Pathologies Des Constructions
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Préparé Par :
Dr GUELMINE Layachi
Maître de Conférences
1
TABLE DE MATIERES
2
II-4.5. CORROSION: .................................................................................................................................. 25
II-4.5.1. Stades de corrosion : .......................................................................................................................... 26
CHAPITRE III : METHODES D’AUSCULTATION DES CONSTRUCTIONS ................ 29
III-I. INTRODUCTION : ................................................................................................................................. 29
III-2. ECHANTILLONNAGE DU BETON : ........................................................................................................ 29
III-3. EVALUATION EN LABORATOIRE: ........................................................................................................ 29
III-3.1. ANALYSE PETROGRAPHIQUE ET CHIMIQUE:................................................................................. 30
III-3.2. CARACTERISTIQUE DES VIDES D’AIR: .......................................................................................... 30
III-3.3. RESISTANCE A LA COMPRESSION: ................................................................................................ 30
III-3.4. TENEUR EN IONS CHLORE: ........................................................................................................... 30
III- 4. METHODES ET ESSAIS NON DESTRUCTIVES: ...................................................................................... 31
III- 4.1. INSPECTION VISUELLE: ................................................................................................................ 31
III- 4.2. ESSAI DE DURETE DE SURFACE: .................................................................................................. 31
III- 4.3. ESSAIS ACOUSTIQUES: ................................................................................................................ 31
CHAPITRE IV : LES PRINCIPALES MATERIAUX DE REPARATION ......................... 32
IV. 1.INTRODUCTION : ................................................................................................................................. 32
IV.2. LES MATERIAUX DE REPARATION : .................................................................................................... 32
IV-2.1. Mortier de ciment Portland: .................................................................................................................. 32
IV-2.2. Mortiers époxydiques: ........................................................................................................................... 32
IV-2.3 Mortier coulis/ expansifs (Expansion par formation de bulles de gaz) : ......................................... 33
IV-2.4. Béton conventionnels : .......................................................................................................................... 33
IV-2.5. Bétons et mortiers au latex :.................................................................................................................. 34
IV-2.5. BETONS POLYMERES: ................................................................................................................. 35
IV-2.6. BETONS RENFORCES DE FIBRES : ............................................................................................... 35
IV-2.7. BETONS PROJETES : .................................................................................................................... 35
IV-2.8. MATERIAUX COMPOSITES DE RENFORCEMENT DES STRUCTURES EN BETON : .......................... 36
CHAPITRE V : LES PRINCIPALES TECHNIQUES DE REPARATION ......................... 39
V-1. INTRODUCTION : .................................................................................................................................. 39
V-2. PRINCIPES DE BASES D’UNE REPARATION DURABLE : ......................................................................... 39
V-2.1. COMPATIBILITE CHIMIQUE : ......................................................................................................... 39
V-2.2. COMPATIBILITE ELECTROCHIMIQUE : .......................................................................................... 39
V-2.3. COMPATIBILITE DIMENSIONNELLE :............................................................................................. 40
V-3. LES PRINCIPALES TECHNIQUES DE REPARATION : ............................................................................... 41
V-3.1. TRAITEMENTS DE SURFACE:.......................................................................................................... 41
V-3.1.1.Ragréage ............................................................................................................................................... 42
V-3.1.2. Injection des fissure............................................................................................................................ 42
V-3.2. PROTECTION DU BETON ET DES ARMATURES : ............................................................................. 42
V-3.2.1. Pour le béton : .................................................................................................................................... 43
V-3.2.2. Pour les armatures : ........................................................................................................................... 43
V-3.3. REGENERATION DES MATERIAUX ................................................................................................. 43
V-3.4. AJOUT DE FORCES ET DE DEFORMATIONS : ................................................................................... 44
V-3.5. AJOUT DE MATIERE : ..................................................................................................................... 44
V-3.5.1. Pour ajout de matière béton: ............................................................................................................. 44
V-3.5.2. Pour ajout d’armature: ....................................................................................................................... 44
V-4. LES ETAPES DE PREPARATION D’UNE SURFACE ENDOMMAGEE : ........................................................ 45
V-4. 1. Localisation de la zone à réparer : ........................................................................................................ 45
V-4.2. Enlèvement du béton détérioré à l’aide d’une méthode appropriée : ............................................... 45
V-4.3. Préparation de la surface et du périmètre de la réparation : ............................................................... 46
3
V-4.4. Nettoyage de la surface et des aciers d’armature: ............................................................................... 47
CHAPITRE VI : RENFORCEMENT DES CONSTRUCTIONS .......................................... 49
VI.1. INTRODUCTION: .................................................................................................................................. 49
VI.2. EXEMPLE DE RENFORCEMENT DES CONSTRUCTIONS ENDOMMAGEES: .............................................. 49
VI.2.1. Renforcement d’une pile de pont par confinement ou « jacketing » ............................................... 49
VI.2.2. Renforcement par réduction de la portée des éléments: .................................................................... 50
VI.2.3 Armatures complémentaires dans des poteaux ou voiles :................................................................. 50
VI.2.4. Renforcement à l’aide de profiles métalliques : ................................................................................. 51
VI.2.5. Renforcement de résistance à l’effort tranchant : ............................................................................... 52
VI.2.6. Renforcement de la résistance au poinçonnement d’un plancher Consoles d’extension d’appuis .............. 52
VI.2.7. Renforcement de colonnes endommagées : ........................................................................................ 53
VI.2.8. Renforcement de colonne et nœud poutre-colonne : ......................................................................... 53
CHAPITRE VII : SURVEILLANCE ET ENTRETIEN DES CONSTRUCTIONS ............ 54
VII.1. SURVEILLANCE : ............................................................................................................................... 54
VII.1.1. DEFINITION : .................................................................................................................................. 54
VII.1.2. PRINCIPE DE LA DEMARCHE DE SURVEILLANCE : .......................................................................... 54
VII.2. L’ENTRETIEN DES CONSTRUCTIONS : ................................................................................................ 55
VII.2.1. INTRODUCTION : ............................................................................................................................ 55
VII.2.2. DIAGNOSTIQUE DES CONSTRUCTIONS AVANT L’ENTRETIEN : ....................................................... 55
VII.2.3.TYPE D’ENTRETIEN : ....................................................................................................................... 55
VII.2.3.1. L’entretien correctif : .................................................................................................................... 56
VII.2.3.2. L’entretien d’urgence :................................................................................................................. 56
VII.2.3.3. L’entretien planifié : ...................................................................................................................... 57
VII.2.4. LES NIVEAUX D’INTERVENTION SUR L’OUVRAGE :........................................................................ 57
VII.2.4.1. Entretien courant :........................................................................................................................... 58
VII.2.4.2. Entretien spécialisé: ........................................................................................................................ 58
VII.2.5. Le plan d’entretien cyclique : ........................................................................................................... 58
BIBIOGRAPHIQUES. ................................................................................................................ 60
4
Introduction Générale
Les structures en béton armé sont dimensionnées pour une durée de vie prescrite tout en prenant
en compte l’environnement dans lequel ils se trouvent. Pour respecter de telles prescriptions, le
concepteur doit connaître parfaitement les différentes pathologies causant la dégradation des
ouvrages en béton armé pour une bonne estimation de la durée de vie d’un ouvrage.
L’objectif de cette matière consiste à transmettre aux étudiants les connaissances de bases
concernant les différents mécanismes de dégradation du béton que ce soit physique, mécaniques
ou chimique, qui peuvent gêner le bon fonctionnement des ouvrages. On doit connaitre aussi les
principes de bases d’une réparation durable. En fin, on tire des leçons d'une part pour définir une
Cette matière comporte deux grandes parties. La première partie est consacrée à la présentation
des différents mécanismes de dégradation des structures en béton armé (physiques, mécaniques
réparation des structures en béton armé, ainsi que la démarche d’évaluation et de diagnostique
des structures endommagées. Enfin, les cours sont complétés par des visites aux ouvrages
5
Chapitre I : Evaluation et diagnostique des structures en béton
dégradées
I-1. Introduction :
Généralement, Il n’est pas possible d’évaluer la nécessité de réparer une structure ou de choisir
les méthodes de réparation sans avoir, au préalable, bien identifié l’origine des dégradations.
L’identification des causes des dégradations est une étape les plus importantes et les plus
d’entreprendre des travaux de réparation, il faut donc prévoir une campagne d’évaluation la plus
La compagne d’évaluation fait partie d’un processus, constitué de plusieurs étapes, qui permettra
l’obtention des informations sur l’étendue des dommages et d’établir les causes des
dégradations. Dans tous les cas, la campagne d’évaluation a pour but d’aider à établir les causes
des dégradations et à choisir les techniques de réparations les plus appropriées. Les campagnes
Cette phase consiste à recueillir et réviser toutes les documents disponibles concernant la
Plans et photos,
Réparations antérieures,
6
I-2.2. Analyse de l’état de service :
Cette phase consiste d’abord à évaluer dans quelle mesure la fonction actuelle de la structure
Les parties exposées aux cycles de gel/dégel, aux cycles thermiques et aux variations
d’humidité, etc.
Figure-I.1. Liste des principaux paramètres décrivant les conditions de service des structures de
Cette étape devrait être effectuée avant la première visite sur le site, parce que très souvent, les
principales causes des dégradations sont directement liées aux conditions de service.
7
I-2.3. Visite du site :
Les techniciens visitons le site de l’ouvrage doit prévoir des schémas ou des plans simplifiés qui
pourront être utilisés pour localiser les principaux problèmes observés. Les activités suivantes
Observations visuelles,
Prise de photos,
Si les informations recueillies durant la visite de site de l’ouvrage est insuffisante. Dans ce cas-
là, il est nécessaire d’entreprendre un programme d’investigation plus détaillé pour former une
image complète sur l’état de l’ouvrage examiné. L’évaluation détaillée peut comporter les
activités suivantes :
Campagne de carottage,
Programme des essais à effectuer sur les échantillons prélevés par carottage,
Cette étapes consiste à évaluer et analyser l’ensemble des données (techniques, visuelles,
8
Chapitre II : Principales Pathologies des constructions
La révision approfondie de la littérature [1,3] concernant les origines des pathologies des
constructions montre que celles-ci peuvent classées en quatre groupes essentiels (voire la figure
ci-dessous):
→défauts
Les → De conception, de mise en œuvre, constituants de
béton et la maintenance des constructions.
9
II.1. Pathologies des constructions dues aux défauts de conception et de construction
II.1.1. Introduction :
Les travaux de recherches conduits par Mailvaganam [3] sur les problèmes de durabilité des
structures en béton armé ont été prouvé l’influence : de conception, de réalisation, de qualité des
matériaux et d’entretien sur des dégradations des ouvrages en béton armé ( voir la figure ci-
dessous) comme montre la figures ci-dessous :
Exemple :
Dans le cas des structures de grandes surfaces, il est important de prévoir un drainage adéquat
pour limiter les accumulations d’eau et de sels fondants. Il faut aussi prévoir une zone
d’enrobage suffisant pour offrir une bonne protection contre la corrosion des aciers d’armature.
10
II.1.3. Défauts de réalisation (mise en œuvre) :
La méthode de mise en place appropriée du béton permet non seulement d’obtenir de béton de
bonnes propriétés physico-mécaniques, mais aussi renforce leur résistance aux différentes
attaques physico-chimiques. Ci-dessous, nous montrons quelques exemples de mauvaises
pratiques de mises en place du béton armé :
L’application d’une technique appropriée de mise en place du béton dans les coffrages permet
d’éviter les nids d’abeilles et la ségrégation du béton pour l’obtention des structures qui résistent
mieux aux différentes attaques physico-mécaniques.
Ciment : choisir un ciment de teneur en alcalis faible pour limiter les risques de réaction
alcalis-granulats.
Granulats : éviter l’utilisation des granulats (granulats gélifs) qui sont sensibles à l’effet
de basses températures (gel/dégel) dans le béton exposé à l’action de gel/dégel.
Ajouts minéraux : il faut optimiser le taux d’ajout minéraux dans ciment pour obtenir un
béton durable.
Formulation du béton
11
Formuler un béton de bon squelette granulaire ( E/C et G/ S), ouvrable, très dense,
imperméable et très résistant aux agressions physico-chimiques.
II-2.1. Introduction :
Les structures en béton armé sont calculées pour résister toutes les surcharges mécaniques
usuelles ou accidentelles (poids propre, surcharge d’exploitation, séisme, poussée de sol, chocs
ou explosions modéré). Malheureusement, on ne peut pas éliminer totalement l’apparition des
dommages dus aux sollicitations mécaniques quel que soit la qualité de conception effectuée, à
cause que les méthodes de calcul des constructions sont approchées. En outre, les sollicitations
mécaniques ont des interactions avec d’autres sollicitation comme les conditions climatiques
environnementales, interaction sol-structure et les actions imprévues [4].
12
II-2.2. Surcharges simples :
Lorsque la contrainte admissible de la structure est dépassée, Des dommages sont apparues
(fissures, failles, rotation, ….). Ci-dessous, nous citons quelques exemples de celles-ci :
Figure-II.5. Exemples des dommage des élements en Béton armé dues aux surchagres
mécaniques.
II.2.4.Poutre continue
Poutre fissurée sous l’effet des moments fléchissement (les fibres inférieurs sont comprimés, par
contre, les fibres supérieurs sont tendus) à mi- travée.
13
II-2.6. Interaction sol-structure :
La pose des constructions sur des sols d’argileux gonflants génèrent des problèmes de
résistance et de stabilité de ceux derniers. Si le sol de fondation est en contact avec de l’eau, il se
gonfle. Ensuite, il soulève l’ossature et le plancher comme montre l’exemple de la figure I.7 [4].
II-2.6.2.Tassement de sol :
14
II.2.6.3. Dommages dus au séisme :
Après une secousse séismique, si le portique (poteaux et poutres) a été calculé et réalisé suivant
les règles parasismiques (RPA version 2003), le panneau en maçonnerie se déforme avec une
fissuration en X.
II-3.1. Introduction :
Lorsqu’une structure en béton exposée aux températures modérées ou extrêmes (gel/dégel, Feu)
des formes d’instabilité thermique apparaissent comme la fissuration, écaillage de surface ou
éclatement des fragments de béton. Ces dommages non seulement altèrent l’aspect esthétique de
l’ouvrage mais aussi peut causer leur rupture. Ci-dessous, nous discutons les différents
dommages dus aux températures et d’humidité [1].
15
II-3.2. Effet de basses températures (Gel/Dégel) sur le béton :
L’exposition d’un ouvrage en Béton armé au gel-dégel (figure II.10 et II.11) résulte deux sortes
de dégradations principales qui sont : la fissuration interne(a) et l’écaillage de surface (b) (Figure
II.16a b). L’intensité d’attaque dépend les caractéristiques physicomécaniques du
matériau (rapport E/C, porosité, perméabilité, résistance mécaniques,…) et la sévérité de
l’exposition au gel-dégel (température minimale, durée d’exposition, degré de saturation
en eau et le nombre de cycles) [5, 6].
Fissuration interne :
Les détériorations internes des matériaux cimentaires soumettent au gel-dégel sont des
dommages progressifs dus à la percolation des fissures dans le matériau étudié [5,6]. La
microfissuration de la pâte cimentaire affaiblit la cohésion du matériau et en particulier la liaison
pâte-granulat. Cette perte de cohésion pâte-granulats augmente la porosité, la perméabilité du
béton et diminue également la résistance du béton à la pénétration des agents
agressifs(Figure.II.12.a).
Ecaillage de surface :
L’écaillage est la dégradation des surfaces d’un élément de béton humide résulte de l’action
simultanément des cycles de gel-dégel en présence des sels fondants (NaCl). L’écaillage se
manifeste par le détachement progressif de petits fragments de mortier dont l’épaisseur ne
dépasse pas quelques millimètres. La gravité de ce phénomène est en fonction des conditions
d’expositions et les caractéristiques de la surface exposée (porosité, réseau d’air et la
microfissuration) (Figure.II.12.b).
16
Figure II.12. Les dégradations associées au gel-dégel selon Pigeon [6].
Figure-II.13. Quels exemples des structures en béton armé exposés à l’effet de Feu (à
gauche Tunnel Sous la Manche en France, à droite Tour Windsor en Espagne)
17
II-3.4.1. Différentes formes d’endommagement thermique:
En cas d’incendie de bâtiments, de tunnels, le béton peut présenter une instabilité thermique au-
delà d’une certaine température. L’instabilité thermique du béton peut se présenter sous diverses
formes [7,8]:
Eclatement de granulats : cet éclatement est provoqué par la dilatation thermique des
granulats proches de la surface à cause de la montée en température. Les principales
causes de ce phénomène sont la conversion de quartz à 570 °C. Les dommages engendrés
par l’éclatement de granulats ne sont que superficiels.
Eclatement d’angle : il s’observe dans les stades avancés du feu lorsque le béton est
affaibli et que les fissures se développent en raison des contraintes de traction le long des
bords et coins de l’ouvrage.
Les premiers signes de destruction du C-S-H sont remarqués bien avant à 100°C et se poursuivent
jusqu’à 300°C.
Entre 450 et 550°C, a lieu la décomposition de la Portlandite. Elle s’effectue en libérant de l’eau.
Dans le domaine allant de 600 à 700°C, se produit la seconde étape de la déshydratation des silicates
de calcium hydratés. Cette déshydratation s’accompagne d’une libération des molécules d’eau et de la
création d’une nouvelle forme de silicates bicalciques.
A partir de 1300°C, la fusion de la pâte de ciment et des granulats, l’élimination des sulfates et
l’évaporation des alcalins.
D’une manière générale, la fixation de l’humidité dans les milieux poreux résulte de l’action plus
ou moins conjointe de deux mécanismes physiques fondamentaux :
A. Adsorption physique:
C’est le résultat de l’interaction entre la vapeur d’eau dans l’ambiance et la surface solide de matériau en
contact. Les forces de contact mutuelles qui s’exercent entre les particules de vapeur d’eau et les
particules du solide en surface (forces de Van Der Walls) permettent aux molécules d’eau de se fixer sur
19
la paroi des matériaux de construction. Plus l’humidité relative de l’ambiance est élevée, plus la quantité
d’eau adsorbée est importante [10].
B. Capillarité:
Les matériaux les plus couramment utilisés en construction sont poreux et les petits canaux internes
qu’ils comportent jouent, lorsque la construction est mise en contact avec l’eau, le rôle de tubes
capillaires qui permettent à cette eau de remonter dans les maçonneries (voir la figure-II.15). Plus le
réseau poreux est fin, plus les forces capillaires sont grandes et plus la hauteur d'ascension est importante.
Ce phénomène se constate effectivement pour tous les matériaux qui présentent des pores très fins (d’un
diamètre inférieur à 0.5 mm).
→ Durant la fabrication de ceux-ci l’eau est nécessaire (rapport E/C vers 0.50) pour la réaction
d’hydratation qui est l’origine de la résistance des matériaux cimentaires
Une fois l’hydratation se termine → La présence d’humidité (eau en phase liquide ou vapeur)
en contact avec ces matériaux → favorise la pénétration des agents agressives dans la masse du
béton (sels, chlorure, acides, gaz carbonique …)
→ Par la suite ces agents agressives accélèrent l’apparition de plusieurs types de dégradation
(corrosion des armatures, gonflement, retrait, fissuration, carbonatation, lessivage, gel/ dégel du
béton, détérioration de la zone l’enrobage du béton)
20
Figure-II.16. Détérioration de l’enveloppe Figure-II.17. Détérioration de l’enveloppe
intérieure d’un bâtiment par l’effet d’humidité extérieure d’un bâtiment par l’effet d’humidité
ambiante. ambiante.
II-4.1. Introduction :
Les détériorations du béton armé dues aux attaques chimiques sont résultent des réactions
dissolution/ précipitation qui se produisent lorsque les éléments agressives (eau de mer, acide
sulfates, chlorures, nitrates et les eaux usées), viennent en contact avec les hydrates de ciment et
les aciers d’armatures. Les paramètres qui régissent ces phénomènes sont fonction de la chimie
et la minéralogie du béton, sa microstructure (perméabilité, diffusivité) et les conditions
environnementales (température, humidité, O2, Co, Co2) [11].
Les sols sous formes de Gypse (généralement entre 0.01 % et 0.05% exprimés en SO4).
De plus, les sols argileux peuvent aussi contenir des pyrites qui s’oxydent en sulfate.
La décomposition des matières organiques dans les égouts génèrent des souffres.
Mécanismes de base :
Gypse secondaire CaSO4. 2H2O → Produit expansif se forme dans les espaces internes.
Perte des propriétés liantes des C-S-H → action des sulfates engendre une perte de
résistance et une perte de masse (voir la figure ci-dessous) du béton en surface.
Figure-II.18. Exemple de l’attaque par l’acide sulfurique dosé à 5% pour un béton ordinaire
durant quatre mois [12].
II-4.3.1. Introduction :
La carbonatation est un phénomène de vieillissement naturel qui concerne tous les bétons. Elle
correspond à une transformation progressive d'essentiellement un des composés du béton durci,
la Portlandite, en calcite au contact du dioxyde de carbone contenu dans l'air et en présence
d'humidité. Cette transformation s'accompagne d'une diminution du pH (le béton sain a un pH
d'environ 13, ce qui constitue un milieu protecteur pour les armatures en acier et permet la
22
formation d'une couche d'oxydes passifs. Une des conséquences principales de la carbonatation
est de favoriser la corrosion des armatures, lorsque le front de carbonatation les atteint [11].
Il correspond à la réaction du CO2 avec tous les hydrates du ciment et plus particulièrement avec
la chaux hydratée, généralement, on peut Schématiser cette réaction de la manière suivante :
L’attaque commence à la surface et le CO2 pénètre par diffusion dans la phase liquide.
la vitesse de celle-ci est maximale pour une humidité comprise entre 40% et 80%. Donc, pour un
environnement sec, la quantité d’eau est insuffisante pour dissoudre le CO2. On peut mesurer la
dessous).
La carbonatation est bénéfique si l'on se place du point de vue de la résistance mécanique et des
propriétés de transfert du béton (diminution de la perméabilité et de la porosité) car la réaction se
produit dans les pores et les capillaires avec une légère augmentation de volume (12%).
Cependant, dans le cas des bétons armés, la réduction de la basicité du béton due à la réaction de
carbonatation ne permet plus la stabilité de la couche passive de l'acier et la corrosion peut
s'amorcer. De même, les hydrates stables en milieu basique, comme les chloroaluminates et
l'éttringite, sont susceptibles de voir leur stabilité déplacée, ce qui peut entrainer des
modifications structurelles (suite à la libération de chlorures et de sulfates par exemple).
23
II-4.4. Réaction alcali-granulat :
II-4.4.1. Introduction :
Réaction alcali-silicate,
Réaction alcali-carbonate.
Il semblerait que les désordres observés dans les ouvrages soient liés à plusieurs phénomènes :
réaction de dolominisation de la fraction carbonatée, expansion de la phase phylliteuse.
L'apparition des désordres peut se faire à moyen terme (7 à 8 ans) ou à long terme (15 à 40 ans).
Les manifestations visibles sur l'ouvrage sont principalement [13]:
Fissuration : en l'absence de contrainte, le maillage observé est polygonal alors qu'en présence
de contraintes, les fissures sont plutôt orientées parallèlement à la direction des contraintes
24
majeures. La largeur des fissures est généralement inférieure à 10 mm, leur ouverture varie selon
la cinétique de la réaction de 0,5 à 1mm/an et leur profondeur n'excède généralement pas 50 mm
(voir la figue- II.20).
Déformations : l'expansion est l'une des principales conséquences de l'alcali réaction. La vitesse
d'expansion est comprise en général entre 0,02 et 0,2 mm/m/an mais les armatures limitent
l'expansion des bétons armés. Elle peut se traduire localement par l'apparition de cône
d'éclatement dus aux contraintes particulière engendrés par les granulats réagissant près de la
surface ;
Figure- II.21. Fissures causée par la Réaction Alcali-Silice rapporté par Mehta [ 2]
II-4.5. Corrosion:
Une étude effectuée en Angleterre a montré qu’entre 1974 et 1978, la corrosion des aciers
d’armature a été la cause directe de l’effondrement d’au moins 8 structures de béton. Les
dommages dus à la corrosion se manifestent par des expansions qui conduisent à la formation de
fissures qui provoquent le décollement de l’enrobage des armatures d’acier. Ci-dessous, nous
montons quelques exemples des structures en béton armé exposés à l’action de corrosion [14].
25
Pile de pont attaqué par la corrosion Poutre de tablier
Le stade d’incubation de la corrosion correspond à la durée pendant laquelle les agents agressifs
(dioxyde de carbone, chlorures) pénètrent dans l’enrobage de béton, sans corroder les armatures.
Il s’arrête lorsqu’au niveau des armatures, la teneur en agent agressif atteint un certain seuil. Les
figures ci-après illustrent ces stades de dégradation de béton par corrosion [11,13] :
stade II
26
stade III
stade IV
L’aspect de l’ouvrage
Les efflorescences et les taches de rouille conséquence de la pénétration d’agents agressifs dans
l’enrobage de béton, altèrent l’aspect de l’ouvrage. Ce point est parfois considéré comme étant
de peu d’importance, par le gestionnaire des ouvrages. Par contre, ce sont les fissurations et les
fracturations du béton qui commencent à inquiéter le gestionnaire, car des éclats de béton
peuvent se produire.
La stabilité de la construction
Des essais effectués sur des éprouvettes ont permis d’estimer les valeurs des forces d'adhérence
pour des éléments en béton dont les armatures sont corrodées. Il est apparu que ni la qualité du
béton, ni le rapport enrobage/diamètre d'armature n’influent sur la force résiduelle d'adhérence,
même si l'enrobage est fissuré par la corrosion de l'armature sans qu’il ne soit détruit par
éclatement. En ce qui concerne les moments fléchissant et les efforts tranchants, une recherche
expérimentale a porté sur l’effet de la corrosion sur ces grandeurs mécaniques. Elle a montré que
pour prévoir de façon conservatrice la tenue des éléments en béton armé, il suffit d’appliquer les
modèles de calculs classiques, en considérant la section réduite des armatures ainsi que la section
réduite de béton. Ainsi, tant que les diminutions de section des armatures restent faibles et que
27
l’enrobage reste cohésif, la corrosion de ces armatures ne modifie pas significativement la tenue
au moment fléchissant ou aux efforts tranchants [11,13].
28
Chapitre III : Méthodes d’auscultation des constructions
III-I. Introduction :
Il y a très nombreuses méthodes d’auscultation des structures ou de béton endommagés qui
peuvent aider à diagnostiquer les principales causes des dégradations. Les méthodes d’évaluation
actuellement disponibles permettent de caractériser les propriétés mécaniques du béton, de
déterminer les caractéristiques chimiques et physiques du béton et de caractériser le
comportement d’environnement général de la structure. La figure ci-dessus résume les
différentes méthodes d’évaluation de béton ou des structures endommagés [1,14]
Quality
Coreof test
concrete Carbonatation
Electrical resistivity
Depth Petrographic
Air-Void System
analysis Hammer
Deflections
sounding
from
Utrasonic
Rebound
Flexural
pulse
Strength
hammer
velocity Alkali-Aggregate
Acid based indicators
Reaction Delamination/voids
Pulse velocity Movements
Pulse velocity
of
Service/Exposure
Pull off Strength
Flexural testing Petrographic
X- ray spectroscopy
analysis Rebound
Pulse
Water hammer
velocity
permeability Leakage
Conditions
Slittingresistance
Abrasion tensile Chroride Content Infrared
Air permeability
Water thermography
absorption Visul ibservation
Température/ moisture
conditions
strength
Bond Strength Frost & freeze-thaw External Geometry
Thermocouple
Resistance to decing Visual observations
salts Termometre
Tableau-III.1. Principales techniques d’évaluation du béton et des structures selon Emmons [1].
Analyse pétrographique,
Caractéristiques des vides d’air,
Essais mécaniques (compression, traction, flexion),
29
Densité, absorption,
Teneur en ions chlore,
Etat des aciers d’armature,
Mesure soniques,
Dosage en ciment et en granulats,
Analyse chimique de la pâte.
30
III- 4. Méthodes et essais non destructives:
Pour interpréter correctement les résultats de n’importe quel type d’essai, il faut bien connaître
ce qui est effectivement mesuré et les limites de validité des résultats. Il existe une très grande
variété de méthodes non destructives (in situ) permettant d’évaluer de nombreuses
caractéristiques du béton (propriétés mécaniques, humidité, perméabilité, absorption, etc.)
Déformations excessives,
Corrosion,
Très sensible aux conditions locales (humidité du béton, présence de gros granulats,
carbonatation, uniformité de la surface, âge du béton, type de moule (pour établir la
courbe de calibration).
31
Chapitre IV : Les principaux matériaux de réparation
IV. 1.Introduction :
Le choix des matériaux de réparation doit tenir compte à la fois des caractéristiques des
matériaux en présence et des sollicitations auxquelles est soumise la zone de construction à
réparer. Il est alors intéressant de faire le recensement des défauts qui ont pu être rencontrés sur
les ouvrages en béton et des solutions qui ont été proposées pour leur réparation. Les matériaux
de réparation ou de renforcement des constructions les plus utilisés sont suivants : les mortiers de
ciment Portland, mortiers époxydiques, mortiers coulis/expansifs, bétons conventionnels [14,15].
Les mortiers de ciments Portland sont utilisés seulement pour réparer des défauts de surface
mineurs (pas de conséquences critiques sur la performance de la structure) pas plus de 24 h après
le décoffrage.
• Ils ne devraient jamais être utilisés pour réparer des surfaces de vieux
béton (fissuration due au retrait empêché)
• Attention au mûrissement de la surface (au moins 7 jours).
Pour le liant d'accrochage, on doit utiliser la même résine que celle utilisée pour le
mortier.
La surface doit être propre et sèche (on doit généralement chauffer la surface pour retirer
toute l'humidité).
Ces produits peuvent être utilisés lorsque la profondeur de la réparation est d'environ 40 mm ou
moins (ou lorsque la surface à réparer est relativement petite < 1000 cm2).
32
Développement très rapide des propriétés mécaniques (en 5 à 24 heures).
On peut utiliser la résine époxidique seule pour remplir des défauts de surface de très
faibles épaisseurs (< 5 mm).
La surface réparée est soumise à des températures extrêmes (exposition directe au soleil
ou à de hautes températures).
Ces produits contiennent des ingrédients qui génèrent des bulles de gaz peu de temps après le
contact avec l'eau de gâchage [14].
Des poudres d'aluminium ou de carbone sont généralement utilisées pour produire les
bulles de gaz.
Les bulles de gaz permettent de compenser toute forme de retrait pouvant se produire
durant la phase plastique du matériau.
La réparation des structures en béton endommagées par le béton conventionnel est très
économique. Généralement, ce matériau est utilisé pour les réparations profondes lorsque la
surface à réparer est plus grande que 1000 cm2 et que la profondeur dépasse 150 mm ou lorsque
la profondeur de la réparation dépasse de 25 mm le niveau inférieur des aciers d'armature [15].
33
En outre, le périmètre de la zone à réparer doit être scié sur une profondeur d'au moins 25 mm.
Un bon mûrissement est essentiel pour assurer une bonne durabilité et pour minimiser la
fissuration due au retrait de séchage. Les bétons conventionnels peuvent être utilisés avec
plusieurs types de techniques de mise en place.
Pompage
Le Latex est une émulsion aqueuse de caoutchouc synthétique obtenue par polymérisation. Il
remplace l'eau dans les bétons ou mortiers modifiés au latex employés comme matériau de
réparation dans les projets de réhabilitation ou comme chape. Ces produits sont fréquemment
utilisés pour réparer des défauts de surface sur des murs, des trottoirs, des dalles, etc. Un béton
au latex a été utilisé pour la réfection des joints de dilatation de l'autoroute métropolitaine. Les
bétons et mortiers au latex sont reconnus pour leur très grande durabilité. Les mortiers au latex
peuvent être mis en place en couches de 12 à 50 mm d'épaisseur (horizontalement ou
verticalement). Un latex synthétique est ajouté à un mortier ou un béton de ciment portland
conventionnel [15,16].
Meilleure flexibilité.
Pour fabriquer un béton modifié au latex, il suffit essentiellement de combiner un latex polymère
à un mélange de béton classique
Rapport eau/ciment = 0,35 à 0,40 (le latex agit aussi comme plastifiant).
34
On utilise généralement une quantité de latex correspondant à une teneur en
solides de polymères de 12% à 15% en masse de ciment.
Les surfaces à réparer doivent être maintenues dans un état saturé pendant au moins 12 h avant
l'application du mortier ou du béton au latex. La réparation doit être protégée des rayons directs
du soleil. Il est important d'assurer un bon mûrissement humide pendant au moins 24 h (72 h
pour les mortiers). Après la cure humide, laisser sécher le béton à l'air pendant 72h si la
température est supérieur à 13°C. Il peut être nécessaire de prolonger le séchage si la température
est inférieure à 13°C.
° Pas de coffrage.
Les principales techniques utilisables sont : le sablage humide ou à sec ; le lavage à l’eau sous
très haute pression; le ponçage au disque diamanté. Le choix du produit et de la solution
technique à utiliser est fonction :
37
Les techniques de réparation et de renforcement de structures par des armatures passives
additionnelles concernent la mise en œuvre :
■ de tôles et plats collés de faibles épaisseurs (3 à 5 mm) découpées en bande de faible largeur
(300 à 500 mm) et collées sur le béton par une résine époxydique (technique quasiment plus
utilisée).
38
Chapitre V : Les principales techniques de réparation
V-1. Introduction :
La fabrication d’une réparation durable repose sur une sélection appropriée des matériaux de
réparation et sur leur utilisation selon les règles de l’art. Néanmoins, le choix des matériaux et
n’est cependant pas la seule étape importante du processus de réparation. Il faut aussi porter une
attention particulière à la préparation des surfaces, aux techniques d’application et de
mûrissement et au contrôle de qualité [1,14].
Selection of Compatible
Materials Production of Durable Repair
Figure-V.1. Principaux facteurs contrôlant la durabilité des réparations selon Emmons [1].
39
l’incompatibilité chimiques entre le vieux béton et le nouveau béton de réparation et produit
l’échec de l’opération de réparation de béton. En outre, la réactivité du matériau de réparation de
surface avec les aciers d’armature doit être analysée. Certains matériaux de réparation avec un
PH modéré ou faible ne sont pas en mesure d’offrir une protection adéquate des aciers
d’armature.
Retrait au séchage,
Module d’élasticité,
Fluage.
Les changements volumétriques dans le matériau de réparation ou dans le vieux béton peuvent
induire des contraintes de cisaillement au niveau de l’interface. Ces contraintes de tension et de
compression peuvent se développer dans chacun des matériaux. Cet état de contrainte au niveau
de l’interface est dû aux différences entre les coefficients de dilatation thermique, les modules
d’élasticité ou les coefficients de fluage des matériaux (vieux béton/ nouveau béton) (voir la
figure-V.2).
Le retrait au séchage est un des principaux paramètres contrôlant la durabilité des réparations de
surface. Le retrait de séchage engendre des contraintes de traction dans le matériau de réparation.
L’intensité des contraintes de traction augmente à mesure que progresse le retrait. Les fissures
apparaissent lorsque les contraintes de traction dépassent la résistance à la traction du matériau
(figure-V.2).
40
Figure-V.3. Influence du retrait au séchage sur le comportement des réparations minces [14].
L’ajout de matière.
[20] T.S. TANKEU NDANGA, Pathologie évaluation et réparation de ponts en béton armé,
Institut international d’ingénierie et de l’environnement, Mémoire de master, 2011, 91 pages.
41
V-3.1.1.Ragréage
Le ragréage est la technique traditionnelle de réparation des bétons. Il permet dans un premier
temps de reconstituer les sections d’armatures qui ont disparu, de stopper le phénomène de
corrosion des aciers par passivation. Puis, le principe est de protéger les armatures par
reconstitution manuelle ou mécanique de l’enrobage à l’aide de mortier de réparation. Les étapes
de la réparation sont les suivantes :
- nettoyer l’armature
Elle consiste en l’application de produits pour protéger le béton lorsque l’enrobage des aciers est
trop poreux ou d’épaisseur insuffisante, et pour l’acier il s’agit de stopper le processus de
corrosion déjà entamé.
Il conviendra d’employer des produits tels : les hydrofuges de surface, les minéralisateurs, les
peintures, les revêtements minces à base de liant hydraulique modifié, les revêtements plastiques
épais, les produits d’imprégnation inhibiteurs de corrosion. L’application d’un inhibiteur de
corrosion permet de ralentir voir de stopper la corrosion des aciers dans le béton. L’inhibiteur de
corrosion peut être intégré dans la formulation du béton ou appliqué par la suite soit au rouleau
soit au pulvérisateur. La progression du produit au sein du béton se fait naturellement mais n’est
42
pas optimale. La migration du produit peut également être forcée de manière électrochimique
afin d’obtenir un résultat optimal.
L’extraction des chlorures permet d’enlever les ions chlorures ayant pénétrés dans l’enrobage.
L’extraction est efficace si la teneur en chlorure au voisinage d’une armature est inférieure au
seuil habituellement admis pour éviter la corrosion métallique. Ceci correspond souvent à un
rendement de 80 à 90% pour l’extraction des chlorures.
L’application de cette méthode de protection se fait de manière électrochimique. Les étapes de la
mise en œuvre sont les suivantes :
- Mise en place d’un réseau électrique reliant toutes les armatures sur l’ensemble de l’élément
- Pose d’une feutrine enduite d’un électrolyte convenablement choisi
- Application d’un treillis métallique jouant le rôle d’anode
- Mise en place d’un courant électrique ou galvanitique
- Dépose de l’anode, de la feutrine et des pontages électriques
- Rinçage de la structure
Ce dispositif permet d’extraire seulement les chlorures situés dans l’enrobage, entre les
armatures et le parement de l’ouvrage.
43
La ré-alcalinisation des bétons :
Il s’agit d’ajouter une précontrainte additionnelle (généralement extérieure) à des ouvrages pour
augmenter leur capacité portante ou prolonger leur durée d’exploitation. Cette technique consiste
à mettre en œuvre une précontrainte (câbles, barres ou mono-torons) dans un ouvrage pour en
améliorer la résistance d’ensemble vis-à-vis de la flexion et/ou de l’effort tranchant.
Elle consiste essentiellement à augmenter la section résistante d’une structure soit par ajout de
béton soit par ajout d’armatures.
On distingue essentiellement la technique par projection (qui nécessite une mise en œuvre par
couches minces successives de 2 à 5 cm) et la technique de coulage/injection (qui nécessite la
confection d’un coffrage et qui permet des épaisseurs minimales de mise en œuvre de l’ordre de
5 à 7 cm).
Cette technique consiste, après repiquage du béton existant (et éventuellement élimination du
béton dégradé), à disposer des aciers passifs et à les solidariser à la structure par du béton projeté
ou du béton (voire du mortier) coulé en place. Ces aciers sont reliés à la structure à l’aide
d’aciers de couture.
Pour choisir les techniques de réparation s’appliquant à un cas particulier, on doit utiliser les
informations recueillies dans la campagne d’évaluation afin de vérifier les points suivants :
L’intégralité structurale de l’ouvrage,
44
V-4. Les étapes de préparation d’une surface endommagée :
L’étape de réparation des surfaces est une opération importante dont la qualité d’exécution
gouverne en grande partie la performance de la réparation. En général, une bonne préparation de
surface vise à obtenir une surface sèche, régulière, propre, sans poussière, sans saletés et sans
huile. La préparation d’une surface à réparer comporte quatre grandes étapes [2] :
Il est important de prévoir des renforts ou des supports avant de procéder à toute démolition
d’une partie s’un élément structural.
Nettoyer les barres corrodées en surface ou remplacer les barres intensivement corrodées.
45
Figure-V.2. Vérification de l’état de surface avant de procéder à l’application d’un produit de
réparation [1].
Pour une cohésion parfait entre le vieux et le nouveau béton, on doit scier le périmètre de la
réparation sur une profondeur d’au moins 25 mm. Les parois verticales de la zone à réparer
doivent être à environ 90°C par rapport à la surface.
46
Figure-V.3. Quels exemples pour le choix de la géométrie du périmètre de réparation [1].
La capacité des matériaux de réparation à mouiller (lien chimique) les surfaces varie beaucoup
d’un matériau à l’autre. Par conséquent, l’adhérence d’un matériau de réparation dépend surtout
du lien mécanique avec le substrat (figure-V.4).
47
Pour les matériaux à base de ciment Portland le vieux béton doit être préférentiellement
dans un SSS pour prévenir l’assèchement rapide d’un matériau de réparation et par
conséquent, limiter le retrait et la fissuration.
Pour les matériaux organiques (résines, époxy, ect) la surface doit préférentiellement être
sèche (on peut vérifier la présence d’humidité en recouvrant la surface d’une feuille de
plastique pendant 24 heures.
48
Chapitre VI : Renforcement des constructions
VI.1. Introduction:
Suivant l’importance et les causes des désordres affectant une construction en béton armé, le
projet de renforcement repose, en général, sur la mise en œuvre d’une ou plusieurs techniques
qui permet de réparer la défaillance affecte la construction et augmente leur durée de vie. Ci-
dessus, nous présentant quelques techniques de renforcement :
Méthode A
Méthode B
● Augmentation de ductilité
49
VI.2.2. Renforcement par réduction de la portée des éléments:
Transformation des portiques en murs en béton armé les poteaux sont des ailes de la
mure
50
VI.2.4. Renforcement à l’aide de profiles métalliques :
● Augmente la section résistante d'éléments en béton armé par des profilés ou plats
métalliques Matériaux et sections standards
Avantages
Inconvénients
51
● Positionnement correct des forages présentation des pièces métalliques perforées en
position finale (ou l'inverse)
● Efficacité immédiate du système mise en traction des barres verticales (serrage des
écrous)
52
VI.2.7. Renforcement de colonnes endommagées :
Solution efficace
● Si des bielles de compression sont mobilisables au nœud => nœud non fissuré
53
Chapitre VII : Surveillance et entretien des constructions
VII.1. Surveillance :
VII.1.1. Définition :
Afin de suivre l’évolution de différentes pathologies, il est nécessaire de faire leur suivi au cours
du temps. C’est le cas par exemple pour l’ouverture d’une fissure, il est intéressant de savoir si
elle s’ouvre continuellement ou si elle évolue en fonction de la température. Cette corrélation
vient du fait que lorsque la température augmente, les matériaux auront tendance à se dilater,
ainsi la fissure se fermera. Le contraire est vrai lorsque les températures diminuent. Un autre
phénomène dont il est intéressant de suivre l’avancement c’est l’évolution du front de
carbonatation. Des mesures peuvent se faire sur un même élément sur une période donnée. Ainsi
il est possible d’évaluer lorsque les armatures ne seront plus protégées et prévoir une ré-
alcalinisation. Il en est de même pour le suivi de la pénétration des ions chlorures dans le béton
afin de planifier une extraction des chlorures. Ceci peut se faire en prélevant un fragment de
béton ou bien de la poudre et en effectuant une analyse chimique. La surveillance a pour but de
déceler à temps les défauts ou les modifications dans l’ouvrage ou dans son environnement
pouvant provoquer des dommages. En général, la surveillance met en évidence des désordres
suivants [17,18,19] :
Fissuration ;
Déformation de la structure ;
Le classement des ouvrages selon leur état apparent, effectué après analyse des désordres
54
relevés lors des opérations de surveillance périodique, ou après investigation complémentaire. Ce
classement permet d’une part d’organiser, le cas échéant, les travaux d’entretien ou de réparation
nécessaires, et d’autre part, d’adapter la surveillance en fonction des risques.
VII.2.1. Introduction :
D’après la définition de l’AFNOR, l’entretien /maintenance vise à maintenir ou à rétablir un bien
dans un état spécifié afin que celui-ci soit en mesure d’assurer un service déterminé. La
maintenance regroupe les actions de dépannage et de réparation, de réglage, de révision, de
contrôle et de vérification des équipements matériels ou même immatériels.
Quotidiennement, toutes les constructions dans leur environnement sont exposées aux
conditions climatiques : gradients de température et d’humidité et du vent se détériorent avec le
temps, et donc, nécessitent des soins constants pour qu’une construction reste en bon état. Des
dépenses modestes d’entretien régulier peuvent réduire le besoin de réparations coûteuses,
protéger le caractère de votre bâtiment et vous économiser de l’argent à plus long terme.
L’ensemble des actions non destructives, cycliques et de routine nécessaires au ralentissement de
la détérioration des constructions et des ouvrages en béton armé. Il comprend l’inspection
périodique, le nettoyage non destructif, cyclique et de routine, les réparations mineures et de
remise en état, le remplacement des matériaux endommagés ou détériorés qu’il est impossible de
sauvegarder [17,18,19].
VII.2.3.Type d’entretien :
On peut diviser l’entretien en trois catégories essentielles :
55
VII.2.3.1. L’entretien correctif :
Les travaux qui sont nécessaires pour que la construction ou l’ouvrage atteigne un niveau
acceptable (souvent recommandé par un plan de conservation), par exemple le traitement contre
l’humidité. L’entretien correctif consiste notamment à stabiliser le bâtiment pour arrêter le
processus de détérioration. Dans tous les cas, il faut choisir entre stabiliser seulement et reporter
les réparations ou bien voir s’il vaut mieux entreprendre des réparations complètes et
convenables. Les travaux de réparation vont plus loin afin d’éliminer les dommages antérieurs.
L’entretien correctif consiste notamment à :
inspecter l’extérieur pour voir si l’eau pénètre par endroits – des fuites extérieures
finissent toujours par être à l’origine de dommages intérieurs;
réparer les fuites évidentes et les endroits où l’eau a pénétré, notamment résoudre les
problèmes de tuyaux de descente;
vérifier si des termites ou autres insectes qui attaquent le bois sont présents et les
exterminer au besoin.
Les travaux qu’il faut entreprendre immédiatement pour des questions de santé, de sécurité et de
protection, ou bien pouvant résulter d’une détérioration rapide de la structure, comme la
réparation du toit après une tempête ou la réparation de verre cassé.
marches abîmées;
56
risques de choc électrique;
dangers évidents et immédiats pour la santé, p. ex. amiante détachée et friable, poussière
de plomb en suspension dans l’air provenant de peinture écaillée.
Les travaux destinés à prévenir les problèmes qui se produisent obligatoirement pendant la durée
de vie du bâtiment, comme le nettoyage des gouttières ou la peinture. La meilleure façon de
protéger le bâtiment, c’est d’effectuer l’entretien régulier et de routine pour prévenir les
réparations majeures et coûteuses. La planification de l’entretien doit tenir compte de vos
besoins et de vos moyens financiers tout en faisant en sorte que le bâtiment soit évalué chaque
année. Un plan trop compliqué ou onéreux ne sera tout simplement pas mis à exécution.
L’entretien courant regroupe toutes les interventions régulièrement accomplies dans le cadre de
la maintenance normale, préventive ou curative, de l’ouvrage, soit directement par le personnel
du site, soit par des entreprises extérieures. Les interventions entrant dans cette définition
dépendent donc du site industriel et de sa politique de maintenance. Par exemple, l’entretien
courant peut comprendre :
Le curage des éléments altérés ;
57
VII.2.4.2. Entretien spécialisé:
L’entretien spécialisé regroupe les interventions de réfection non prises en charges dans le cadre
de l’entretien courant de l’ouvrage. Peuvent être citées pour ce niveau d’entretien les
interventions suivantes :
VII.2.4.3. Réparation :
Exemples de réparations :
Le diagramme du cycle d’entretien (Figure-VII.1) peut vous aider à élaborer votre plan
d’entretien courant pour chaque saison. Il est divisé en tâches progressives que vous pouvez
peut-être entreprendre vous-même, ou au moins planifier, de façon régulière.
58
Figure –VII.1. Diagramme du cycle d’entretien.
En automne, avant la première chute de neige, c’est le moment de faire une inspection générale
du site, notamment de faire le tour du bâtiment et de prendre note des éléments physiques qui ont
besoin d’attention. Il est parfois particulièrement utile d’inspecter le bâtiment sous la pluie de
façon à voir comment la pluie tombe sur le bâtiment et comment elle s’évacue, ce qui peut aider
à déterminer d’éventuels problèmes d’humidité. Si vous décelez des problèmes qui ont besoin
d’être réglés immédiatement, effectuez les travaux avant la saison suivante pour qu’ils
n’empirent pas pendant l’hiver.
En hiver, examinez votre rapport d’inspection et établissez un plan pour le printemps. Cela peut
consister à rechercher des possibilités de financement, à obtenir des devis pour les travaux qui
dépassent vos connaissances ou que vous n’avez pas le temps d’entreprendre, et à recruter des
partenaires ou des bénévoles pour vous aider dans les travaux.
59
Bibliographiques
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Construction Published & Consultations, Copyright 1994, 100 Construction Plaza, P.B. Box 800,
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