROLE Une première indication d’alcali-réaction peut se faire grâce au test à l’acétate d’uranyle (après imprégnation à l’acétate et sous éclairage ultra-violet, les gels apparaissent vert-jaune). Pour confirmer un essai en laboratoire après prélèvement est nécessaire. PROCEDES DE REPARATION On ne connaît à ce jour aucun procédé qui permette d’arrêter efficacement ce processus. On ne peut que réduire passivement la teneur en eau du béton par la mise en œuvre d’un revêtement d’étanchéité et on ne peut donc qu’appliquer des méthodes préventives PREVENTION Les annales de l’ITBTP ont édité en mai 1990 des recommandations pour la prévention des désordres dus à l’alcali-réaction, qui ont été suivies de recommandations provisoires établies par le laboratoire Centrale des Pont et Chaussées en janvier 1991 et d’un document annexe à ce dernier, qui est un guide pour l’élaboration du dossier « Carrière de granulats » qui a été publié en février 1992. Une synthèse de ces documents peuvent être ainsi faite : Ciment La concentration en hydroxyde alcalin est fonction linéaire de la teneur en alcalin du béton, d’où l’importance de la teneur en alcalin du ciment utilisé. On le mesurera donc plus particulièrement la présence de Na +, K + et OH- (alcalin), de sorte que s’il y a un doute sur l’agrégat ou s’il est réactif, il faudra choisir un liant en conséquence :
Ciment portland de basse teneur en alcalin (< 0,6 %)
Ciment PORTLAND additionné de cendres volantes ou de pouzzolanes,
Ciment de laitier de haut fourneau,
Ciment PORTLAND additionné de fumées de silices.
Granulats Pour être sûr que les granulats ne sont pas réactifs, il faut des références mises à jour et concernant un ouvrage âgé d’au moins 5 ans. Sinon, il est nécessaire d’établir un dossier carrière.
LE RETRAIT
PHENOMENE Le béton est composé de ciment, d’eau, de sable et de granulats. Le ciment et l’eau réagissent pour former des composés hydratés qui, en se solidifiant, liaisonnent les granulats. La quantité d’eau nécessaire à l’hydratation du ciment représente environ 25% du poids de ce dernier. Or, afin de permettre la mise en œuvre du béton, le volume d’eau de gâchage atteint couramment 40 à 70% du poids du ciment. Le départ de ce volume d’eau excédentaire constitue l’origine principale du retrait des bétons et mortiers. Il s’agit du retrait de dessication. Quantité d’eau à évacuer dans le cas d’un béton dosé à 350 kg/m3
Eau d’hydratation
87,5 litres
Eau de mise en œuvre E/C = 0,4 E/C = 0,7
140,0 litres 240,0 litres
Eau excédentaire E/C = 0,4 E/C = 0,7
52,5 litres 157,5 litres
Les deux principaux types de retrait de dessication sont :
Le retrait avant prise ou retrait plastique, Il est dû essentiellement à la perte prématurée d’une partie de l’eau de gâchage par évaporation et dont l’amplitude peut atteindre une valeur dix fois supérieure à celle du retrait hydraulique normal. Il peut atteindre sur mortier des valeurs deux à trois fois supérieures à celles obtenues sur béton. Ce retrait provoque des contraintes de traction qui excédent les possibilités du béton qui, aux premières heures, n’a pas les qualités mécaniques qui lui permettraient alors de résister sans dommages à de tels efforts. Il se traduit donc par l’apparition à la surface du béton encore plastique, de crevasses larges, profondes et de forme caractéristique.
Le retrait hydraulique ou retrait après prise Il évolue beaucoup plus lentement car l’eau libre pourra beaucoup plus difficilement s’évaporer d’une structure rigidifiée, son cheminement se fait par capillarité, des zones humides vers les parties séches. Sa valeur est de l’ordre de 0,2 à 0,4 mm/M Mise à part l'influence du facteur temps et du volume d'eau sur la valeur du retrait hydraulique, celui-ci est fonction d'un certain nombre d'autres paramètres, parmi lesquels on peut citer : ➚ ➚
➚ ➚
➚ ➚
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La nature du ciment, Les ciments de faible classe de résistance mécanique ont en général des retraits plus faibles que les autres. Les ajouts n'ont pratiquement pas d'effet sur ce phénomène. Le dosage du ciment, les dosages élevés augmentent la valeur de retrait des bétons et mortiers. C'est ainsi que le retrait d'une pâte "pure sera bien supérieur à celui d'un béton. Or, les dosages élevés de ciment n'augmentent pas la résistance d'un mortier ou d'un béton à ses premières heures de prise. Le surdosage aura donc pour effet d'augmenter l'importance de la fissuration. La propreté des sables, Leur retrait évolue dans le même sens que la proportion des argiles et des matières humiques (colloïdes) contenus dans les agrégats. Le rapport E/C Le retrait après prise augmente avec la quantité d'eau de gâchage La forme et la dimension des agrégats
Le béton tire une bonne partie de sa résistance des granulats qui le composent. C'est particulièrement vrai des gros granulats. Il est donc logique de composer un béton à partir d'éléments de bonne qualité et de dimension importante afin d'obtenir une résistance optimale. En outre, la pâte de ciment intervient comme une colle qui assure la liaison entre les différents "grains". De ce fait, la quantité de ciment nécessaire pour assurer leur bon enrobage évolue directement avec la surface des "grains" mis en oeuvre par unité de volume. Le dosage en ciment devra donc être d'autant plus élevé que les "grains" seront plus fins. A titre d'exemple, un granulat 30/60 a une surface spécifique d'environ 5 dm2 par kilo, alors que celle d'un sable fin peut atteindre facilement 30 dm2lkg. Or, le retrait du béton augmente avec son dosage en ciment. On a donc intérêt à double titre à utiliser des agrégats de grandes dimensions. Au retrait de dessication s'ajoutent
Le retrait thermique Il résulte de la contraction du béton lorsqu'il se refroidit, Le retrait endogène Il correspond non pas à un départ d'eau par séchage mais à la poursuite de l'hydratation qui peut devenir prépondérante pour les bétons à faible E/C (<0,35).
Le béton est un mauvais conducteur de la chaleur. Or, la réaction chimique de prise du ciment s'accompagne d'une élévation importante de température. Les bétonnages par temps chaud (> 25°) et sec doivent donc être accompagnés d'un certain nombre de précautions ayant trait à la cure du béton (arrosage, protection contre le vent et l'ensoleillement, etc.), à la température de l'eau de gâchage, etc., sous peine d'augmenter les désordres liés à l'évaporation de l'eau de gâchage ainsi qu'au retrait thermique. En France, les règles BAEL 91 fixent, en tenant compte d'un pourcentage moyen d'armatures, les valeurs moyennes de retrait suivantes: AI = 3 X 10-4 dans le quart sud-est de la France AI = 2 X 10-4 dans le reste du pays
PREVENTION De ce qui précède, on s'aperçoit qu'il n'est pas possible de s'affranchir totalement du retrait et de ses conséquences. En revanche, on peut en limiter l'importance à une valeur telle que le phénomène ne se traduise pas par une fissuration. Les méthodes couramment employées pour y parvenir sont principalement de deux types, limitation de la quantité d'eau ainsi que des pertes de laitance qui peuvent se produire en certains points particuliers des coffrages et renforcement du béton et des mortiers par des armatures.
Limitation de la quantité d'eau On y parvient par une formulation adaptée de la composition du béton et par l'emploi de plastifiants qui permettent de maintenir l'ouvrabilité du béton tout en réduisant notablement le volume d'eau entrant dans le mélange. Limitation des perles d'eau On estime que, dès que la quantité d'eau évaporable atteint 0,5 à 1 litre par heure et par mètre carré, des précautions doivent être prises qui permettent de maintenir l'humidité du béton pendant 3 à 7 jours. Ces valeurs d'évaporation sont très couramment atteintes, puisque par exemple : Si l'on considère un béton dont la température est de 20 degrés centigrades, soumis à un vent à 15°C soufflant à 25 km/h et à une humidité relative de 40 %, la perte d'eau par évaporation sera de 1 L/h/m2 Si l'on considère un béton à 35°C, un vent de 30°C soufflant à 30 km/h et une humidité relative de 30 %, la perte d'eau par évaporation atteindra 3,5 L/h/m2
En régie générale, la durée de la cure doit être d'autant plus longue que la prise du ciment est lente et que le béton renferme plus d'eau. Le fait de supprimer ou tout au moins de diminuer les effets de la dessiccation va avoir de multiples effets, parmi lesquels on peut noter que : d'une part, le ciment sera plus complètement hydraté et le béton atteindra normalement sa résistance théorique, même en surface, .d'autre part la porosité du béton de peau sera limitée et il assurera correctement la protection des armatures, enfin, les risques de fissuration seront notablement réduits.
Les moyens permettant de limiter l'évaporation sont les suivants APPLICATION D'UN PRODUIT DE CURE
Cette application doit être faite peu de temps après la mise en oeuvre du béton au moment où la surface devient mate, sous peine d'intervenir alors que la fissuration a déjà commencé et que la peau du béton présente une certaine porosité. Elle peut aussi avoir lieu sur les parois d'un voile, aussitôt après son décoffrage. Il y a lieu alors de s'assurer auprès du fabricant de la compatibilité du produit avec les huiles de décoffrage utilisées. La COPLA (Commission Interministérielle Permanente des Liants Hydrauliques) publie régulièrement une liste de produits de cure agréés. D'AUTRES PROCEDES
Ils permettent d'obtenir un résultat équivalent, parmi lesquels on peut citer :
Maintien d'un film d'eau à la surface avec retenues lat~rales si nécessaire. Mise en oeuvre de bâches ou de films étanches. Application d'une couche de 4 à 5 cm de sable maintenu humide pendant toute la durée de la cure. Mise en place de paillassons ou de toiles de jute, humidifiés en permanence. Interposition d'un film étanche. De type polyane ou similaire, interposé entre la forme et le béton d'un dallage sur terre plein, il évitera les pertes d'eau dans les matériaux de la sous-couche.
Humidification du support Afin de limiter.l'absorption de l'eau d'un enduit par une surface poreuse, son humidification permettra d'éviter le phénomène de grillage du mortier. (reprise de bétonnage en particulier). Ferraillage des éléments Les armatures du béton armé s'opposent au retrait. Il est donc judicieux de placer en surface des armatures de petit diamètre qui auront pour effet de limiter l'ouverture des fissures. Ce procédé doit cependant être accompagné de l'application d'un produit de cure du béton car il ne pourra à lui seul éviter la fissuration liée au retrait.
POUSSEE AU VIDE DES ARMATURES Deux causes totalement différentes peuvent être à l'origine de la poussée au vide des armatures, les contraintes mécaniques que subit la barre considérée et l'oxydation qui peut dans certains cas l'affecter. .
POUSSEE RESULTANT DE CONTRAINTES Phénomène Le cas le plus courant est celui de l'ancrage des barres droites par un retour rectiligne, parallèle au parement de l'ouvrage. Dans ce cas, les efforts de traction auxquels sont soumis les aciers tendent à faire fléchir la barre ancrée, là où sa courbure change. Il peut en résulter des poussées au vide qui sont susceptibles de faire éclater le béton de couverture. Prévention Les règles BAEL 91 demandent que la poussée au vide qui pourrait résulter de la mise en jeu mécanique d'ancrages par courbure soient équilibrées par des armatures de tracé et de section appropriés. Les croquis extraits de ce document, sont explicites en la matière
Incorrecte
Correct
Correcte
POUSSEE RESULTANT DE L'OXYDATION Phénomène Le béton est un matériau basique, dont le Ph, tout au moins aux premiers âges, se situe entre 12 et 14. C'est aussi un matériau relativement étanche qui joue un rôle de barrière vis à vis de l'environnement. La protection des armatures est donc à la fois chimique (du fait de l'alcalinité de la solution interstitielle et de la passivité de l'acier dans ce milieu) et physique (par l'enrobage).
Sous l'action d'un certain nombre d'agents extérieurs, atmosphériques et chimiques, le béton entame un processus de carbonatation et perd petit à petit son caractère basique, de sorte que son Ph peut descendre au dessous de 10. La protection de l'acier n'est plus assurée et la corrosion devient donc possible. Le béton se trouve alors soumis à des contraintes très importantes qui résultent du gonflement des armatures sous l'effet de la rouille (le volume d'une armature peut quadrupler sous l'effet de l'oxydation), ce qui se traduit par une poussée au vide qui conduit à l'éclatement du béton au droit de l'armature qui se trouve ainsi mise à nu. Ce phénomène est particulièrement visible dans le cas des nez de balcons, des bandeaux et dans certains voiles de façades dans lesquels les armatures ne sont pas correctement positionnées, ainsi que dans des ouvrages soumis à l'action des embruns ou de sels.
Traitement préventif QUALITE DU BETON
Les règles essentielles à respecter afin d'éviter, ou tout au moins de repousser, le début de corrosion des armatures ont pour but de permettre au béton de leur assurer la meilleure protection possible. Ce sont entre autres les suivantes :
Enrobage suffisant des armatures par le béton Nous rappelons que les règles BAEL 91 demandent que celui-ci soit au moins de : -
.5 cm pour les ouvrages en bord de mer ou exposés aux embruns ou aux brouillards salins, ainsi que pour les ouvrages exposés à des atmosphères très agressives, - .3 cm pour les parois soumises, ou susceptibles de l'être, à des actions agressives ou à des intempéries, ou encore en fonction de la destination des ouvrages, au contact d'un liquide, - 1 cm pour les parois qui seraient situées dans des locaux couverts et clos et qui ne seraient pas exposées aux condensations. - ouvrages exposés à des conditions agressives sévères (eau de mer, bord de mer, eaux séléniteuses en concentration supérieure à 5 g/l) ************************************** dans lesquelles Cg est la classe granulaire de passoires.
Pour respecter ces valeurs d'enrobage, des cales d'armatures adaptées doivent être mises en oeuvre. Nous rappelons qu'un enrobage trop important peut aussi avoir de graves répercussions sur la stabilité d'un ouvrage, puisque les armatures concernées ne travaillent plus conformément aux hypothèses de calcul.
Dosage en ciment correct, ne pouvant être inférieur à celui obtenu par application des formules données par le DTU 21, soit : -
ouvrages exposés, mais sans agressivité particulière, le dosage minimal est donné par la formule Il faut noter à ce sujet que la nouvelle norme NF p 18 -305 introduit entre autres la définition de 11 classes d'environnements et donne pour chacune d'elles des spécifications relatives à certaines caractéristiques des bétons correspondants, telles que la valeur maximale du rapport E/C, la teneur minimale en ciment ou en liant équivalent, la teneur minimale en air du béton frais, etc...
-
Confection d'un béton compact, imperméable et homogène On s'attachera à concilier un faible rapport E/C avec une plasticité suffisante
-
Cure La cure du béton, particulièrement en présence d'un vent sec est très importante, puisqu'elle permettra d'éviter tout un ensemble de micro- fissures de retrait qui peuvent constituer autant de points où la protection physique des armatures n'est pas assurée.
INCORPORATION D'INHIBITEURS DE CORROSION
Il peut paraître plus simple, plus efficace et plus économique d'incorporer directement dans le béton, au moment de sa fabrication un produit capable de mettre les armatures à l'abri de la corrosion. C'est pour y parvenir que des recherches sont en cours dans plusieurs pays, basées sur l'incorporation d'inhibiteurs de corrosion, susceptibles de former à la surface du métal un film étanche et insoluble L'efficacité d'un inhibiteur est basée sur le principe que la substance active doit être disponible et agir dans les zones où une amorce de corrosion est susceptible de se produire. \, Il apparaît donc délicat de trouver des produits qui soient très performants en ce domaine puisque les échanges de matière se font lentement dans le béton, principalement par diffusion. Les produits actuellement étudiés sont dissous dans l'eau de gâchage du béton selon des dosages variant de 1 à 3% du poids du ciment et sont généralement des composés de:
nitrite de calcium, nitrite de sodium, benzoate de sodium, etc.
Parmi eux, le nitrite de calcium est le plus utilisé dans le monde Il agit comme inhibiteur anodique, mais son action, qui dépend de la concentration en chlorures, diminue dans le temps. Son efficacité reste limitée aux zones non fissurées. Ces produits sont. pour l'instant, peu utilisés en Afrique. REVETEMENT DES ARMATURES
Revêtements métalliques
Il s'agit essentiellement de la galvanisation, dont des études récentes prouvent qu'elle n'apporte aucune perturbation pénalisante sur la prise du béton et qu'elle n'empêche pas l'adhérence. Les procédés de galvanisation en continu devraient permettre le développement de ce procédé dont la norme NF A 35-025 définit les principales caractéristiques, et en particulier la masse de zinc à déposer sur l'acier qui doit être de 300 g/m2,
Revêtements organiques Ces procédés sont développés aux Etats-Unis ainsi qu'au Canada depuis une vingtaine d'années et aux USA, les armatures ainsi traitées représentent environ 5 % des aciers à béton utilisés. En Europe, la Suisse applique depuis 1991 les "Directives pour l'utilisation d'armatures passives revêtues de résine époxy". Ces procédés n'ont pas fait, à notre connaissance, l'objet d'une utilisation en France ou en Afrique et aucune norme ne réglemente ce type de protection. L'acier d'armature ainsi revêtu coûte environ 50 à 60 % plus cher à l'achat et à la pose qu'un acier non revêtu.
METHODES DE REPARATION Procédés physiques De nombreux fabricants ont mis au point des procédés, dont certains possèdent un cahier des charges qui a été examiné par un Bureau de Contrôle, destinés à remettre en état les parties d'ouvrages ainsi atteintes. Les principes en sont tous les mêmes et peuvent être résumés comme suit : 1. dégagement du béton dans les zones affectées par ce phénomène, jusqu'à atteindre les armatures non corrodées, . 2. nettoyage de toute trace de rouille des armatures, par sablage, grenaillage, au disque abrasif ou à la brosse métallique. .passivation des aciers 3. réfection du béton avec un mortier de résine ou un micro béton adjuvantés
Procédés électro-chimiques Il s'agit là de procédés dont la mise en oeuvre est relativement lourde et plus particulièrement adaptée à la remise en état d'ouvrage d'art. Généralement, le procédé comporte deux opérations, l'une consiste à faire pénétrer dans le béton un produit faisant remonter son Ph au dessus de 9,5, l'autre consiste à extraire les sels contenant des chlorures (désalinisation). Pour ces deux opérations, la structure est emmaillotée par un "cataplasme" qui sert d'anode, l'armature faisant fonction de cathode. Dans un cas, le "cataplasme" contient un électrolyte qui sert à extraire, sous un courant de 20 à 25 volts, les molécules de chlore, dans l'autre cas, l'électrolyte contient du carbonate de sodium, qui pénètre par électrolyse dans le béton et fait remonter son Ph. Ce procédé a été utilisé entre autres en Belgique pour remettre en état les 64 poteaux qui supportent le viaduc d'Herstall qui franchit la Meuse dans la banlieue de Liège.
REPRISE DE BETONNAGE Phénomène Les reprises de bétonnage des ouvrages en béton constituent une zone de fissuration privilégiée. En effet, nous sommes en présence de deux bétons qui ont un âge et une composition différents et dont la liaison se fait par collage. A ce point particulier, le béton présente une hétérogénéité, donc une plus faible résistance, qui va se traduire dans le temps, sous l'effet des variations dimensionnelles, liées au retrait et à la température, par une tendance à la fissuration localisée à l'interface entre béton ancien et béton nouveau. En outre, la partie supérieure du béton est très riche en ciment et en eau. Elle se trouve donc, de ce fait, susceptible de présenter un retrait particulièrement important.
Procédés de réparation Les fissures au droit des reprises de bétonnage sont des fissures actives puisqu'elles sont liées, entre autres, aux variations de température. Dans certains cas, tels que les châteaux d'eau, les stations de traitement, les piscines et autres, elles peuvent rendre l'ouvrage impropre à sa destination, dans la mesure où elles constituent des points de fuite. Il faut donc envisager de rendre son étanchéité à l'ouvrage selon deux méthodes principales, qui consistent : soit en l'application d'un joint extrudé après reprise de la fissure afin de permettre la mise en oeuvre du matériau (largeur, profondeur, état des lèvres, etc), soit en un pontage de la fissure par une membrane souple collée de part et d'autre du joint.
Le choix du système doit être fait en tenant compte de la nature de liquide stocké et de son agressivité éventuelle contre le matériau retenu, des risques d'agression mécanique (lors des nettoyages ou des curages par exemple) ainsi que des conditions de mise en oeuvre.
Prévention Les bétons constituant les deux parties mises en contact doivent être de même composition et de même qualité. A chaque nouveau bétonnage, le béton doit être enrichi en éléments fins et en liant. Avant toute reprise de bétonnage, s'il s'agit de béton jeune, la surface précédemment coulée doit être nettoyée à l'air comprimé; s'il s'agit d'un béton durci. elle devra être piquée, nettoyée et humidifiée à refus. On aura intérêt à appliquer sur la surface de reprise un produit de collage. Il est recommandé d'orienter les surfaces de reprise de telle sorte qu'elles soient, de préférence, soumises à des efforts de compression. Si une telle disposition n'est pas réalisable et que la zone de reprise se trouve cisaillée ou tendue, les règles BAEL 91 demandent que cette surface soit aménagée par des redans convenablement disposés. Ce même document demande que des aciers de couture soient prévus au niveau des reprises de bétonnage.
SUIVI ET REPARATION DES FISSURES
DEFINITION Les remèdes à apporter dépendent des mouvements des fissures. Il ne faut pas limiter les recherches à vérifier que les fissures évoluent en observant la rupture de témoins en plâtre, mais il est nécessaire d'apprécier précisément et périodiquement leurs mouvements. Pour y parvenir, on pourra utiliser des fissuromètres ou des déformètres à billes. Le principe de mesure ainsi que les caractéristiques de ces derniers appareils sont présentées en annexe. Ces examens devront permettre de distinguer les fissures isolées vivantes ou fissures évolutives des fissures mortes.
Fissures vivantes Elles correspondent à une rupture du matériau support et leurs variations dimensionnelles sont en général prévisibles et mesurables. C'est par exemple le cas des fissures provoquées par la dilatation et le retrait de certains éléments, liés aux variations de température ou d'hygrométrie.
Fissures mortes Elles correspondent elles aussi à une rupture du matériau au terme d'une évolution qui est terminée et ne risque pas de se reproduire ou d'évoluer. C'est par exemple le cas des fissures causées par une charge trop importante appliquée sur une maçonnerie ayant provoqué un report de charge (effet de voûte) sur des éléments plus résistants. En cas de doute sur la nature des fissures, on aura toujours intérêt à les considérer comme étant vivantes et donc à proscrire l'emploi de matériaux rigides pour leur t raitement.
Faïençage Ces fissures n'intéressent que "l'épiderme" des matériaux. Elles sont très fines mais leur largeur peut varier en fonction des gonflements et des retraits liés aux variations hygrothermiques.
On devra ensuite déterminer les inconvénients qu'apportent les fissures considérées. Ils peuvent être d'ordre technique ou entraîner une gène pour les habitants.
Les inconvénients les plus courants liés à ces désordres sont les suivants :
défauts d'étanchéité,
défauts esthétiques,
perte de résistance de l'ouvrage, .
vieillissement accru de l'ouvrage, .
impact psychologique.
Enfin, la réparation sera fonction de la nature et de la position de l'ouvrage dans la construction. Le remède à apporter différera selon que l'on se trouve en présence de : murs de façades,
murs de refends, planchers, .
cloisons. .
etc.
Ils orienteront de ce fait le choix :
des travaux de réparation à envisager, de la nature des matériaux à mettre en oeuvre, ce choix étant fonction de l'importance des fissures constatées mais également de leurs variations d'ouverture.
REPRISE DES DEFAUTS D’ETANCHEITE Les principales techniques permettant de remédier aux défauts d'étanchéité à l'eau dus aux fissures sont les suivantes: Injection L'injection de résines est réservée au traitement des fissures fines et en " général aux fissures mortes. Elle n'est applicable que dans le cas de matériaux pleins, béton, pierre, etc. En effet, l'étroitesse de la fissure ne permettrait pas à une résine souple de résister à des variations dimensionnelles, même de faible ampleur. L'injection est particulièrement recommandée lorsque les fissures ont affaibli l'ouvrage et que l'on désire lui restituer ses caractéristiques mécaniques d'origine car, après polymérisation, la résine rigidifie l'ouvrage. On emploie généralement des résines époxydes fluides, qui sont injectées sous pression dans la fissure par l'intermédiaire d'aiguilles d'injection. Les aiguilles sont enfoncées de place en place dans la fissure et scellées. La fissure est cachetée par un mastic spécial entre les aiguilles et sur les deux faces.
Rebouchage au mortier La résine est injectée sous pression par l'intermédiaire des aiguilles et on s'assure que la fissure est colmatée en maintenant l'injection jusqu'à ce qu'il y ait résurgence de la résine par les aiguilles laissées libres. L'injection assure une excellente étanchéité des fissures mortes, mais n'apporte aucune amélioration esthétique au parement qu'elles affectent.
Rebouchage au mortier Le traitement des fissures par un mortier hydraulique ne peut être entrepris que sur les fissures mortes. Il est nécessaire dans ce type d'intervention de mettre en oeuvre des mortiers adjuvantés de résines adhésives sous peine de voir apparaître deux fissures (une à la jonction de chaque lèvre) au lieu d'une et de risquer le décollement de la partie réparée. En effet, compte tenu de sa faible masse, un mortier normal utilisé en si petite quantité se dessèche et grille. La fissure doit au préalable être agrandie afin de permettre la mise en oeuvre du mortier et il faut bien savoir que, là encore, cette réparation ne permettra pas de rendre au parement son uniformité initiale, car la teinte et la texture des raccords seront différentes de celles du panneau lui même. Calfeutrement à l'aide d'un mastic Ce procédé permettra de rendre étanche une fissure vivante, à condition que le choix et la mise en oeuvre du mastic soient faits correctement. La fissure devra être ouverte afin que la largeur et la profondeur de la zone mastiquée soient compatibles avec la nature du mastic employé ainsi que la valeur des variations dimensionnelles maximales de la fissure (la largeur minimale d’un joint ainsi traité est de 8 mm) Il ne faut pas oublier qu’un joint est fait pour travailler en traction ou en compression et que la liaison avec la maçonnerie ne peut se faire que sur les deux faces opposées. Il est donc nécessaire de disposer au fond du joint un élément (en général une mousse cellulaire) qui assurera l’indépendance du mastic avec le fond de la maçonnerie et permettra de donner au mastic sa profondeur optimale. On devra se référer aux "Règles professionnelles concernant l'utilisation des mastics pour l'étanchéité des joints" pour déterminer les dimensions du joint et la nature du mastic à mettre en oeuvre. Il faut bien avoir à l'esprit que l'aspect de la façade ainsi traitée ne sera jamais parfait puisque, d'une part, les teintes des mastics sont limitées et ne correspondront pas à celles de l'ensemble du panneau, que, d'autre part, la surface du joint apparaîtra en creux par temps froid (joint ouvert) et bombée par temps chaud (joint fermé) et qu'enfin l'aspect de surface de la zone mastiquée est différent de celui du reste du parement. Il est possible de dissimuler le mastic sous un enduit de parement plastique ou sous un revêtement plastique épais armé (attention à la compatibilité chimique entre joint et l’enduit de parement plastique), mais si le mouvement du joint est important l'enduit se fissurera au droit de la fissure qui se trouvera ainsi soulignée.
Il est aussi possible de réaliser un pontage de la fissure une fois qu'elle a été traitée (voir ci-aprés).
Pontage Le DTU 42.1 "Réfection des façades en service par revêtements d'imperméabilité à base de polymères" précise qu'une fois les fissures traitées à l'aide d'un mastic souple ou d'un mortier, elles peuvent être recouvertes par un revêtement de performance I4. Un tel revêtement est constitué de : une couche d'impression,
une couche intermédiaire avec armature rapportée (cette couche est appliquée en deux passes, avec ou sans délai de séchage), une couche de finition
L'ensemble a une épaisseur sèche minimale de 0,6 mm et la sur épaisseur due à la présence d'un galon au droit de la fissure risque d'être visible sous lumière rasante si l'ensemble de la façade reçoit un revêtement moins épais.
Traitement en plein des parements microfissurés ou affectés par des fissures mortes On pourra mettre en oeuvre un revêtement de type I1 ou de type I2. Le revêtement de type I1, d'une épaisseur sèche théorique minimale de 0,2 mm est constitué d'une couche d'impression et d'une couche de finition. Il permet de masquer des microfissures inférieures à 0.2 mm. Le revêtement de type I2 est composé d'une couche d'impression, d'une couche intermédiaire et d'une couche de finition. La couche intermédiaire et la couche de finition peuvent être de même nature. L'épaisseur minimale d'un tel revêtement est de 0,3 mmm et il permet de traiter un parement affecté par des fissures de largeurs inférieures à 0.5 mm On pourra aussi appliquer une peinture éventuellement fibrée ou encore un revêtement réticulable qui présente l'avantage de conserver une certaine élasticité même à basse température. Selon l'épaisseur atteinte, ce type de revêtement peut être appliqué sur des supports faïencés ou présentant des micro-fissures allant jusqu’à 1/2 mm.
Traitement des parements présentant des fissures vivantes On devra alors faire appel à des revêtements de type I3 dont la composition est identique à celle du revêtement I2, mais d’une épaisseur de 0,4 mm. Ils permettent de traiter des parements dont les fissures atteignent une largeur inférieure à 1 mm.
On pourra, lorsque les fissures sont inférieures à 2 mm, mettre en œuvre un revêtement de type I4, dont l’épaisseur est au minimum de 0,6 mm et comporte : Une couche d’impression,
Une couche intermédiaire avec armature rapportée (fibre de carbone de verre, etc ..)
Une couche de finition
Ces deux derniers revêtements résistent à une fissuration ultérieure du support.
Réalisation d'un bardage Cette solution permet d'assurer l'étanchéité à l'eau des ouvrages et peut donner lieu à des réalisations intéressantes sur le plan architectural. Elle présente l'inconvénient d'être onéreuse et demande une étude précise des systèmes d'accrochage et des points particuliers, jonction avec les châssis, les appuis, etc. Depuis quelques temps, des réalisations intéressantes ont été faites à partir d'éléments de v étage en éléments composites béton/fibres de verre.
Réalisation d’un complexe d’isolation thermique par l’extérieur L'isolation thermique par l'extérieur présente le grand avantage d'apporter, outre une amélioration de l'isolation des bâtiments anciens, un habillage de la façade dont les fissures se trouvent ainsi masquées et abritées des eaux de ruissellement. Une telle solution ne peut être retenue qu'après un étude approfondie des possibilités de fixation des plaques d'isolant sur le \' parement de maçonnerie ainsi que de l'incidence que peut avoir la mise en oeuvre d'un tel complexe sur les transferts de vapeur entre l'intérieur et l'extérieur .
Traitement des fissures sur parements intérieurs La seule différence avec le traitement des fissures extérieures réside dans le fait que le but normalement recherché est esthétique et que la notion de restitution de l'étanchéité à l'eau n'intervient pas dans ce cas. On utilisera donc en général les mêmes procédés à quelques variantes près. C'est ainsi que l'on pourra mettre en oeuvre des matériaux tels que les revêtements muraux sur mousse, qui permettent de cacher des fissures actives de faible amplitude, des lambris, etc.
SUIVI DES FISSURES En matière de diagnostic sur structure fissurée, il convient de définir précisément les fissures et leurs évolutions. En ce sens, le choix de technologies de mesure adaptée, qu'elles soient mécaniques, optiques ou électriques, est une étape primordiale. Il ne faut pas limiter ses recherches à vérifier que les fissures évoluent en observant la rupture de témoins plâtre, mais il est nécessaire d'apprécier précisément et périodiquement leurs mouvements. Le suivi fissuromètrique permet notamment d'apprécier les variations d'origine thermique ainsi qu'une tendance à l'ouverture ou à la fermeture "noyée" dans "la respiration" de la fissure. Les principales techniques utilisées en suivi fissurométrique sont les suivantes :
Méthodes optiques Le micromètre optique, comme le fissuromètre, permet d'apprécier l'ouverture absolue en appliquant directement sur la fissure une réglette graduée. Le développement actuel des systèmes d'anaJyse d'image permet maintenant d'envisager la réalisation de suivi fissurométrique par système vidéo.
Déformètre à billes Une bille est calée sur chaque lèvre de la fissure et un appareil portable appliqué périodiquement sur la base ainsi définie permet de suivre l'ouverture de la fissure.
Capteurs mécaniques Des équerres métalliques sont installées sur chaque lèvre de la fissure et un comparateur mécanique installé à demeure ou appliqué ponctuellement permet le suivi de l'évolution de la fissure.
Capteurs électriques Ces capteurs installés sur la fissure à l'aide d'équerres métalliques permettent notamment, lorsqu'ils sont connectés à une station d'acquisition de données, le suivi centralisé des fissures ainsi que l'observation de phénomènes dynamiques. Ces techniques peuvent être combinées dans les trois directions pour permettre le suivi non seulement de l'ouverture mais également du rejet et du cisaillement.
