La Pathologie Des Ouvrages de Genie Civil PDF

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

D i ag nost nostii c et r éha hab bi lit li tati on de des ouvra uvr ages d de e g éni nie e ci civvi l en en béton ( et ouvra uvr ag es a ann nne exes) s)..

Xavier Lauzin Août 2016

1 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

L e diag iag no noss ti c de des ouvrages. L a c onna nnaii s s ance his tor i que des r èg les de dimensionnement.

Xavier Lauzin Août 2016

2 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

HISTORIQUE DU BÉTON ARMÉ ARMÉ 

2016  2016 

Il est courant d’attribuer d’attribuer la découverte du ciment aux Romains. Ces derniers furent, sans doute, les  premiers à mélanger les cendres volcaniques de la région de Pouzzoles avec de la chaux, et à vérifier que le mélange ainsi constitué durcissait en présence d’eau. Ils purent   ainsi s’en servir en maçonnerie pour lier les pierres entre elles. A cette époque, apparut alors la « truelle du maçon ». Curieusement, cette découverte resta en sommeil au moyen-âge moyen- âge et ne réapparut qu’au XVIII ème siècle, en 1756 plus exactement, dans les l es travaux de l’ingénieur anglais John Smeaton. Ce dernier redécouvre les propriétés de l’argile dans les pierres calcaires. Une industrialisation de ce ciment est alors mise en route par les chaufourniers Parker et Wyats vers 1786. En France, il faudra attendre attendre jusqu’en 1817 pour que les travaux de Louis Vicat mettent en évidence une théorie sur l’hydraulicité des chaux et mortiers.  mortiers.  En 1824, l’ingénieur anglais Joseph Aspdin déposera un brevet sur le « ciment « ciment Portland », dont la couleur était semblable à celle de la pierre que l’on trouvait dans les carrières de la presqu’île de Portland. Enfin, en 1855, l’architecte français François Coignet construisit le premier immeuble en béton, rue Danton à Paris. Réputé pour ses qualités de résistance à la compression, le ciment avouait ses faiblesses dans d’autres conditions d’utilisation. Naquit alors l’idée en 1845, du mariage ciment-métal, ciment-métal, appelé alors ciment armé et dont le premier exemple fut celui de la barque de Lambot présente à l’exposition universelle de 1900. Le développement du ciment armé, puis du béton armé est alors important et voit son exemple le  plus significatif dans les réalisations de l’ingénieur français François Hennebique à partir de 1879. Ce dernier fut à l’origine de l’inventions de structure s’apparentant à de la charpente bois mais entièrement réalisée en béton armé. Dés 1896, apparaissent des projets de maisons préfabriquées en béton armé. A partir du début du XX ème siècle, l’architecture traditionnelle est bouleversée par la découverte découv erte de ce nouveau matériau. Le 20 octobre 1906, apparait alors la première « instruction ministérielle relative à l’emploi du béton armé  armé ». Ce règlement ne cessera d’évoluer en fonction des nouvelles caractéristiques des deux composants principaux du béton armé : les aciers d’une part et le ciment d’autre part. C’est pourquoi, dans le cadre d’un diagnostic d’un ouvrage existant, il est fondamental de connaître l’âge approximatif de la construction ainsi que le règlement applicable à cette époque. En particulier, les vérifications de capacité portante des éléments en béton armé devront être menées selon le règlement en vigueur à la date de la construction.

Xavier Lauzin Août 2016

3 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

LE BÉTON Le béton est un mélange homogène des composants suivants : 2-1 

LE CIMENT

Ce sont des poudres poudres fines obtenues par la cuisson à haute température puis broyage d’un mélange de calcaire et d’argile.  d’argile.  Ce mélange forme avec l’eau une pâte capable de « faire «  faire prise » et de durcir progressivement progressivement (liant hydraulique). Le choix de ciment (type) et son dosage dépendent à la fois des performances mécaniques recherchées,, de la résistance à d’éventuels agents agressifs et de la nature des autres composants.  recherchées composants.  Les ciments ont été définis par la norme française XP P 15-301 révisée puis selon la norme européenne EN 197-1. On distingue probablement cinq grandes catégories de ciment : Les ciments ciments Portland Portland composé (CPA) à base deàclinker. Les (CPJ) base de clinker avec ajouts d’autres composants. composants.     Les ciments de haut fourneau (CHF et CLK) à base de laitier (résidu minéral de la  préparation de la fonte dans les hauts fourneaux).   Les ciments pouzzolaniques (CPZ)   Les ciments au laitier et aux cendres (CLC) à base de clinker, de centres volantes et de laitier.    

A côté de ces cinq grandes catégories, il existe d’autres familles de ciment dont l’utilisation n’est  pas admise en en béton armé (ch (chaux aux hydrauliques, hydrauliques, XHN…) XHN…)   2-2 

LES GRANULATS

Ce sont des matériaux inertes (sables, graviers, cailloux…) existant dans la composition du béton. Ils ont été appelés « agrégats » dans certaines publications. On distingue généralement les granulats naturels (roulés ou concassés) et les granulats artificiels (sous produits industriels concassés ou non tels que laitier cristallisé concassé ou laitier granulé…)  granulé…)  Définis par les normes NF P 18-101 et suivantes, les granulats sont traditionnellement considérés comme étant le squelette du béton. Il est important de connaître leurs caractéristiques physico-chimique, mécanique ainsi que leur adéquation avec le béton.

Xavier Lauzin Août 2016

4 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  2-3 

L’EAU DE DE GACHAGE

Les caractéristiques sont données par la norme NF P 18-303. Cette norme définit les l es caractéristiques  physiques et chimiques de l’e l’eau au de gâchag gâchage. e.   2-4 

LES ADJUVANTS

Il s’agit de produits employés en faible quantité et susceptibles d’améliorer certaines certa ines propriétés des  bétons. Ils peuvent, peuvent, par exemple, agir sur : Le temps de prise,   Les caractéristiques mécaniques,   L’étanchéité, L’étanchéité,     La mise en œuvre …  …   

Dans le cadre d’ouvrages existants, o, peut par exemple noter qu’à partir de 1909, le sucre était utilisé comme retardateur de prise. Puis, entre 1910 et 1920, on voit apparaître sur le marché des  produits à base base de chlorure de calcium (hydrofuge et accélérateur accélérateurss de prise)…  prise)…  En 1964, est créée la COPLA ( Commission Permanente des Liants hydrauliques et des Adjuvants du béton) qui avait en charge d’établir une liste de produits pouvant être employés en toute sécurité.  sécurité.   Plus tard, en 1984, il a été mis en place une certification par la marque NF Adjuvants. La norme NF P 18-103 classe les adjuvants suivant trois grandes catégories : bétons,     Ceux qui modifient l’ouvrabilité des bétons,    Ceux qui agissent sur la prise et le durcissement,   Ceux qui modifient certaines propriétés mécaniques. Les fibres : utilisées plus récemment, les fibres sont appelées à renforcer l’action des de s armatures traditionnelles, en s’opposant en particulier à la propagation des microfissures. On trouve sur le marché, actuellement, des fibres de verre, des fibres fibr es métalliques et des fibres en polypropylène polypropylène.. Plus récemment sont expérimentés des bétons à poudres réactives (BPR), dernier né de la direction scientifique de Bouygues. Par analogie avec la famille des bétons à hautes performances(BHP) ; la recherche a eu comme objectif d’améliorer l’homogénéité du matériau et sa capacité. capacité.   2-5 

LES CARACTÉRISTIQUES MÉCANIQUES DU BÉTON

 Nous nous limiterons dans ce chapitre, à évoquer les caractéristiques définitives du béton. Les caractéristiques provisoires telles que la maniabilité ou les problèmes de ségrégation intéressent essentiellement la mise en œuvre.  œuvre.   

La résistance : c’est la plus importante des caractéristiques du béton.  béton. 

La résistance résistance est un unee fonction croiss croissante ante du ra rapport pport ciment/eau et de la compacité.

Par définition ; le béton possède de bonnes résistances à la compression mais de très faibles résistances à la traction. La valeur de résistance à la compression est généralement donnée à 28  jours et mesurée lors d’essais destructifs destructifs sur des éprouv éprouvettes ettes cylindriques cylindriques amenées à la rupture.  rupture.  Xavier Lauzin Août 2016 5 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  Du fait de cette faible résistance à la traction (une fissure pouvant annuler toute résistance), il a été pris en hypothèse dès les premiers règlements (1906) de ne prendre en compte dans les calculs que la résistance à la compression du béton. A titre d’exemple, dans les années 1930, un béton de gravillon normalement dosé normalement  dosé à 350 kg de ciment Portland, pouvait avoir une résistance à la compression de 182 kg/cm² à 90 jours (18MPa). Dans les années 1960, un béton normalement dosé (350kg/m 3 de CPA) pouvait atteindre des valeurs de résistances à la compression de 725 kg/cm² à 28 jours (72,5 MPa) alors que le béton de poudres réactives a été testé à des valeurs de 2000 à 8000 kg/cm² (200 à 800 MPa)  

Le retrait : c’est un phénomène de diminution de dimension (raccourcissement généralement) généralemen t) qui accompagne la prise du béton.

Georges Dreux dans son « Nouveau Guide du Béton » assimile le retrait à l’effet d’un abaissement de température entraînant un raccourcissement. raccourcissement. Des études expérimentales ont montré que le durcissement du béton sous l’eau diminuait fortement les effets du retrait. C’est pourquoi, il est courant d’arroser (ou de mettre en œuvre des produits de cure) les pièces de béton pendant leur phase de durcissement à une époque où le béton n’a que de faible résistance à la traction et pouvait se fissurer facilement sous l’effet l’effet du retrait.  retrait.  Les différents qui se des sonteffets succédés ont précisé conditionsdedans lesquelles ilouétait loisible de ne règlements pas tenir compte du retrait (et deslesvariations températures) les valeurs à prendre en compte dans les calculs. Par exemple en 1932, les expériences de M. Pugnet publiées aux Annales des Ponts et Chaussées, ont mis en évidence des efforts de traction dans le béton de l’ordre de 3 à 15 kg/cm² (0,3 à 1,5 MPa) selon le pourcentage et les conditions de conservation. Il était alors demandé de tenir compte de ces efforts effort s qui venaient s’ajouter à ceux causés par les charges permanentes, les surcharges… pour le dimensionnement des éléments en béton.  béton.  Plus tard, les règles BAEL 93 ont fixé des longueurs de constructions pour lesquelles les effets du retrait et de la dilatation dil atation thermique n’étaient pas à prendre en compte au niveau des calculs. calculs.   A titre d’exemple, on considère que le raccourcissement du béton dû au retrait en France est de l’ordre de : de : Δl

l Δ l / l = 3.10 -4 ce raccourcissement entraîne des contraintes de traction telles que : Δ l / l 

= σ b  / E b  où σ b représente la contrainte de traction du béton due au seul retrait. E b  représente le module de déformation du béton (voir ci-après), il en résulte que : Xavier Lauzin Août 2016

6 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

σ b = Δ l / l .E b  = 60 bars = 6 MPa. Or la résistance à la traction du béton est très inférieure à 60 bars (» 20 bars). Le béton est donc fissuré, ce qui légitimise l’hypothèse l’ hypothèse faite de ne pas prendre en compte le béton tendu dans les calculs.  

Le fluage : il s’agit d’un phénomène de déformation différée du béton sous charge constante  constante 

A titre de comparaison, peut des prendre destrès planchers bois anciens où la déformation des  poutres principale principales s atteint on souvent de s valeurs impo importantes. rtantes. En ce qui concerne le béton, au-delà au- delà d’une certaine charge (à peu prés la moitié de la résistance ultime à la compression), le béton a un comportement plastique. Même après suppression de la charge, une déformation subsiste. Cette déformation, due au fluage du béton, se poursuite sur plusieurs mois, voire plusieurs années.

Δ l / l

Déchargement

B

Retour élastique

  n   e   o   é    i    t   n   a   t   a   m   r   n   a   o   t   s    f    é   i   n    d

A

  n   o    i    t   e   a   l   a   m   r    t   o    t   o    f    é    d

Retour de fluage

Déformation permanente

O

Temps

OA = déformation instantanée AB = déformation due au fluage OB = déformation totale On admet généralement que la déformation due au fluage est de l’ordre de trois fois la déformation instantanée.  

La dilatation thermique :

On admet généralement un coefficient de dilatation thermique de l .10-5. Ce coefficient dépend de la nature et des qualités du béton, ainsi que de la grosseur des granulats. Pour la France, il est couramment admis une variation de température ΔӨ = ±  20°C ce qui implique une variation de  

,

la longueur : Δ l / l = 2.10

Xavier Lauzin Août 2016

-4 7 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016   

Le module de déformation E :

Issu de la théor ie ie de l’élasticité pour laquelle les déformations sont proportionnelles aux contraintes appliquées, le module de déformation (ou coefficient d’élasticité) est défini par   :: E = Contrainte unitaire/déformation relative Compte tenu de ce qui précède (déformation due au fluage) on a été amené à considérer deux modules de déformation :   un module instantané,   un module différé, et ceci pour tenir compte du fait que la déformation totale (comprenant les effets du fluage) est environ trois fois plus importante que la déformation instantanée. Cette déformation longitudinale s’accompagne d’une déformation transversale (appelée « effet «  effet Poisson »). Le coefficient de Poisson (rapport entre la déformation transversale et la déformation longitudinale) a une valeur que l’on l ’on prend généralement égale à 0,2.  0,2.    

Le diagramme déformation –  déformation –  contrainte  contrainte :

Il traduit le mode de déformation du béton en fonction de la contrainte appliquée à l’échantillon. l’échantillon.   On a vu précédemment que le module de déformation (ou coefficient d’élasticité d’élasticit é ou encore module d’Young) mesurait la capacité du béton à se déformer sous contrainte.  contrainte.  Par exemple, dans le règlement de 1935, il était considéré qu’un béton très soigné ayant une résistance à la compression de 250 kg/m² se casse sous une traction de 20kg/cm².

Xavier Lauzin Août 2016

8 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

LES ACIERS

LES CARACTÉRISTIQUES MECANIQUES DES ACIERS L’acier  ; ; alliage de fer de carbone, est le plus employé des métaux utilisés en génie civil. On classe généralement les aciers à partir de leur composition chimique et principalement à  partir de leur teneur teneur en carbone. aciers 0 0.1 0.25 0.4 0.6 x x x x x Extra doux mi-doux mi-dur doux

1 x dur

1.7 extra-dur

Forte teneur en carbone (%)

La teneur en carbone permet donc de faire varier les caractéristiques mécaniques (résistance, dureté, allongement). Les traitements thermiques, thermomécaniques, mécaniques ainsi que l’addition d’éléments d’alliage, du fait des différentes transformations structurales peuvent également entraîner des modifications des caractéristiques mécaniques. Pour caractériser les aciers, on dispose alors globalement de trois types d’essai d’essai : :  

L’essai de traction : c’est le plus important et le

plus réalisé ; réalisé ; il permet de déterminer les

caractéristiques utilisables dans les calculs.   L’essai de dureté : surtout utilisé dans l’industrie mécanique, il donne des informations sur la relation dureté-résistance à la traction.   L’essai de résilience : c’est un essai dynamique qui permet de caractériser la « fragilité » du matériau.  Nous avons vu précédemment (§ 2.5) que, de par sa constitution, le béton ne pouvait résister à des efforts de traction importants. L’intérêt du béton armé est donc de faire reprendre les efforts de traction par l’acier.  l’acier.  Le béton aura alors le rôle de transmission des efforts des aciers.   Supposons Supposons que le béton ne soit pas fissuré, alors la déformation de l’acier et du béton est

identique.

 _____________________  __________ ______________________ _______________ ____ ////////////////////////////////////////////////////////////////////  _____________________  __________ ______________________ __________________ _______

Xavier Lauzin Août 2016

9 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  Ce qui implique donc que : (Δ l / l )

 béton 

Or (Δ l / l )

= (Δ l / l ) =

acier

σ   bb /

acier

E b

Ce qui, pour du béton à 150 kg/cm² de résistance, donne : (Δ l / l )

 béton 

Or (Δ l / l )

= 150/225 acier  =  = 2/3.10-3 m

 béton 

= (Δ l / l )

acier

=

σ a /

E a ==> E a ( Δ l / l )  béton ² 

= 2/3.10-3 X 2.l.106 =  1400daN/cm²  

σa

20  20 

4200kg/cm²

15 %

180°

5 Ф  Ф 

Ф > 20  20 

4000kg/cm²

15%

180°

5 Ф  Ф 

   Des aciers Caron :

dont les caractéristiques caractéristiques sont identiques aux précédente précédentes, s, à l’e l’exception xception de la ductilité qui est de 14 %.

 

Les treillis soudés :

La première notice technique sur les treillis soudés apparaît en janvier 1958. Les contraintes admissibles enregistrées à l’époque étaient de l’ordre de 25 à 28 kg/mm².  kg/mm².   En l’absence de nor m malisation, alisation, on pouvait se reporter au catalogue des différents  producteurs. Une premièredeamorce normalisation apparue en 1960 et enTechnique 1963, les pour sociétés  productrices treillisde soudés fondentestl’ADETS (Association le Développement de l’Emploi de Treillis Soudés). Il est alors créé des panneaux standards ainsi qu’un «  « guide pratique de calcul et d’utilisation des treillis soudés dans les planchers ». En 1979, sortent les normes AFNOR. Il est donné en annexe les principaux types de treillis soudés utilisés en bâtiment.

Xavier Lauzin Août 2016

11 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  L’ADHÉRENCE ACIER -BÉTON -BÉTON

3-2-1 

Étude expérimen expérimentale tale 

On mesure le déplacement de glissement glissement de la barre en fonction de la force.

On constate Force

 L’adhérence n’est pas un phénomène phénomène de collage, ici il  y a toujours une force à exercer

Glissement  _______________________  ___________ _______________________ _________________ ______

On explique le phénomène d’adhérence d’adhérence : : On admet que les aspérités de la barre donnent naissance à des cônes de compression qui s’opposent au déplacement de la barre.  barre.  On définit le taux d’adhérence : d’adhérence : rapport de la force de traction et de la surface de contact acier-béton (=contrainte) Xavier Lauzin Août 2016

12 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  3-2-2 

Les deux modes de rupture d’adhérence  

fissures <

étrier

Celui qui correspond à la rupture de la base d’appui des cônes. Dans ce cas, le taux d’adhérence s’annule.  s’annule.  Ce mode de rupture n’est pas admissible en BA. Pour l’empêcher, il faut faut : : - mettre les barres suffisamment loin des bords de la pièce, - mettre des armatures transversales (étriers) qui s’opposent su développement de la fissure. Celui qui correspond  à la  rupture des cônes eux-mêmes : le le taux d’adhérence a une valeur limite, toléré en BA.

3-2-3 

Facteurs influant sur l’adhérence  

1)  Rugosité des barres et contraintes latérales : Les aspérités augmentent le taux d’adhérence, en particulie particulierr la rouille (sous réserve de brosser les barres avant). Une fois dans le béton, la rouille d’arrête.  d’arrête.  Il faut que les aciers aient une forme étudiée. Le taux d’adhérence est d’autant plus élevé que la contrainte de la compression de la gaine de béton qui entoure la barre est plus élevée. C’est pourquoi, il faut ancrer les aciers dans les zones comprimées. 2)  Traction et refoulement : Même taux d’adhérence dans les 2 cas.  cas.   traction

refoulement

3)  Influence de l’épaisseur de la gaine et des armatu armatures res transversales : L’adhérence est meilleure en plaine masse qu’au voisinage des parois.  parois.  Xavier Lauzin Août 2016

13 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  L’adhérence augmente avec le volume des armatures transversales. transversales.   4)  Influence de la quantité de béton : L’adhérence est proportionnelle à la contrainte de rupture à la à  la traction du béton. 5)  Influence de la forme de la barre : Les aciers circulaires présentent le meilleur taux d’adhérence d’adhérence..  6)  Valeur pratique du taux d’adhérence : d’adhérence : Entre 20 et 40 kg/cm²

Xavier Lauzin Août 2016

14 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  NOTION DE RESISTANCE DES MATERIAUX   Nous nous limiterons, dans ce chapitre à l’étude rapide de la théorie des poutres.  poutres.   En particulier, il conviendra de garder à l’esprit les hypothèses générales générales de cette théorie :  :  supposé homogène et isotrope. isotrope. Les déformations déformations subies,   Le matériau est supposé sous l’effet des charges extéri extérieures, eures, sont réversibles et de très petites dimensions (théorie de l’élasticité l’élasticité linéaire).  linéaire).    Les déplacements des points matériels entre eux sont négligeables (théorie dite du 1° ordre).

Il en résulte donc de ces hypothèses deux lois ou principes : :  qui stipule que les relations entre les forces   loi de Hooke généralisée :  extérieures, les contraintes et les déformations sont linéaires et homogènes.   le principe de superposition :  :  une contrainte (ou déformation) produite par plusieurs charges appliquées est la superposition des contraintes produites par chacune des charges supposée agir isolément.

Dans le cas particulier des poutres, à ces deux principes, s’ajoutent deux autres :  

 

le principe de St Venant : les :  les contraintes dans une section   éloignée des points d’application des forces extérieures ne dépendent que des sollicitations du système constitué par des forces appliquées d’un seul côté de . :   lorsqu’une poutre se déforme, les   le principe de Navier - Bernouilli :  sections droites restent planes.   F  ext   

      

Il en résulte que, pour pouvoir pouvoir appliquer la théorie des poutres, il convient de s’assurer que ces hypothèses sont effectivement effectivement respectées.

Xavier Lauzin Août 2016

15 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  On considère généralement que des résultats fiables pourront être tirés de cette théorie si les conditions suivantes sont remplies :  

La largeur de la poutre (dimension transversale) est petite devant sa longueur, soit de l’ordre de :  :   l

1 30



1 100

h l



1 5

 

 hl  51  

pour une poutre droite

pour un arc

  h

(« h » : hauteur de la poutre et « l » longueur de la poutre).    

Le rayon de courbure de la fibre moyenne est supérieur à 5 fois la hauteur. Pour une poutre à section variable, la variation doit être progressive progressive le long de la fibre moyenne.

Les charges char ges extérieures ext érieures appliquées a ppliquées sur une poutre sont des « actions » qui produisent à l’intérieur même de la matière formant cette poutre, des « sollicitations ». Les sollicitations les plus usuelles sont :   Le moment fléchissant (flexion de la poutre).    

L’effort (compression axiale).   axiale).  L’effort normal tranchant (cisaillementoudetraction la poutre).

Nous allons étudier dans ce qui suit, les différentes sollicitations pouvant être appliquées aux poutres. Notations utilisées : M N T

= = = e  =

t 

moment fléchissant effort normal effort tranchant contrainte de compression

t = contrainte d’effort tranchant  tranchant  E = module d’élasticité  d’élasticité  S = aire de la section

= contrainte de traction

Xavier Lauzin Août 2016

16 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  La compression / la traction Considérons une section droite d’une poutre quelconque, soumise à une force extérieure perpendiculaire perpendicul aire à cette dernière.  

    N

Soit S l’aire de la section ( ), cette force entraîne sur chaque élément de la surface ( ) une contrainte normale [perpendiculaire à ()] constante sur toute l’étendue de la section et valant :

t   

N S

 

   l

  l

Sous l’effet de cette force extérieure, les fibres de longueur initiale l subissent  subissent   un allongement l , tel que :

l l



N ES

 

En effet, d’après la loi d’Hooke généralisée, on sait que :  :   l or  t  La déformation vaut :   t  t     l E D’où   D’où

l l



et  t   

N   S

N   ES

La déformation agit donc dans le sens d’un allongement pour un effet de traction, et dans le sens d’un raccourcissement raccourcissement par un effort de compression.

Xavier Lauzin Août 2016

17 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  La flexion pure Considérons une poutre quelconque, et deux sections droites de cette poutre.

    

  

  ( f )

  x

 l

Si l’on soumet cette poutre à un système de forces provoquant la création d’un moment fléchissant, d’après le principe principe de Navier - Bernoulli, les sections () et (’) restent droites après déformation. déformation.    

    

     

  ( f )

L’allongement d’une fibre quelconque (f) comprise entre les sections ( ) et (’) est une fonction linéaire de ses coordonnées dans la section (). La contrainte dans la fibre (f) est alors, compte tenu de la loi de Hooke : = a + by + cz où les constantes a, b, c sont déterminées par le principe d’équivalence :  

    dy   dz  0  

(équilibre des forces)

   . y . dy . dz  M  

(équilibre des moments)

 . z dy   dz  0  

(on suppose M dirigé suivant x)





Xavier Lauzin Août 2016

18 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  

Ce qui entraîne finalement :

My I

 

où I est l’inertie de la section par rapport à l’axe principal portant le moment fléchissant. fléchissant.   L’allongement de la fibre (f) peut alors être considéré comme :  



l l



M. y EI

 

Le déplacement relatif de ( ) et (’) se traduit donc par une rotation :  : 



M. L EI

 

On représente généralement généralement les contraintes sur le diagramme suivant :

   My       I   (fi bre co mp rim ée )   y

  (axe ne utre )

  y '    My '       I   fi bre ten du e)

Xavier Lauzin Août 2016

19 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  Les sollicitations à l’effort l’ effort tranchant  tranchant  Son effet est généralement généralement concomitant à celui d’un moment fléchissant.  fléchissant.  La contrainte d’effort tranchant est donnée par :  :  t 

Tm Ib

 

Où Tm =  = moment moment statique de l’aire située au-dessus au-dessus de la parallèle à Gz.   b (y) (y)

t max  



T bz

 

  v  t (y)

z

I

0

  y

 

bras du levier du couple interne

   G

 tmax  tmax

  v '

La déformation d’effort tranchant est alors :  :    y

      

 

   T

   G    G

G'   x    G '

 l  l

 

T GS I

Xavier Lauzin Août 2016

 

(Où S  I  est la section réduite)  Pour un rectangle S  I  = 5/6 S losange S  I  =  = 30/31 S cercle S = 9/10 S  

20 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  La torsion Le problème général de la torsion est relativement complexe. L’étude est généralement faite par la théorie de l’élasticité dont nous retiendrons les éléments suivants :  

Les contraintes de torsion sont des contraintes contraintes tangentes qui se superposent superposent au

cisaillement contraintes sont perpendiculai perpendiculaires res au rayon vecteur issu du du centre de de torsion   Ces contraintes  

Pour un cercle ces contraintes sont proportionnelle proportionnelles s à ce rayon.

 S ecti ection on ci circ rc ulaire : Lors de l’analyse de la déformation de la section due à la torsion, le point M’ devient M’ 1  et donc : M’ M’1=Ɣ dx = τ/G dx= ρ dƟ.  dƟ.  Où ρ= GM=G’M’  GM=G’M’  Soit τ=Gρ dƟ/dx  dƟ/dx  La force élémentaire τ dϖ produit alors un moment élémentaire ρτ dϖ.  dϖ.   La somme de ces moments élémentaires doit équilibrer le moment de torsion Mt, d’où  : Mt=GIp dƟ/dx = τ/ρ I τ/ρ Ip Où Ip est le moment d’inertie d’inertie polaire. On en déduit que : τ=ρ Mt/I  p  et

dƟ/dx = Mt/ (G I  p )  )

 Application à un un cercle : cercle : Ip=Ix+Iy=2 π R4/4= /4=π π R4/2 Soit τ max  =0,63 7 Mt/ Mt/R R 3  et max =0,637

dƟ/dx=0,637 Mt/(GR 4 )  

 S ecti ection on rec recta tang ng ulaire : L’étude est faite à partir du développement en série et aboutit à une formule de la même forme que pour la section circulaire : dƟ/dx = Mt/(G*J) où J est le module de torsion J=Kab 3. On en déduit que : dƟ/dx = Mt/(GKab 3 ) et τ max  max =K’ Mt/(ab²) 

 Approximation de Caquot Caquot pour la détermination des paramètres K et et K’   K’ : On pose m=a/b 1/K = (1+1/m²)[0,225-0,035 ((m-1)/(m+1))²]  K’=0,601-0,226  K’=0,601 -0,226 (m-1)/(m²+1)0,5

Xavier Lauzin Août 2016

21 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

La pathologie des ouvrages en béton L a fis s ura I) La urattion : I.1) Définition :

C’est la manifestation extérieure et visible d’un état de contrainte que le matériau n’est pas capable de supporter. Cet état résulte de l’application d’actions engendrant des sollicitations amenant le matériau à la rupture. Il peu s’agir de contraintes de traction, traction, de compression ou de cisaillement incompatibles avec l’ouvrage.  l’ouvrage. 

I.2) Cas particulier du béton : Par nature le matériau béton possède une très faible résistance à la traction .La fissuration est donc généralement engendrée par une redistribution d’efforts amenant à l’épuisement de la résistance à la traction de la pièce sollicitée. La fissure se situe alors dans le plan sur lequel s’exerce la contrainte principale de traction. Il en résulte également que les contraintes principales de traction et de compression s’exercent sur des faces f aces perpendiculaires. perpendiculaires. Ces  Ces éléments sont illustrés par le cercle de Mohr ci-dessous :

Xavier Lauzin Août 2016

22 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  Application :

Il résulte alors de l’application l’application du cercle de Mohr le principe qu’une fissuration par traction est équivalente à une fissuration fissuration par cisaillementt sur des facettes disposées à 45 °. cisaillemen C’est également ce qui permet d’expliquer que des fissures par tassement différentiel sont disposées à 45° environ et non purement verticales. verticales.

I.3) Fissuration liée au fonctionnement de l’ouvrage : Ces fissures peuvent :  

soit provenir provenir de sollicitations sollicitations conformes conformes au au principe principe du calcul calcul (fissuration peu préjudiciable du BAEL par exemple), leur danger ne résulte alors que d’une valeur non appropriée de leur ouverture.   soit être engendrées par des sollicitations sollicitat ions non conformes au schéma de calcul .Elles sont alors le signal d’un fonctionnement anormal de la structure.  structure.  

Xavier Lauzin Août 2016

23 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  Exemples de fissures dues au fonctionnement f onctionnement de l’ouvrage : l’ouvrage : a) fissures de compression (gonflement du matériau par effet Poisson) :

b) fissures de traction (résultant d’une traction directe) : directe) :

c) fissures de traction (résultant d’une traction par flexion) : flexion) :

d) fissures de cisaillement cisaillement (résultant des bielles de compression sur appuis) :

e) fissures de cisaillement (résultant d’un effort de torsion) : torsion)  :

f) fissures de cisaillement cisaillement (résultant des bielles de compression le long d’un tirant) :

g) fissures longitudinales le long des barres (défaut d’adhérence) : d’adhérence)  :

Xavier Lauzin Août 2016

24 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)   h) fissures d’éclatement dans les zones comprimé comprimées es du béton : béton :

2016  2016 

i) fissures reliant les barres d’une poutre : poutre :

 j) fissures au droit d’un clavetage (traversantes ( traversantes au niveau de la bielle d’appui et de la zone d’ancrage des armatures d’effort tranchant) : tranchant) :

k) fissures de retrait ou d’hygrométrie (effort de traction superficielle à la suite d’une perte de volume du matériau) :

l) fissures thermiques (effort de traction sur une pièce bridée) :

m) fissures de retrait (liées à des dispositions constructives inappropriée inappropriées) s) :

n) fissures liées à des des phénomèn phénomènes es de fatigue :

Xavier Lauzin Août 2016

25 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

Ces phénomènes apparaissent apparaissent de façon privilégiée sur des structures soumises à des charges (statiques ou dynamiques) pouvant varier fortement en intensité et en fréquence dans le temps. Des essais réalisés sur des BHP ont mis en évidence les résultats suivants :

(doc. Annales ITBTP n°536)

Xavier Lauzin Août 2016

26 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  au et à sa mise en œuvre : I.4) F is s urat uration ion liée au m mat atéri  éri au Elles sont récapitulées dans le tableau ci-dessous ci-dessous (inspiré du Bulletin d’information n°183 du CEB) :

Il est à noter que les 5 premières causes de fissuration interviennent entre les premières heures et les premiers mois d’existence d’ex istence du béton. La mise en place plastique est due à l’écoulement du béton qui peut entraîner des poches vides au dessous des armatures. Les fissures par effet de corrosion des armatures sont la manifestation d’une augmentation de volume des aciers.

Exemples de fissures liées au matériau et à sa mise en œuvre.  œuvre. 

Xavier Lauzin Août 2016

27 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  Note sur la fis s urat uration ion précoce du bé béton ton : Les 4 principales causes sont : le ressuage : apparition d’une pellicule d’eau claire à la surface libre horizontale du o  béton frais avec tassement tassement progressif du squelette du béton sous l’effet de la pesanteur. Il peut alors apparaître des fissures f issures ouvertes (de plusieurs millimètre millimètres s parfois) au droit des obstacles s’opposant à ce mouvement de tassement.  tassement.  o  le retrait plastique : il s’agit du retrait exogène exogène par dessiccation qui se manifeste avant et pendant la prise. o  la contraction contraction thermique thermique après prise prise : elle est est due au caractère caractère fortement fortement exothermique de la réaction d’hydratation. d’hydratation. La température au sein du béton peut atteindre plusieurs dizaines de degrés avant retour à la température normale. le retrait par auto-dessiccation auto-dessiccation : il s’agit de la contraction contract ion isotherme en cours o  d’hydratation (phénomène d’hydratation  (phénomène endogène) o  le bridage (retrait gêné).

 Auto-dessiccation de la pâte ciment en fonction du rapport E/C  (source LCPC)

Les causes générales de fissuration précoces sont résumées dans le tableau ci-après :

Exemple de fissuration par retrait lasti ue.

Xavier Lauzin Août 2016

28 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

En 2015 dans le cadre du projet CEOS (Comportement et évaluation des Ouvrages Spéciaux), Spéciaux ), visant à valider les formules du calcul d de e la fissuration de l’Eurocode 2 pour des ouvrages spéciaux et en particulier pour les ouvrages massifs  massifs (semelles, radier…), il a été publié des « recommandations pour la maîtrise des phénomènes de fissuration ».

En ce qui concerne les effets de l’hydratation à jeune âge du âge  du béton, les principaux enseignements enseigneme nts de cette étude sont les suivants :   si la pièce est bridée lors de la phase de refroidissement, refroidisse ment, les contraintes contraint es de traction en résultant peuvent être la cause de fissuration. Il peut s’agir par exemple du bridage d’un  d’un radier par le frottement du sol sur lequel il est coulé ou d’une levée  

de bridée par sa le même radier. si lavoile pièce pièce est libre, cejonction sont lesavec différents écarts de température qui peuvent peuvent être à la base de la fissuration précoce du béton.

Ecarts de température (gradient thermique) pouvant générer des fissurations :   gradient thermique entre le cœur et la surface de la pièce pendant et après la phase de montée en température du béton ou après le décoffrage ou pendant la période de cure. La fissuration f issuration peut se produire : à court terme : dans les 3 jours qui suivent le coulage. il s’agit o  principalement d’une fissuration du parement en l’absence de ferraillage de peau ou de décoffrage trop rapide. Dans ce cas il convient de limiter la zone tendue de la pièce à 20% de son épaisseur sur chaque parement o  à long terme : dans les 10 à 30 jours pendant le refroidissement refroidiss ement du cœur, la pièce peut se trouver bridée par le prochain coulage. Ce bridage peut générer une fissuration au cœur de la pièce qui peut peu t déboucher sur les parements. différence différe nce de température entre une nouvelle levée de béton et la levée précédente liée au nouveau coulage. Elle intervient dans les 10 à 30 jours après le bétonnage d’épaisseur différente mais   différence de température entre 2 pièces de béton d’épaisseur coulées en une seule phase.

 

L’étude a également mis en évidence un effet d’échelle pour d’échelle pour les pièces massives. De fait, il a été noté que lorsque le volume chargé est important, la contrainte limite de traction du béton venait à diminuer (effet d’échelle de Weibull). W eibull).   Cet effet d’échelle est d’autant plus important que la qualité du béton est faible (contrainte de compression basse).

I.5) Caractérisation Caractérisation d’une fissure : fissure : Une fissure est caractérisée par les éléments suivants :  

l’âge : c’est le paramètre le plus difficile à estimer quand il n’est pas lié directement l’âge  à une cause accidentelle connue. Il a pour intérêt de permettre d’appréhender l’état de la fissure f issure (obstruction par la formation de cristaux de chaux rendant difficile l’injection,…).On l’injection,…).On considère qu’une fissure de moins de 2 ans peut être facilement injectable même si pour les réservoirs il a été constaté des calcifications à la mise en eau. l’ouverture  : c’est la valeur maximale de la distance entre les lèvres. Elle est   l’ouverture facilement facilem ent mesurable pour des fissures d’allure rectiligne (fissuromètre, compte compte-fil, -fil,  jauge, loupe de mesure linéaire…), linéaire…), elle l’est l’est moins pour des des fissures d’allure d’allure aléatoire. mesurable le de la fissure. L’orientation, L’orientation,   Le tracé : c’est l’orientation et la longueur mesurab comme nous l’avons vu précédemment est le révélateur de l’origine de la pathologie. Lorsque la fissure est continue sur son axe d’orientation, elle est dite fissure franche. franche. Lorsque l’axe d’orientation est interrompu, elle est appelée fissure discontinue.. La longueur de la fissure est couramment considérée comme le discontinue développé de la partie visible.

Xavier Lauzin Août 2016

29 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

 

La profondeur profondeur : une une fissure est dite dite traversante traversante si  si elle visible sur les 2 faces de la pièce, elle est dite aveugle aveugle si  si elle est traversante mais ne peut être accessibl accessible e sur une des 2 faces f aces (par exemple réservoir semi enterré pour la face côté terre).Une fissure est appelée de surface quand quand  son ouverture est maximale en surface et nulle quelque cm plus loin. L’activité  : c’est l’aptitude de la fissure à varier dimensionnellement dimensionnellement dans le temps.   L’activité On distingue les fissures mortes (ouverture mortes (ouverture constante quelles que soient les sollicitations telles que les variations de température, de charges appliquées,…) des fissures actives (ouverture actives (ouverture variable en fonction des facteurs extérieurs tels t els que ceux évoqués précédemment).La variation de l’ouverture s’appelle le souffle souffle de  de la fissure.

Les appellations suivantes sont généralement admises :   Microfissures : fissure dont l’ouverture est inférieure à 2/10° de mm  mm     Fissures : ouverture ouverture comprise entre 2/10° et 20/10° de mm   Lézardes : fissures dont l’ouverture est supérieure à 20/10° de mm.  mm.  

Xavier Lauzin Août 2016

30 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  IIII)) La L a dég rada radation tion du béton béton : Le béton est généralement considéré comme un matériau durable sous réserve qu’il ait été correctement formulé, correctement dimensionné et correctement mis en œuvre. Il  Il s’agit cependant d’un matériau qui reste sensible à des actions physico-chi physico-chimiques, miques, mécaniques et parfois biologiques. biologiques.

 S chéma ch éma de lla a dég radation des bétons et de lla a cor ro ross i on des armatures

II .1) Les dé dégg rad rada ation tionss physi co-chim co-chimiques iques : carbonatation et la corrosion II.1.1) La carbonatation corrosion des aciers aciers :  : Le béton des réservoirs et de façon plus générale des stations d’épuration ou de pompage est en contact avec l’air , avec l’eau (ou les effluents) et la terre (ou le sol en sol  en place). Or l’air ambiant contient du gaz carbonique (entre 0.03% et 0.10%) 0.10%) qui lorsqu’il est hydraté (par l’eau de pluie par exemple) exemple) se transforme en un acide faible (acide carbonique H 2CO3). La portlandite présent dans le ciment réagit alors pour former du carbonate de chaux selon : Ca (OH)2+CO2+H2O -------- CaCO3+2H2O Cette action a pour effet de faire baisser le PH de la phase interstitielle du béton pour le faire descendre au dessous de 9 pour une valeur initiale de 13. Si la carbonatation est plutôt favorable pour le béton (elle pourrait être comparée à la formation du calcin pour les pierres calcaires), elle est dommageable pour les armatures qui se retrouvent à un PH qui ne permet plus de garantir leur passivation.

Schéma de la corrosion des aciers :

Xavier Lauzin Août 2016

31 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

Diagramme de Pourbaix pour le système Fe-H2O : Domaine I : domaine d’immunité dans lequel le fer ne se corrode pas  pas   Domaine II : domaine de corrosion où se forment les ions Fe 2+ et FeOOHDomaine III : domaine de passivité où le fer se recouvre de Fe3O4 ou Fe2O3.

Schéma de la cinétique du comportement des armatures et du béton d’enrobage (Tuutti 1982)  1982)   Après une phase phase d’amorçage plus ou moins longue qui dépend dépend de l’enrobage l’enrobage des armatures, armatures, de la compacité du béton…on assiste à un développement développement rapide de la corrosion et par effet d’expansion à l’apparition des fissures de la zone située autour des aciers.  aciers.  Schéma de la carbonatation des bétons : bétons :

Différents essais ont été réalisés pour tester l’influence des paramètres entrant dans la composition du béton ou dans l’exposition de l’élément sur la profondeur de carbonatation.  carbonatation.  

Xavier Lauzin Août 2016

32 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

Ces essais sont résumés ci-après :  

Influence Influenc e de la résistance résista nce en compression du béton :

Evolution de la profondeur de carbonatation en fonction du temps (Balayssac 1992) Courbes 1 à 5 : bétons de CPJ-CEM II 32.5 avec des valeurs de fc28 valant respectivement : 20, 25, 30,35 et 40 MPa.

Il appa apparaît que pl plus us la rés is ta tance nce à lla a compres s ion es t é élevée, levée, m moin oinss la carbonat carbonatat ation ion es t rapide.

Comparaison entre la carbonatation d’un béton ordinaire (C25/30) et d’un béton HP  (C60/75).

Influence de la résistance à la compression du béton sur la profondeur de carbonatation. La profondeur de carbonatation peut être approchée par la formule : e = 125 exp (-0.05f c28 c28) 

Xavier Lauzin Août 2016

33 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016   

Influence de l’hygrométrie l’hygrométrie du milieu extérieur :

Influence de l’humidité sur la progression de la carbonatation (Wierig 1984)  1984)   Courbe 1 : t=20°C et 65% HR (ambiance extérieure) Courbe 2 : t=9°C et 77% HR (ambiance extérieure et sous abri) Courbe 3 : t=9°C et 77% HR (ambiance extérieure sous exposition à la pluie)

Cette expérience tend à démontrer que le phénomène de carbonatation se développe  plus pro profondément fondément s ur des bétons s oumi oumiss à une hy hygg rométr rométrie ie impor importante tante que s ur les autres.  

Influence du rapport E/C :

Influence du rapport E/C sur la profondeur de carbonatation (Skjolsvold 1986) Courbe 1 : éprouvette conservée 1 jour dans son moule et 27 jours dans l’eau  l’eau  Courbe 2 : éprouvette conservée conservée 1 jour dans son moule Les profondeurs de carbonatation sont mesurées après 6 ans d’ex d’exposition. position. L’influence de la quantité d’eau apparait clairement dans l’augmentation de la profondeur

de carbonatation.

Xavier Lauzin Août 2016

34 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)    

Influence du dosage en ciment :

2016  2016 

Influence du dosage en ciment et de la durée de cure sur la profondeur de carbonatation. L’augmentation du dosage en ciment intervient favorablement sur la profondeur de carbonatation.

Conclusion : la pathologie liée à la carbonatation et dépendante des paramètres évoqués cidessus est principalement assujettie à une donnée de base qui est l’enrobage des  aciers. Les prescriptions du BAEL, du FDP 18.011 et de l’EN206 l’EN206 sont  sont les suivantes :  

Béton au contact du sol, sol, voiles extérieurs, béton au au contact de liquides liquides faiblement agressifs (classes XA1)… : XA1)… : enrobage minimum 3 cm

 

Béton au contact de liquide moyennement agressif agressif : 4 cm

 

Béton au contact d’eau saumâtre ou dans les zones de marnage : marnage  : 5 cm.

Xavier Lauzin Août 2016

35 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

Exemple : Il s’agit de la vérification des épaisseurs d’enrobage au niveau d’un dessableur de STEP.

Vue des pa parois rois après coula coulagg e et en cours de fferraill erraillage age Les résultats des auscultations réalisées au pachomètre sont les suivants:

Pour un enrobage règlementaire de 4 cm, il apparaît que  jusqu’à 91.4% des armatures ne respectent cette condition.

Xavier Lauzin Août 2016

36 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

II .1.2) Réactions sulfatiques sulfatiques :

Ces réactions peuvent se produire produire en milieu marin ou au niveau d’effluents chargés e sulfates. De façon simplifiée, les réactions sulfatiques sont le résultat d’attaque des sulfates sur la chaux et les aluminates du ciment. Le produit final est l’ettringite  l’ettringite   (ou sel de Candlot).Le mécanisme est le suivant :

Ca (OH)2+H2SO4-----------CaSO4+2H2O Et 3 CaSO4+C3A+32 H2O-------------C3A.3CaSO4.32H2O-------expansion (Ettringite) Ce sel est présent dans le béton sain. On distingue alor s 3 types d’ettringite qui peuvent coexister dans un même béton béton :  :  

L’ettringite de formation primaire (sans expansion)  expansion)  

 

L’ettringite de formation secondaire (expansion possible)  possible) 

 

L’ettringite de formation différée à la suite d’une élévation de température (ex (expansion pansion possible).

L’ettringite de formation primaire  primaire  correspond au produit de l’hydratation des ciments. Les cristaux formés (forme aciculaire) apparaissent avant le durcissement du béton dans les espaces libres et contribue à la bonne cohésion de la pate cémentaire (cohésion à jeune âge).

. (doc. LCPC)

L’ettringite de formation secondaire  secondaire   cristallise dans le béton durci à la faveur de circulation d’eau dans les bétons et des sources de sulfates externes (sols,…) ou internes (quantités trop importantes dans les constituants du béton).

Elle cristallise sous forme aciculaire dans les espaces libres du béton (pores, fissures, interface pâte-granulats,…). pâte-granulats,…). L’ettringite de formation secondaire consécutive à un apport externe ou interne de sulfates est susceptible de générer des gonflements.

Xavier Lauzin Août 2016

37 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

L’ettringite de formation différée (DEF) ne (DEF) ne concerne que les bétons qui ont subi à jeune âge une augmentation de température supérieure à 65-70°C. Des cristaux peuvent se former après retour à une température ambiante et en présence d’humidité provoque des pressions de gonflement accompagnées de phénomène d’expansion.   d’expansion.

Les 3 types d’ettringite S our ource ce L LE E R M.

Ces réactions sulfatiques ont principalement lieu :  

Par actions des eaux séléniteuses

 

Par actions des eaux de mer (contenant 2.2g/L de MgSO4)

 

Par actions des remblais ou de sols contenant des sulfates

Xavier Lauzin Août 2016

38 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)    

Par actions des pluies acides (entraînant (entraîna nt le SO2 contenu dans l’atmosphère)  l’atmosphère) 

2016  2016 

Influence du rapport E/C sur les attaques sulfatiques (Ouyang 1988) L’agressivité du du milieu sulfatique dépend également de la concentration en ions SO 42-mais également de la nature du cation (Ca2+,Mg2+,Na2+,NH4+).Le fascicule de documentation FD P 18.011 donne des indications à ce sujet.

Influence de la teneur en C3A sur les attaques sulfatiques.

Il résulte de cette étude que les ciments contenant de l’aluminate tricalcique sont particulièrementt sensibles aux attaques sulfatiques. particulièremen sulfatiques.

Xavier Lauzin Août 2016

39 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)   La norme EN 206 préconise les dispositions suivantes :

2016  2016 

Exemples de réaction sulfatique sur une bâche à boue (STEP)

Xavier Lauzin Août 2016

40 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  C as pa particulier rticulier de lla a R éa éaction ction S ulfa ulfatique tique Inte Interne rne (RSI): Il existe en interne du béton une source de sulfates (ciment, eau, granulats) susceptible de créer une formation différée d’ettringite et donc de dégrader la pièce de béton. béton. La principale cause (indispensable mais pas suffisante) est l’élévation de la température durant la prise du béton.

Enregistrement des élévations de température dans une pièce massive (4*5*6 m)

La réaction sulfatique interne se traduit par une augmentation du volume de la pièce accompagnée d’une fissuration de surface du béton. bét on.

RSI sur une pile de pont en rivière .

Le Guide 2007 du LCPC a émis un certains nombres de recommandations pour éviter ce phénomène :  

Eviter les coulages à des rythmes très soutenus

 

Choisir le ciment et la formulation des bétons (ciment LH, eau glacée, granulats refroidis,…). Il convient en particulier d’éviter les ciments CEM I 52,5 R dans une pièce massive.

Xavier Lauzin Août 2016

41 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)    

2016  2016 

Eviter les les coulages coulages par par forte chaleur.

L’identification des pièces massives n’est pas évidente. Par exemple une semelle de 1,50m d’épaisseur coulée coulée en place avec du béton C30/37 dosé à 370 kg/m 3 de ciment CEM III/A 42,5 N atteindra une température maximum de 49°C alors qu’un voile de 0,60m d’épaisseur coulé avec du béton C40/50 dosé à 400 kg/m3 de ciment CEM I 42,5 R atteindra une température à cœurr de 65°C. cœu Il a donc été défini la notion de pièce critique : « P ièc ièce e de bét béton on pour la laquell quelle e la chale chaleur ur dég dégag agée ée ne s era que très pa partiellem rtiellement ent évacuée vers l’extérieur et conduira à une élévation importante   de la température du

béton bét on (épa (épais is s eur a au u mo moins ins s upérieure à 0,25 0,25m). m). »  A partir de là, il convient convient de catégoriser catégoriser l’ouvrage ou ou la pièce vis-àvis-à-vis vis du risque que l’on est prêt à accepter. Il s’agit d’un choix effectuer par le maître d’ouvrage et qui est fonction : fonction :  

De la nature de l’ouvrage  l’ouvrage 

 

De sa destination destinatio n

 

Des conséquences sur la sécurité

 

De sa maintenance

 

De sa durabilité.

Les catégories sont les suivantes :

Catégorie

Exemples d’ouvrages 

Catégorie I.

Ouvrages de classes de résistance inférieure à C16/20

Conséquences faibles ou acceptables

Eléments non porteurs Eléments remplaçables remplaçables Ouvrages provisoires provisoires

Catégorie II Conséquences peu tolérables

Catégorie III Conséquences inacceptables ou quasi inacceptables.

Produits préfabriqués non structurels Eléments porteurs Produits préfabriqués structurels

Bâtiments spéciaux (centrales nucléaires,…)  nucléaires,…)  Barrages Tunnels Ponts et viaducs exceptionnels exceptionnels Monuments ou bâtiments de prestige Traverses de chemin de fer.

Xavier Lauzin Août 2016

42 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

Il a été crée 3 classes complémentaires relatives à l’exposition des bétons aux risques de RSI, ces classes XH1, XH2, XH3 prennent en compte le fait qu’un des facteurs déclenchant est l’humidité.   l’humidité. Ces classes sont définies de la façon suivante :

 A chaque classe d’exposition d’exposition correspond un niveau de prévention dont le choix reste de la responsabilité responsabil ité du maître d’ouvrage : d’ouvrage :

Chaque niveau de prévention est défini dans le Guide de la façon suivante :

Nivea u de prévent prévention ion Ni veau As

C onditions Tmax ˂ 85°C  85°C  Ou 85°C ˂ Tmax  ˂90°C et durée pendant laquelle la température dépasse les 85°C inférieure à 4h.

BS

Tmax ˂ 75°C  75°C  Ou 75°C ˂ Tmax ˂85°C et

Xavier Lauzin Août 2016

 

Soit la durée pendant laquelle la température dépasse les 75+C inférieure à 4h et le taux de 3 Na2O actif est inférieur à 3 kg/m  

 

Soit il est utilisé un ciment ES

43 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

Cs

2016  2016 

 

Soit il est utilisé des ciments de type CEM II/BV ; CEM II B-S ; CEM II B-Q ; CEM II/B-M ; CEM III/A ou CEM V avec SO3 du ciment inférieur à 3% et C3A inférieur à 8%

 

Soit il est réalisé une vérification de la durabilité du béton (essai de performance vis-à-vis de la RSI)

 

Soit il est utilisé des combinaisons avec du CEMI des cendres volantes, des laitiers et des pouzzolanes tels que la proportion d’addition soit supérieure à 20% et le C3A est inférieur à

8% et le SO3 inférieur à 3%. Tmax ˂ 70°C  70°C  Ou 70°C ˂ Tmax ˂80°C et Les mêmes conditions que pour le niveau Bs.

Ds

Tmax ˂ 70°C  70°C  Ou 65°C ˂ Tmax ˂75°C et Utilisation d’un ciment ES avec un taux de Na20 actif inférieur à 3 kg/m3 Validation de la formulation par un laboratoire expert en RSI.

Xavier Lauzin Août 2016

44 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  Exemple : Attaque sulfatique en pied de vis de relevage d’une STEP.  STEP.  

-réaction : II.1.3 ) L’alcali -réaction Les mécanismes de l’alcali l’alcali réaction sont les suivants :  

Les granulats naturels naturels ont acquis un équilibre chimique au cours de leur leur évolution géologique. Ce dernier se trouve brutalement modifié lors de leur incorporation dans une matrice cémentaire fortement alcaline.

 

La recherche d’un nouvel équilibre passe par des réactions à l’interface entre le ciment et le granulat qui peuvent être bénéfiques (formation de carboaluminates par exemple) ou néfastes (alcali réaction).

 

Ce phénomène est une réaction solide liquide entre des formes de silice réactive des granulats et la solution alcaline de la matrice cémentaire.Il en résulte la formation de gels calco-alcalins calco-alcalins susceptibles de s’expanser à l’intérieur du béton et conduire à des fissurations.

Les différents types d’alcali d’alcali réactions sont alors les suivants :  

Réaction alcali alcali silice : elle se produit produit avec des roches comportant des formes de silice amorphe telles que l’opale, l’opale, la cristobalite, la trydimite… trydimite…   Mécanisme :SiOH+OH---------SiO- +H2O SIO- + NA+------------SiONa Et en même temps :SiOSi+2OH----------SiO- + -OSi +H2O Cette double équation conduit à la formation d’un gel calco -alcalin polymérisé.

 

Réaction alcali silicate : elle met en jeu des roches métamorphiques, métamorphiques, sédimentaires ou ignées.

Xavier Lauzin Août 2016

45 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)    

Réaction alcali carbonate : elle se produit avec des roches dolomitiques. dolomitique s.

2016  2016 

Les différents types de silice silice réactive sont sont contenus dans les minéraux minéraux suivants (doc Recommandations du LCPC) :

Propriétés expansives expansives des gels : Les pressions de gonflement induites par l’alcali l’ alcali réaction et déterminées par calcul théorique peuvent varier de 45 à 140 MPa alors que l’expérimentation donne des valeurs de 3 à 10 MPa. La morphologie des gels est également différente d’un béton à un autre.   Il n’en n’en demeure  demeure pas moins que la pathologie résulte bien du caractère expansif des gels.

Il a été établi des: critères visant à quantifier la réactivité des granulats, ils sont résumés dans le tableau ci-après

Xavier Lauzin Août 2016

46 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

R ecomm ecommand andat ations ions LC P C de 1991 1991.. (Pour les travaux neufs on pourra se référer au FD P18-542 « Alcali réaction ».)

La typologie des désordres est la suivante :

Fissuration en macro faïençage selon des mailles de plusieurs décimètres de coté avec traces d’humidité et exsudation des gels expansifs  expansifs  

Fissuration du béton (mur de soutènement Ste Hyacinthe-Québec).

Fissuration orientée dans le sens des contraintes pour les ouvrages précontraint ou fortement armés

Xavier Lauzin Août 2016

47 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

 A lcali-r lcali-réaction éaction dans un mur de ssoutènement outènement (S (Ste te Hy Hyacin acinthe-Qu the-Québec) ébec).. Formation éventuelle éventuelle de cône d’éclatement pour les granulats proches du  du   parement (photo LCPC)

Observations pratiques des gels d’alcali -réaction -réaction au ME B  :

Les photos suivantes sont issues des observations au Microscope Electronique à Balayage couplées à des analyses chimiques chimiques sur des sections polies et des fractures fraiches d’un échantillon de béton.

Xavier Lauzin Août 2016

48 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  Les analyses chimiques donnent les résultats suivants :

Les éléments précédents montrent la présence de gels d’alcali-réaction d’alcali-réaction et de rosettes silicocalco-alcalines calco-alcali nes dans les échantillons échantillons de béton

Xavier Lauzin Août 2016

49 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  II.1.4) Attaque des eaux pures et eaux de mer :

L’eau de mer de part sa composition riche en sulfates et en chlorures est l’un des milieux les plus agressifs pour le béton. On ajoute à la formation d’ettringite vue précédemment préc édemment une attaque des chlorures selon le processus décrit ci – ci –après après : Les chlorures qui ne sont pas fixés chimiquement dans la matrice cémentaire peuvent migrer plus ou moins profondément dans le béton par capillarité sous l’effet des alternances d’humidification d’humi dification et de séchage. Ils peuvent alors atteindre en nombre suffisant les armatures pour les dépassiver. La capacité de fixation des ions chlorures est fonction de la quantité d’aluminate tricalcique tricalcique C 3 A présente dans le ciment.

De plus la diffusion des ions CL- dans la matrice cémentaire est directement liée au rapport E/C comme le montre les diagrammes ci-après (selon Doc .LCPC) : Fig ure a a)) : solution contenant 150 g/l de CL- avec des rapports E/C respectivement de 0.71, 0.47, 0.23. d’E/C de  de 0.47. Fig ure b) : solution à 30 g/l et 150 g/l pour une valeur d’E/C

Xavier Lauzin Août 2016

50 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

Le temps d’amorçage dépend du coefficient de diffusion des chlorures libres et par conséquent de la porosité du béton. On retrouve une analogie avec les phénomènes de carbonatation évoqués ci-dessus, la courbe de la durée d’amorçage en fonction de l’enrobage est similaire.  similaire. 

L’eau de mer contient également des sulfates susceptibles de g générer énérer des réactions sulfatiques selon le schéma suivant :

Xavier Lauzin Août 2016

51 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

Schéma de détérioration du béton par l’eau de mer .

Exemple d’attaques des sels marins.  marins. 

Xavier Lauzin Août 2016

52 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

Il est possible de prélever des éprouvettes de béton par carottage et de les faire analyser selon les détails ci-après (exemple Eurofins) :

Xavier Lauzin Août 2016

53 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

Xavier Lauzin Août 2016

54 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  Interprétation des résultats : Les résultats ci-dessus permettent de mettre en évidence les éléments suivants :

La composition du béton comporte un mélange de ciment et de granulats siliceux (94% d’éléments silicatés environ). Le dosage en ciment est relativement faible, de l’ordre de  300 kg /m 3 pour une teneur en eau de 242l/m3, soit un rapport E/C de l’ordre de 0.80. La norme sur les bétons EN 206.1 aurait classé cet environnement en  XS 3  (zone de  3

 pour un marnage). conduit à un dosage en liant de 350 kg /m rapport résistance minimale à la équivalent compression de 35 MPa. Il en E/CCedeclassement 0.50  et une résulte que le béton en place est largement sous dosé en ciment et sur dosé en eau, d’où un béton peu compact et très sensible à la pénétration de l’eau de mer.  mer.   La détermination du taux d’hydratation donne une valeur de l’ordre de 18% pour une valeur attendue de 17%, ce qui valide une prise normale du liant dans le béton coulé. La porosité du béton est mesurée à 15.4 % pour une masse volumique de 2187 kg/m3. Ces valeurs corroborent la remarque précédente sur la la réalisation d’un béton relativement poreux. Le dosage en chlorures libres (solubles dans l’eau de mer) a été réalisé à 3

 profondeur  prof ondeur s dif différ férentes entes,, en s urf urface ace ((côté côté mer mer),), à -5 c m et à -10 ccm m de la s ur urface. face. Les valeurs obtenues sont significatives puisqu’el les les s ont de 1.14% e en n s urf urface, ace, de 0.52% à -5 cm et de 0.48% à -10 cm. La moyenne du dosage en chlorures sur la totalité du carottage est de l’ordre de 0.63%, au niveau de l’armature située à -10 cm de la surface, la teneur en chlorures ramenée au dosage en ciment est de 3.5%. La corrosion des armatures par les chlorures est constatée sur l’échantillon, il est à noter qu’elle se situe à -10 cm de la surface (l’enrobage règlementaire pour

un béton béton de cla class s e XS 3 es estt de 5cm).

Xavier Lauzin Août 2016

55 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  II.1.5) A tt tta aque pa par les cycles g el dégel : Il s’agit là des dégradations causées au béton par la pénétration des eaux de surface dans le béton par le réseau capillaire et la fissuration et engendrant des contraintes par gonflement. Les symptômes les plus courants sont :  

L’écaillage de la surface la surface du béton



  Le gonflement de la structure accompagné d’une fissuration en réseau.  réseau.   Les paramètres influençant influençant les mécanismes de congélation congélation sont les suivants :  

La porosité porosité de la la matrice cémentaire et plus particulièrement particulièrement la distribution et la taille des pores (espacement critique des bulles d’air)  d’air)  

 

Le degré de saturation critique ou le rapport entre la quantité d’eau gelable et le volume disponible pour son expansion

Eau totale et eau non gelable : La fraction d’eau non gelable (ici 8%) 8% ) peut atteindre 20 % dans une pâte de ciment complètement hydratée.  

La transformation d’eau en glace en fonction de la température , de la pression, de la taille des pores.

On note une baisse de la température températur e de fusion de la glace avec la diminution du rayon des pores.

Xavier Lauzin Août 2016

56 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016   

La transformation de l’eau en glace avec une expansion de 9% en volume et l’expulsion de l’eau hors des capillaires avec les contraintes mécaniques afférentes. On note l’influence de l’air entraîné.

 

L’influence du taux de refroidissement.  refroidissement.  

 

Le nombre de cycles gel dégel.

Xavier Lauzin Août 2016

57 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)   II.2) L a dégr ad adat ation ion par par agr es esss ions mé mécaniques caniques :

2016  2016 

Il s’agit principalement des phénomènes d’abrasion et d’érosion pour les ouvrages en contact avec des circulations intenses d’eau éventuellement chargée de particules sableuses. sableuses. La pathologie apparaît sous la forme d’une usure de surface, surface, un écaillage du béton.

Une autre agression mécanique est le choc : par exemple choc accidentel d’un camion sur le fût d’un château d’eau ou sur les poteaux d’un bâtiment abritant des bennes .

II.3) Les att ttaq aques ues ba bactériologi ctériologi ques : Bien que peu fréquentes, des attaques bactériologiques ont été mises en évidence dans des ouvrages en béton au contact des eaux résiduaires urbaines. Ce type d’attaque est le fait de Thio Bacillus qui par oxydation oxydation de l’H2S en H2SO4 sur les parois qui condensent attaquent la Portlandite du béton pour former de l’ettringite (voir ci dessus).

Xavier Lauzin Août 2016

58 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  La pathologie des ouvrages en maçonnerie.

Généralités :  : I) Généralités

L’utilisation de la maçonnerie L’utilisation maçonnerie au niveau niveau des Stations d’épura d’épuration ou de pompage se limite généralement à des ouvrages annexes aux réservoirs de part son incapacité à assurer la contrainte d’étanchéité propre aux réservoirs.  réservoirs.  Elle permet la réalisation de locaux techniques (ateliers, laboratoire, local pompes…) pompes…)  

pouvant nt affecte affecterr les maçonneries maçonneries  : II) P rinc ipaux désordres pouva

II.1) La fissuration : Les principes évoqués ci-dessus pour le béton armé sont également applicables aux murs maçonnés. Il s’y ajoute le fait que l’ensemble n’est plus monolithique mais le résultat de l’assemblage de matériaux manufacturés (briques, (briques, agglomérés de béton,…) béton,…) et de joints de montage. L’ensemble est généralement enduit pour des raisons raison s d’imperméabilisation à l’eau de pluie. Nous allons distinguer les différents types de fissuration en fonction de leur tracé (voir définition ci-dessus) :

II.1.1) L es fis s ures de tracé mul multtidirectionne idirectionnell : Ces éléments ne possèdent donc aucune direction privilégiée. On les rencontre principalement dans les enduits .Il . Il ne s’agit  s’agit  de fissuration de retrait des enduits à base de liants hydrauliques pour les raisons suivantes :  

Dernière couche trop d dosée osée en ci ciment ment

 

Evaporation trop rapide

 

Support insuffisamment mouillé

 

Sable trop fin

 

Couche trop mince

Xavier Lauzin Août 2016

59 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

Exemple de « faïençage » de l’enduit. l’enduit.

L es fis s ures de tracé horizonta II.1.2) Les horizontall : On les divise de la façon suivante :  

Fissures résultant d’une simple hétérogénéité du support  support   : elles se traduisent dans l’enduit aux jonctions de matériaux ayant des comportements thermo hygrométriques différents. Par exemple c’est c’est le cas de la jonction entre un linteau béton et un mur maçonné situé au dessus.

Xavier Lauzin Août 2016

60

60 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

Fissures horizontales liées à la juxtaposition de matériaux différents sous l’enduit .

Fissuration de l’enduit au raccordement entre des  s tru tructur ctur es en béton armé et des

remplissages en maçonnerie.  

Fissures résultant de l’interaction mur - plancher : elles sont apparues récemment lorsque les constructions modernes ont privilégié des murs de moins en moins épais et des planchers de plus en plus « nerveux ».La ». La différence d’inertie d’inertie ne permet pas au mur d’éviter la rotation d’appui du plancher. Il s’ensuit des fissures d’allure horizontale situées sous l’appui l’ appui de la dalle environ deux rangs en dessous.

 

Fissures résultant d’un défaut de réalisation  réalisation   : reprise après arrêt du montage d’une même assise.



  Fissures liées à desauproblèmes surau solniveau gonflantdes : elles app apparaissent araissent de façon privilégiée dessus de d des esfondations libages ou linteaux et sont principalement dues à une rotation des fondations.

Fi s s uration uration liée au mode de fondation fondation sur s ols g onflants. onflants.

Xavier Lauzin Août 2016

61 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

II.1.3) Fi s s ures de tracé tracé vert vertical ical : On les divise également de la façon suivante :  

Fissures résultant d’une hétérogénéité du support (dito fissures horizontales)  horizontales) 

 

Fissures dues aux phénomènes phénomènes thermiques : absence de joint de dilatation sur une façade exposée par exemple.

 

Fissures liées au coup de sabre : éléments de maçon maçonnerie nerie prédéco prédécoupés upés mis en œuvre au droit d’un joint.  joint. 

E xemple xemple de coup de sabre.

 

Fissures liées à des maçonneries insuffisamment sèches :

Fissuration d’enduit posé sur des maçonneries de blocs insuffisamment secs.  

Xavier Lauzin Août 2016

62 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  II.1.4) F is s ures de tracé tracé oblique oblique ou haché haché : Elles ont 2 causes principales :  

Le retrait : en particulie particulierr au niveau des angles de baie (retrait du à la pièce d’appui coulée en place).Elles sont alors inclinées à 45° vers l’extérieur de la baie et suivent les joints de maçonnerie.

 

Les contrain contraintes tes de cisaillement dues à des c charges harges différente différentes s sur le même panneau de maçonnerie (par exemple descente de charge sur un trumeau et sous une allège) mais aussi dues à des tassements différentiels de fondations (voir ci-dessus pour le matériau béton)

Fissure de tassement différentiel de l’angle l’ angle du bâtiment. 

Fis s ures à 45° sous c ha harg rg es différent différentes es .

Xavier Lauzin Août 2016

63 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

II.2 ) l’étanchéité  : Il s’agit principalement principalement de : Défaut d’étanchéité des façades du à une erreur de conception du mur (épaisseur, exposition,…) exposition,…)   Remontées capillaires au travers des maçonneries. Ces éléments ne seront pas développés ici étant donné leur faible implication dans les STEP et les ouvrages de génie civil..

Xavier Lauzin Août 2016

64 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

La pathologie des ouvrages en matériaux composites

I) G éné énéra rallité itéss s ur les les matéri ria aux comp compos os ite itess  : Les pathologies fréquemment apparues sur les bétons et les structures métalliques ont conduit au développement des matériaux composites dans le mode du bâtiment et du génie civil. Par définition, on considère comme matériau composite tout matériau matér iau constitué de deux éléments dont les propriétés une fois composées sont supérieures à celles des éléments pris séparément. Ces matériaux, pour la plupart issu du monde aéronautique (comme le tissu de fibre de carbone de Freyssinet par exemple), sont utilisés dans le monde de la construction sous plusieurs formes :  

Renforcement de structures existantes (bois, béton, métal).   Structure complète réemployant les structures béton, métal ou bois.   Couvertures, regards, protection anti-acide, sur les ouvrages fortement agressés.

Composition des matériaux composites Les matériaux composites en général sont formés:    

D’une matrice.  matrice.  De fibres de renfort. La matrice Son rôle est d’entourer, de protéger les fibres.  fibres.   Elle permet également :

       

De transférer les contraintes entre les fibres. De protéger les fibres contre les conditions ambiantes. De protéger mécaniquement les fibres (chocs,…). (cho cs,…).   D’empêcher la déformation des fibres.  fibres.  Le choix de la matrice doit être réalisé en fonction de la destination du produit final.

Xavier Lauzin Août 2016

65 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)   Il existe un grand nombre de matrices que l’on peut classer suivant 4 grandes familles :  

Les matrices polymères : Polyester Vinylester

Epoxy thermostables Phénolique Polyamide Thermoplastique (polycarbonate) Polyuréthane Silicone  

Les matières métalliques  Aluminium Titane Magnésium  Acier inoxydable inoxydable

 

Les matrices céramiques  Alumine (Al2O3) Carbure de silice (SiC) Nitrate de silice (Si3Ni)

 

Les matières minérales Mortier de ciment Mortier d’argile  d’argile 

Dans le génie civil, les matrices les plus utilisées sont celles des groupes 1 et 4. Nous n’étudierons pas ici celles du groupe 4 puisque leurs applications consistent principalement en la réalisation de chapes de mortier morti er armées de fibres métalliques ou synthétiques ou d’éléments de terre cuite fibrée. f ibrée.   Dans le 1er  groupe, nous allons établir un rapide comparatif entre les matrices thermostables et les matières thermoplastiques Matières thermostables

Matières thermoplastiques

Très basse viscosité avant séchage. Stabilité thermique

Temps de séchage très court Faible retrait au séchage

Bonne résistance chimique Bonne capacité d’imprégnation  d’imprégnation  Facilité de fabrication Economique

Bonne résistance au chlore Bonne capacité à la déformation Durée de stockage illimitée Possibilité de modifier les formes Possibilité de réparation et de recyclage Bonne résistance à la déchirure

Il en résulte qu’à ce jour, les matrices les plus utilisées dans le l e monde de la construction sont les résines thermostables (coût). Parmi les plus courantes, chacune présente des avantages dont il conviendra de tenir compte pour s’assurer de leur compatibilité avec l’ouvrage à réaliser. réaliser.  

Xavier Lauzin Août 2016

2016  2016 

66 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  Résines polyester        

       

Viscosité basse (facile à travailler) Temps de séchage rapide Retrait important au séchage. Possibilité de séchage à température ambiante ou à hautes températures. Bonne résistance électrique. Bonne résistance au feu. Bon rapport qualité/prix. Bonnes propriétés mécaniques, bien qu’inférieures aux autres résines

Résines Vinylester      

   

   

Bonnes propriétés mécaniques. Excellente fluidité. Bonne adhérence avec les fibres de renfort. Bonne résistance à la corrosion. Bonne résistance aux agents chimiques. Temps de séchage rapide. Retrait important au séchage.

Polyester

 

         

 

 

Epoxy

Résistant :

Eau Fioul Essence

 Alcool Essence Benzol Eau minérale Graisses

Non résistant :

Acides Javel Benzol  Alcool Toluène

Ester Composés alcalins Huiles

Xavier Lauzin Août 2016

Résines époxy Excellentes propriétés mécaniques (résistance,…).   (résistance,…). Faible retrait pendant le séchage. Bon comportement électrique. Temps de séchage importants. Coût élevé. Bonne adhérence avec toutes les fibres. Bonne résistance aux agents chimiques et solvants. Faible résistance aux températures élevées.

Phénophtaléin e Eau Huile Graisses Essence Benzol  Alcool  Acides et composés alcalins concentrés

Résines phénoliques  

 

   

 

   

Excellentes caractéristiques électriques. Bonne résistance aux températures élevées. Bonne résistance à l’abrasion.   l’abrasion. Bonne résistance aux agents chimiques et solvants organiques. Excellente adhérence avec les autres résines. Stabilité dimensionnelle. Faibles propriétés mécaniques

Vinyles ter

Polyamide

Eau de mer Goudron Dioxyde de chlore

Ether  Alcool Kérosène

H2SO4  (75 %) NaO Cl (6 %) NaOH (15 %)

Composés alcalins  Ammoniaque Humidité

67 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  Les fibres Les fibres sont incorporées à la matrice pour la renforcer. Les fibres f ibres peuvent avoir une orientation privilégiée ou non. L’influence de la direction des fibres sur les caractéristiques mécaniques du matériau est à prendre en compte. Les principales fibres de renfort utilisées dans les matériaux composites sont :    

Les fibres de verre (fibres de type A, E, B, S, R). Les fibres synthétiques (polypropylène, polyéthylène, nylon, polyester).   Les fibres de carbone.   Les fibres d’aramide.  d’aramide.  Les fibres de verre sont les plus utilisées dans les matériaux composites destinés à la construction. Fibres de verre

Fibres de carbone

 Bonne

résistance mécanique  Bonne densité  Incombustible  Bonne stabilité dimensionnelle

 Bonne  Bonne

 Imputrescible  Economique  Bonne résistance

 Bonne

rigidité densité  Haute résistance mécanique  Bas coefficient de dilatation

aux

agents chimiques bonne résistance à la fatigue que les autres fibres  Haute dureté  Moins

stabilité dimensionnelle  Coût élevé  Faible résistance au choc  Favorise la corrosion de type galvanique avec les métaux

Fibres d’aramide  d’aramide 

Fibres synthétiques

 Poids faible  Bonne résistance

Polypropylène au  Matériau inerte choc  Bonnes propriétés  Bonne résistance à la mécaniques traction Polyéthylène  Très faible résistance à  En additif de ciment et la compression aux agents chimiques  Stabilité mécanique entre -30°C et 200°C

 Résistance

en géotextile Nylon  Bonne résistance à la traction (géo synthétique) Polyester  Les plus utilisées mais pas les plus performantes

Tableau récapitulatif des avantages et inconvénients de chaque type de fibre.

Xavier Lauzin Août 2016

68 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

II ) P ri II) rinci ncipa palles pa patthol holog og ies de dess matéria ériaux ux compo com poss it ite es :

2016  2016 

II.1) Les incompa incompattibilit ibilités és chimiques ent entre re mat matric es et fibres : N’importe quelle fibre ne peut renforcer n’importe quelle matrice.  matrice.  Ces compatibilités sont résumées dans le tableau suivant :

La pathologie découlant d’une incompatibilité se traduit généralement par un défaut d’adhérence entre la fibre et la matrice ainsi qu e par un vieillissement prématuré du complexe. Il est à noter également des cas de corrosion galvanique entre l’aluminium et les fibres de carbone. Il en résulte que les bonnes parités fibre matrice sont généralement les suivantes :

.

Xavier Lauzin Août 2016

69 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  II.2) Les incompatibilités chimiques entre matériaux composites et milieu environnant envir onnant : Les matériaux composites sont pour la plupart insensibles aux produits chimiques courants. Il n’en demeure pas moins que certains produits tendent à détériorer de façon irréversible certains complexes. Par exemple les décapants de peinture attaquent les résines époxydes. Les principales causes de dommages sont résumées dans le tableau ci-après :

terr Polyes te

E poxy

P hénop hénophta htalé léine ine

Vi nyles te terr

Polyamide Polyam ide

R ésis tant :

Eau Fioul Essence

 Alcool Essence Benzol Eau minérale Graisses

Eau de mer Goudron Dioxyde de chlore

Ether  Alcool Kérosène

Non résis ta tant nt :

 Acides Javel

Ester Composés alcalins

Eau Huile Graisses Essence Benzol  Alcool  Acides et composés alcalins

H2SO4  (75 %) NaO Cl (6 %)

Composés alcalins

Benzol  Alcool Toluène

Huiles

concentrés

NaOH (15 %)

 Ammoniaque Humidité

modific ifica ations de dess pol polymère ymèress pa parr les r adia diattions : II.3) L es mod Les principales liaisons chimiques présentes dans les matériaux composites ont des énergies de liaison voisines de 100 kcal/mole (soit quelques électrons volt). L’emploi d’une source d’énergie supérieure à celle des liaisons chimiques est donc susceptible de modifier chimiquement le polymère. En particulier à l’état naturel la la lumière possède suffisamment d’énergie pour p our attaquer les liaisons internes des composites.

Il en résulte qu’en l’absence de protection complémentaire mise en œuvre sur les premiers matériaux composites, il a été constaté une pathologie qui se traduisait par une perte d’élasticité du matériau et un délaminage rapide.

Nota : c’est  c’est  par exemple encore le cas par exemple sur les voiles en fibres exotiques des bateaux qui ne sont pas protégées du rayonnement r ayonnement solaire.

Xavier Lauzin Août 2016

70 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016 II.4 ) L’osmose : Il s’agit d’un phénomène visant principalement les stratifiés con stitués de fibres de verre noyées dans une matrice polyester protégés par une peinture du type gel-coat gelcoat en présence d’eau.  d’eau.  Il est admis que la migration de l’eau au travers du gel -coat sous forme de vapeur attaque la stratifié pour former des solutés qui en e n l’état se trouvent piégés derrière la membrane constituée par le gel-coat. Il en résulte l’apparition de cloques remplies d’acide acétique pouvant à terme entraîner une détérioration irréversible du stratifié.

Photo de cloquage du à l’osmose

II.5) délaminag inag e : II .5) Le délam Le délaminage des matériaux composites fait l’objet de nombreuses études. études.   Il s’agit entre autre d’identifier les critères de délaminage basés sur le cisaillement d’interface ou sur le calcul du taux de redistribution des énergies aux interfaces entre la fibre et la matrice. L’essai de délaminage est défini dans la norme NFT 57-104.Il 57 -104.Il se présente sous la forme suivante :

Xavier Lauzin Août 2016

71 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

Essai de délaminage sous l’effet d’une répartition de contraintes de flexion  

On en déduit une valeur conventionnelle de la contrainte de rupture inter laminaire. Le délaminage est à l’origine de bon nombre de pathologies liées à : à  :  

Une contrainte imposée au matériau supérieu supérieure re à la c contrainte ontrainte de calcul

 

Un défaut de fabrication du stratifié

 

Une utilisation du composite ne correspondant pas à sa destination initiale.

E xemple de déla délaminag minag e par par flam flambeme bement nt local. local. (doc.Mat (doc .Matéri ériaux aux C omposites ompos ites )

Xavier Lauzin Août 2016

72 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016 II.6) La rupture rupture du s trat ratifié: ifié: Les matériaux composites peuvent avoir un comportement isotrope ou anisotrope suivant la nature du renfort présent à l’intérieur du pli.  pli.   En effet le mélange renfort matrice peut se présenter sous la forme :  

Renfort unidirectionnel+matrice

 

Renfort tissu (chaîne + trame)+matrice

 

Renfort mat+trame

Un pli unidirectionnel aura un sens privilégié de contrainte comme le montre le tableau ci-après :

Il en résulte que la direction et le sens des contraintes doivent être définis de façon très précise et le renfort du composite positionné en conséquence.

Xavier Lauzin Août 2016

73 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  E xempl xemple e de pa pathol tholog og ie liée à une erreur de pos positionnement itionnement du renfort   ::

Calcul des sollicitations : sollicitations : -pour la paroi rectangulaire

-pour la zone semi-circulaire

 A la jonction entre la partie rectangulaire du réservoir et la partie semi-circulaire on constate un changement brutal des sollicitations. L’absence de renfort de la fibre dans cette zone a conduit à une ouverture de l’ouvrage (déchirure du composite) sous l’effet de la poussée de l’eau.  l’eau. 

Xavier Lauzin Août 2016

74 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016  Autre exemple de pathologie pathologie liée à l’absence de continuité de la fibre  :

Pathologie liée à un défaut de caractérisation des contraintes au droit du pieds et à un défaut de mise en œuvre des tissus. tissus.  

Xavier Lauzin Août 2016

75 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016  II.7) L a rupt rupture ure des des as s em embl bla ag es es:: L’assemblage des matériaux composites entre eux demeure une source de difficultés engendrant de fréquentes pathologies. Ces assemblages peuvent être réalisés de plusieurs façons :  

Par rivetage ou boulonnage d’éléments métalliques métalliques  

 

Par collage

Dans le premier cas le le perçage nécessaire à la réalisation de l’assemblage reste un facteur de fragilisation du matériau. matériau. L’affaiblissement L’affaiblissement local de résistance peut être estimé à environ 50% en traction et 15% en compression. Comme pour les matériaux traditionnels (acier, bois), le trou est le site de concentrations de contrainte entraînant une fissuration du stratifié selon les schémas suivants (pression diamétrale, pression de matage) :

(doc.Matériaux Composites)

Il en résulte les modes ci-après ci-après de rupture d’assemblage : d’assemblage :

L’assemblage par collage des matériaux est satisfaisant dans la mesure où : où  :   Le join jointt collé travaille par c cisaillement isaillement dans son plan

o

  Il n’y a pas de contraintes parasites de traction (liées par exemple à des moments secondaires inhérents à des défauts d’épure) dans le  joint.

o

Xavier Lauzin Août 2016

76 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016

La pathologie des ouvrages en métal

énéral ralii tés s ur les ma mattéri éria aux mét éta alli ques :   I) G éné Si l’on excepte les pathologies liées à des erreurs de conception , de calcul ou de réalisation, qui ne sont pas spécifiques aux ouvrages de génie civil des stations de traitement des eaux et des stations de pompage, la principale cause de désordre vient de la corrosion du métal.

II ) La II) L a corr corros os ion des des métaux :   On trouvera dans de nombreux ouvrages les causes et l’explication de ce phénomène. phénomène.   Pour résumer, on considère qu’il s’agit d’un phénomène électrochimique dans lequel l’acier joue le rôle d’anode soluble et se tr ansforme ansforme en oxyde de fer.

Exemple de corrosion de manchon acier à la traversée de la paroi de la cuve du réservoir.

Xavier Lauzin Août 2016

77 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)   Ces éléments sont développés ci-après :

2016  2016 

Xavier Lauzin Août 2016

78 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016

Xavier Lauzin Août 2016

79 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

Xavier Lauzin Août 2016

80 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016

Xavier Lauzin Août 2016

81 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

Xavier Lauzin Août 2016

82 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016

Xavier Lauzin Août 2016

83 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

Xavier Lauzin Août 2016

84 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016

Les techniques de réparation des ouvrag uvrag es de g énie ci civil vil..

Xavier Lauzin Août 2016

85 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

La réparation des ouvrages en béton Généralités : Les techniques de réparation évoquées ci-après ci- après s’appliquent à des dégradations structurelles ou non. Certaines sont déjà relativement anciennes et éprouvées (par exemple la technique des plats métalliques collés date des années soixante) alors que d’autres sont en plein développement (collage de plats pultrudés) et nécessitent des procédures spécifiques d’appréciation (Avis techniques, ATEX,…) ATEX,…)   Récemment deux normes sont venues règlementer ces divers modes de réparation.

Xavier Lauzin Août 2016

86 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016 La technique des plats métalliques collés

I) P ri rinci ncipe pe de la te techni chnique que : Le renforcement des structures en béton par la technique des tôles collées consiste à pallier les insuffisances de résistance résultant d’une dégradation de la structure ou d’un sous – dimensionnement dimensionn ement de cette dernière par le collage de plats métalliques en surface du béton. Ce procédé qui date des années soixante et que l’on doit aux travaux de MM. L’Hermite, Bresson et Theillout, est aujourd’hui auj ourd’hui parfaitement maîtrisé.  maîtrisé. 

E x empl emple e de renforc renforcem ement ent de pla plancher ncher.. II) E nvir nvironnem onnement ent règ le leme menta ntair ire e: Ce procédé fait l’objet des textes suivants : suivants  :   Fascicule n°6 du STRESS : « La technique de réparation et de renforcement des ouvrages en béton »   Annales ITBTP ITBTP de 1990 : « Renforcement Renforcement et réparation réparation des structures structures conception conception et exécution » ITBTP de 1992 : « Réparation Réparation et renforcement renforcement des structures structures de bâtiments et   Annales ITBTP d’ouvrages d’art. » d’art. »  

Norme NFP 95-105 (en projet) :

III )P ri rinci ncipe pe de dime dimens ns ionneme ionnement nt des renforcem renforc ement entss : IIIII.1) I.1) Fon Fonctionn ctionnem ement ent d du u béton p pla laqué qué : Le mode de fonctionnement privilégié du béton plaqué est celui d’une transmission par cisaillement cisailleme nt du plan de collage des sollicitations de la structure béton aux renforts métalliques. Tout autre mode (flexion ou compression) est donc à proscrire. Il en résulte que l’association l’association acier-colle-béton aura comme résistance de calcul celle du matériau le plus faible, en l’occurrence le béton (dans la mesure où c’est lui qui présente la plus faible résistance superficielle au cisaillement). cisaillement). Cette disposition est valable pour le calcul à froid du renforcement (à chaud ce sont généralement les résines époxydiques de collage qui sont le point faible de l’association).  l’association).  

Xavier Lauzin Août 2016

87 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)   III .2) Ordre de g rande randeur ur des c ara aractéris ctéris tique tiquess des ma maté téri riaux aux :

2016  2016 

La valeur de la contrainte de cisaillement du plan de collage a été déterminée expérimentalement et répond à la répartition donnée par le diagramme ci-après pour une tôle de 3 mm d’épaisseur :

(doc.M.Bresson) Cette valeur de la contrainte de cisaillement est à vérifier par essai préalablement à l’opération de collage.

IIIII.3) I.3) Mét Méthode hode de calcul du renforc renforcem ement ent : III.3.1) Méthode de calcul des armatures longitudinales longitudinales sous effort de flexion f lexion : Il s’agit par exemple du renforcement d’une poutre ou d’une dalle sollicitée en flexion par les charges appliquées. Les plats de renfort sont collés en sous-face de la poutre. Les justifications sont réalisées conformément aux prescriptions du BAEL et de l’Eurocode 2 en tenant compte des modifications suivantes :   Aux ELS, on applique un coefficient coefficien t minorateur sur les sections des aciers interne à l’ouvrage (Ki) et sur les sections des plats (Ke) ; (Ke) ; les valeurs retenues sont : -Ke=1.2-0.08*ea  -Ki=0.46+0.08*ea     Aux ELU il n’est n’est appliqué aucun aucun coefficient coefficient minorateur     La contrainte contrainte limite limite (appliquée (appliquée aux ELS) ELS) des plats collés collés est donnée par : σe ≤ 0.47*f e  (ce coefficient de 0.47 permet de tenir compte de la flexion locale de la tôle telle que définie ci-après)   Lors d’un empilement de tôles les efforts repris par la tôle la plus proche du béton valent : 0.66*F pour un empilement de 2 plats 0.5*F pour un empilement de 3 plats (F=effort total repris par l’empilement).  l’empilement). 

Xavier Lauzin Août 2016

88 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016

Où Mp est le moment de flexion engendré par les charges permanentes Ms est le moment de flexion engendré par les charges d’exploitation.    A est la section des des armatures en place dans lle e béton  Ar est la section de l’armature d de e renfort.  renfort.  Les équations qui en résultent montrent la limite des possibilités de renforcement. On se heurte également à la difficulté de faire cohabiter des armatures de limites élastiques différentes sur le même ouvrage : acier de renfort de 240 MPa et acier en place de 240,400 ou 500 MPa. La contrainte de cisaillement dans le joint de colle est définie par : τ=T.S/b.I   τ=T.S/b.I On doit alors s’assurer que la contrainte de calcul reste inférieure à la contrainte admissible par le collage. Ce principe a été complété par M.Theillout dans sa thèse. Il s’est en effet intéressé au fonctionnement des tôles collées à cheval sur sur une fissure afin de limiter l’ouverture de cette dernière.  dernière.   Les essais réalisés au LCPC ont permis de répondre aux problèmes suivants :   Quel est le comportement local des tôles au voisinage de la fissure est la répartition répartition des des efforts dans dans les tôles si celles-ci celles-ci sont sont empilées empilées les unes sur   Quelle est les autres répartit ion des déformations déformatio ns entre les aciers internes à la structure structur e et les   Quelle est la répartition plats collés sollicitat ions qui provoquent le décollement du plat du béton.   Quelles sont les sollicitations Il résulte de cette étude les éléments suivants : 

  Il existe au voisinage de la fissure fissur e une flexion locale du plat

 Moment fléch fléchis is s ant dans la ttôle ôle (s elon J .J Thei Theillout) llout) Cette flexion locale est maximale au droit de la fissure et diminue très rapidement dès que l’on s’en éloigne. s’en  éloigne. Elle engendre des contraintes de traction qui sont maximales sur la fibre externe de la tôle. L’évolution de cette contrainte maximale est résumée dans le graphique ci-après ci -après en fonction de la longueur de recouvrement :

Xavier Lauzin Août 2016

89 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

Evolution de la contrainte maximale de cisaillement en fonction de la longueur de recouvrement.(doc.J.N recouvrement.(do c.J.N Theillout)

Il en résulte une plastification plastification par flexion du plat. Cette disposition a conduit J.N Theillout à introduire un indice de flexion qui est le rapport entre la contrainte moyenne appliquée et la contrainte s’exerçant s’exerçant sur  sur la fibre la plus sollicitée.  

 

Dans le cas de superposition de tôle la répartition des efforts repris par chacune n’est pas identique : o  Pour 2 plats plats superposés superposés de de même section, celui celui qui est le plus proche proche du béton reprend les 2/3 des efforts o  Pour 3 plats plats superposés superposés de de même section, celui celui qui est le plus plus proche du béton reprend la moitié des efforts, le reste se répartissant à parts égales entre les deux autres. L’expérience réalisée sur des poutres sollicitées sollicitées en flexion tend à montrer que que les plats se déforment plus que les aciers internes. On est donc conduit à envisager un diagramme déformation-contrainte déformation-c ontrainte pour une structure béton sollicitée sollicitée à la flexio flexion n du type de celui proposé par J.N Theillout :

Xavier Lauzin Août 2016

90 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016 III.3.2) méthode de calcul des armatures transversales transversales sous effort tranchant : Le renfort d’une poutre à l’effort tranchant s’effectue par collage des plats sur les flans de cette dernière.

 S chéma ch éma de foncti fonctionnement onnement sselon elon J .B res s on. IV) Mis e en en œuvre de  dess renforceme renforcements nts : IV.1) IV .1) L a p prépa réparat ration ion du s uppo upport rt : Le principe du renforcement étant basé sur le collage, il est essentiel de s’assurer que ce dernier pourra s’effectuer dans les meilleures conditions.  conditions.   La surface du béton doit donc subir une préparation de façon à éliminer toutes les parties non adhérentes et de la rendre parfaitement plane pour assurer le collage d’un élément relativement rigide. Les diverses techniques pouvant être utilisées figurent dans les Annales ITBTP n°62 de Juin 1976 (« Préparation des surfaces des supports en béton et en acier en vue des collages structuraux »). Préalablement à la préparation du support, il conviendra d’analyser avec soins tous les paramètres pouvant avoir une influence sur le collage, en particulier :   Les salissures   Les oxydes   Les liants hydrocarbonés   Le noir de fumée (suite à un incendie par exemple)   Les huiles   Les graisses   L’humidité (essai de siccité)  siccité)    La laitance et les zones ragrées   La présence de produit de cure, de décoffrage. décoffrage .   Le bullage. On pourra en retenir deux :   Le burinage ou le bouchardage par des outils manuels ou pneumatiques   Le sablage à sec ou humide La mise en œuvre de mortier de ragréage est à éviter dans la mesure où les caractéristiques mécaniques d’adhérence d’adhérence du mortier sur le béton sont limitées et souvent inférieur à celles demandées dans le joint de colle. On ne dépassera pas 20% de la surface de collage et on évitera les extrémités des plats.

Xavier Lauzin Août 2016

91 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)   IV.2) IV .2) Le coll colla ag e de dess pl pla ats :

2016  2016 

Le collage des plats comporte généralement les opérations suivantes :   Mise en œuvre d’un primaire d’accrochage destiné à améliorer l’adhérence entre le béton et la colle. Ce primaire pénètre par la porosité du béton et permet de fixer les fonds pulvérulents s’ agit principalement de résine époxydique sous   Mise en œuvre du produit de collage. Il s’agit avis technique ou ayant fait l’objet d’enquête technique.  technique.   Ces résines étant particuli particulièrement èrement sensibles aux conditions atmosphériques atmosphériques (en particulier à l’humidité et aux fortes chaleurs), il conviendra de prêter une attention particulière à l’environnement lors du collage. Des essais d’adhérence du produit de collage sur le béton peuvent être envisagés à ce moment. renfort  constitué de plats en acier S235 (les aciers de   Mise en œuvre de l’acier de renfort constitué nuance supérieure sont à éviter : plastification de la tôle après décollement).Ces tôles sont sablées et préparées en usine de façon à améliorer leur adhérence) pression des plats plats (serre-joints, vérins,…) vérins,…) de façon à obtenir une contrainte de   Mise en pression l’ordre de 4 kPa minimum. minimum.

 

Essais de contrôle du renforcement par des essais d’adhérence et des essais de mise en charge.   Protection éventuelle des plats contre la corrosion ou contre l’incendie.  

C oll ollage age de pl plat atss mé méta tall lliques iques (doc.S IK A ) V) Doma Domaine ine d’emploi  :  : L’utilisat ion de cette technique L’utilisation t echnique de renforcement renforcement présente les avantages suivants : Coût relativement peu élevé Fonctionnement amélioré par les progrès réalisés sur la formulation des colles Elle présente cependant des inconvénients non négligeables : Mise en œuvre délicate (vérinage,…) Mauvaise connaissance du d’humidité comportement renforcement (cas des STEP) ou saturée (casdu des réservoirs)  réservoirs)  en atmosphère agressive  Absence de résultat résultat sur la tenue en cas de séisme Nécessité de protection complémentaire pour la tenue à la chaleur.

Xavier Lauzin Août 2016

92 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016 La technique des tissus ou plats composites collés

I) P ri rincipe ncipe de la te technique chnique : La technique est identique à celle évoquée pour les plats métalliques collés mais en substituant au métal des matériaux composites qui peuvent se trouver sous deux formes :   Des tissus (principaleme (principalement nt de fibres d de e carbone, carbone, fibres de de verre, verre, fibres fibres d’aramide dans une matrice époxy) 

  Des platssont pultrudés (également à base de fibres de de carbone). Les recherches en cours en Europe. On peut citer par exemple : Allemagne    L’étude du jonc Polystal de Bayer en Allemagne  Grande-Bretagne   L’étude du Parafil en Grande-Bretagne Pays-Bas   Le développement de l’Arapree aux Pays-Bas Freyssinet,…)    L’utilisation de plusieurs procédés en France (TFC de Freyssinet,…) 

nvironnem onnement ent règ le leme menta ntair ire e: II) E nvir En l’absence de texte texte normatif, ces dispositions sont soumises aux procédures suivantes :   Avis technique technique (ATEC) pour pour les matériaux dont les les cahiers des charges charges ont ont été validés par le CSTB technique d’expérimentatio d’expérimentation n (ATEX) pour les autres. autres.      Appréciation technique

III ) Pr inci pe de de dimensionnement des renforcements renforcements : Il est basé sur les prescriptions du BAEL et de l’Eurocode 2 en tenant compte de la loi de comportement de matériau composite utilisé pour le renforcement :

E xempl xemple e de loi de com comporte porteme ment nt po pour ur du TF C (doc.Fr eys s inet)

Xavier Lauzin Août 2016

93 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016

E xemple d de e lloi oi de comportem comportement ent po pour ur un c ompl omplexe exe UD ((carbone-époxy) carbone-époxy) L’adhérence composite béton est dépendante de la contrainte de cisaillement qui vaut en général : -1.5 MPa à l’ELS  l’ELS  -2.0 MPa à l’ELU  l’ELU 

III .3.1) Mét Méthode hode de cal calcul cul des arma armatures tures longi tud tudinale inaless s ous effort d de e fl flexi exion on : Comme évoqué précédemment, le schéma de l’état des contraintes est le suivant : suivant  : (Ce principe peut s’appliquer à des ouvrages en béton armé mais également à des structures en béton précontraint.) précontraint.)  

Flexion à l’état limite de service service :  :

La vérification des contraintes est réalisée lorsque :   σs1 + σs2 ≤ σs    σb1 + σb2 ≤ σb    σf ≤ σsf   Où σb représente la contrainte de compression du béton : 0.6*f cj  σs représente la contrainte de traction admissible dans les aciers en place : σs ≤ fe selon fe selon le degré de fissuration choisi σsf  représente la contrainte admissible dans le matériau de renfort (par exemple 550 MPa pour du TFC),



flexion à l’état limite ultime :

  flexion à l état limite ultime : ultime  :

Xavier Lauzin Août 2016

94 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016

 

contrainte d’entraînement  d’entraînement  :  :

Pour des ouvrages en béton précontraint, le renforcement par des matériaux composites conduit à appliquer la classe de vérification vérificatio n immédiatement inférieure à celle prévue lors du dimensionnement initial. Il en résulte que les vérifications du renfort à l’ELS ne sont donc menées qu’en classe 2 ou 3 de précontrainte pour des structures initialement initialement dimensionnées en classe 1 ou 2. Pour les ouvrages de rétention, il conviendra de s’assurer que cette disposition est bien

conforme conform ea aux ux exig ence encess du fa fass cic ul ule e 74 du CC TG .

Xavier Lauzin Août 2016

95 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016  

 : Résultats expérimentaux  expérimentaux  :

(doc. LC PC avec d du u TFC) Il a été également été établi un tableau de comparaison entre les renforcements par plats métalliques collés et TFC :

Comparaison entre du béton renforcé par 1 mm de FRP et les méthodes traditionnelles.

Xavier Lauzin Août 2016

96 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016 IIIII.3.2) I.3.2) Mét Méthode hode de cal calcul cul du con confin fineme ement nt des potea poteaux ux bét béton on : Il s’agit d’améliorer la résistance à la compression d’un poteau d’un poteau béton par enroulement autour de ce dernier sous forme de cerces fermées de bandes de tissus de matériaux composites. Le gain ainsi obtenu à partir du diagramme parabole-rectangle parabole- rectangle du BAEL et de l’Eurocode l’Eurocode 2 est du type suivant :

IV)Mis e en œuvre des renforceme r enforcements nts :   Les diverses étapes de la mise en œuvre sont sensiblement identiques à celles mentionnées pour les plats métalliques collés, à savoir : La préparation du support o  o  L’imprégnation de la sur face face avec la résine de collage L’application L’applica tion du tissu sec ou du plat pultrudé  pultrudé  o  o  L’appui pour assurer le collage.  collage. 

Imprégna Imprég nation tion du s uppo upport rt et coll collage age et appui du renfort (doc. Freys s inet) V) Domaine d’emploi  :  : L’avantage de ce procédé de réparation est est certain dans les cas suivants :   Résistance à la corrosion (à l’exception des cas évoqués plus haut)   chimiquement   Résistance aux agents agressifs chimiquement Comportement mécanique   Comportement œuvre.     Facilité de mise en œuvre.  Les principaux inconvénients inconvénients pouvant être retenus sont :   La tenue à la chaleur contraint es atmosphériq atmosphériques ues lors du collage.   Les contraintes

Xavier Lauzin Août 2016

97 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016

La technique de la précontrainte additionnelle

I) P ri rinci ncipe pe de la te techni chnique que : Les deux procédés évoqués ci-dessus ci-dessus utilisent des renforts de structure que l’on peut qualifier de passif s au sens de l’Eurocode 2 et de la NFP 95-105 95 -105 « Réparation et renforcement par armatures passives additionnelles ». La précontrainte additionnelle additionnelle consiste à appliquer une force à la structure à renforcer, les câbles nécessaires à l’introduction de cette force n’en sont que les vecteurs.  vecteurs.  Cette précontrainte est appelée additionnelle car elle consiste à augmenter la capacité portante d’un ouvrage existant. existant. La principale difficulté du procédé provient du fait que la structure à réparer est fissurée et n’ a pas pas été prévue à l’origine pour permettre la mise en place et la mise en tension d’armatures de précontrainte.  précontrainte. En conséquence, la précontrainte sera réalisée à l’extérieur de la structure à renforcer.

onnement ent règ le leme menta ntair ire e: II) E nvir onnem Les principales références règlementaires sont les suivantes : fascicul e n°5 du STRESS   Le fascicule Annales ITBTP n°501 n°501 : « Réparation Réparation et renforcement renforcement de structures de bâtiment   Les Annales et d’ouvrages d’art » d’art »   La norme NFP 95-104.

renforcements : III ) Pr inci pe de dimensionnement des renforcements Le principe de calcul résulte essentiellement de :

Xavier Lauzin Août 2016

98 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016

 

l’annexe 7 du BPEL (« Précontrainte (« Précontrainte extérieure au béton ») remplacement des des câbles   la possibilité de remplacement ancrages    l’accès facile aux ancrages  l’utilisation n de câbles extérieurs nus interdite (sauf dans les conditions du conditions du §2.3)   l’utilisatio st abilité de forme si la seule liaison entre la précontrainte et   la justification à l’ELU de stabilité la structure est au niveau des ancrages

 

des spécifications spécificat ions du STRESS à savoir : d’entretien    l’ouvrage doit rester accessible pour des opérations de surveillance et d’entretien  valider la faisabilité faisabilit é technique du procédé   le diagnostic préalable doit valider

La mise en œuvre d’une précontrainte additi additionnelle onnelle doit être conçu de ffaçon açon à intégrer   ::   le traitement des fissures modification du schéma statique de la structure existante   la modification maintenanc e du câblage additionnel.   la maintenance Le calcul du câblage additionnel est réalisé selon les prescriptions du BPEL ou de l’Eurocode 2 en essayant si possible de respecter le schéma statique initial de l’ouvrage.  l’ouvrage.  Sur un ouvrage circulaire tel qu’un réservoir la précontrainte sera réalisée à l’extérieur du bassin après exécution de bossages en béton armé susceptibles d’introduire cette dernière. Le dimensionnement et le nombre de ces bossages ainsi que le tracé des fuseaux devra permettre d’éviter d’engendrer d’engendrer des efforts parasites dans la structure tels que : que  :   ovalisation   poussée au vide au droit des ouvertures.

Exemple de renforcement d’un silo à sucre. 

IV) Mis e en en œuvre de  dess renforceme renforcements nts :  : IV.1) IV .1) les ma maté tériaux  riaux  :  

les armatures de précontrainte précontrain te : elles sont identiques à celles utilisées pour les ouvrages neufs et doivent figurer dans la liste des aciers agrées par le fascicule 4 titre II du CCTG

Xavier Lauzin Août 2016

99 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)   .Il s’agit généralement de torons pour les renforts longitudinaux et de barres pour les serrages et étriers. La protection contre la corrosion des armatures est assurée par : o  graissage des aciers gainés o  galvanisation o  utilisation d’aciers inoxydables  inoxydables  Dans tous les cas la protection est réalisée en usine.

2016   2016

 

Les ancrages : ils font l’objet d’un agrément pour  de  de la précontrainte extérieure, extérieure, en particulier du fait de leur positionnement à l’extérieur, les pièces sont protégées de façon à résister à l’agression ambiante.  ambiante. 

 

Les conduits : les armatures sont placées dans des conduits sur la totalité totalit é de leur longueurr .Il s’agit : longueu s’agit : De tubes métalliques métalliques protégés contre la corrosion (galvanisés (galvanisés ou revêtus   d’une peinture époxydique) dont l’épaisseur est supérieure à 2 mm.  mm.    Des tubes souples en matériaux plastiques (type PEHD)La circulaire 9953 recommande l’utilisation de tube de marque NF des groupes 2 (eau potable) et 4 (industrie).Les raccords raccords de gaine figurent alors dans la gamme des produits normalisés.

IV.2) IV .2) E xempl xemple e de réa réalis lis ation ation : Le renforcement des structures par précontrainte extérieure nécessite une :méthodologie précise de la réalisation. Cette dernière doit intégrer les éléments suivants   L’implantation de la précontrainte en détail (fuseau de passage correspondant aux calculs)   La mise en œuvre des ouvrages à couler en place ou à fixer à la structure (dans le cas d’éléments préfabriqués préfabriqués par exemple) tels que bossages, déviateurs, éléments d’extrémité recevant l’ancrage des câ c âbles… bles…     La réalisation des forages (carottage en essayant de ne pas endommager les armatures existantes)   La pose des conduits et des ancrages   La définition du programme de mise en tension des câbles   La mise en tension des barres fissures    L’injection des fissures  gaines    L’injection des gaines  protecti on des éléments   La protection

Mise en tension des barres de clouage.

Mise en tension des torons de précontrainte.

Xavier Lauzin Août 2016

100 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016

IV.3) Les cont contrôl rôles es : Le PAQ doit définir les modalités de contrôle de la précontrainte extérieure. Il doit en particulier intégrer :   Les essais de convenance : capacité du matériel et des matériaux prévus à réaliser correctement l’ouvrage envisagé  envisagé    L’essai à blanc  blanc    La vérification de l’efficacité de l’injection (jauge de mesure sur les sections fissurées)   précontrainte    La vérification de l’efficacité de la précontrainte  vérificat ion sous charges.   La vérification

Xavier Lauzin Août 2016

101 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016

La technique du béton projeté

I) P ri rinci ncipe pe de la te techni chnique que : La technique utilisée consiste à projeter sur la paroi à renforcer du béton mis en œuvre par refoulement dans une buse. La mise en œuvre œuvre  s’effectue par couches minces adhérentes grâce à la pression de pr ojection. pr ojection. Cette technique peut également s’appliquer à la projection de : de  :   Mortier (granulat inférieur à 4 mm)   Béton de sable (absence de gravillon et moindre dosage en ciment que dans un mortier).

L’utilisation du béton projeté trouve son intérêt lorsqu’il n’est pas possible ou très difficile de L’utilisation venir coffrer la structure à réparer. Son usage normal est généralement le suivant :   Remplissage Remplissag e des vides (paroi moulée à regarnir après défaut de bétonnage,…) bétonnage,…)     Rejointoiement Rejointoiem ent des maçonneries   Réalisation d’un enduit de protection (protection contre l’incendie par enrobage des aciers,…)  aciers,…)    Renforcement structurel (enrobage des armatures et augmentation de l’inertie de  

l’ouvrage,…)  l’ouvrage,…)  Voûte de tunnel, paroi berlinoise,… berlinoise,…  

II) E nvir onnem onnement ent règ le leme menta ntair ire e: Les principales références règlementaires sont les suivantes : fascic ule n°6 du STRESS   Le fascicule   La norme NFP 95-102   La norme NF EN 14487-1   Les normes NF EN 14488-1 à 14488-6

III ) Pr inci pe de dimensionnement des renforcements renforcements : Le calcul des sections d’acier nécessaires au renforcement renforcement est mené en référence au BAEL 99 et Eurocode 2. Les essais réalisés au LCPC ont en effet montré que l’on pouvait considérer que la structure renforcée avait un comportement monolithique. monolithique. Il résulte d’une étude technique préalable qui doit valider à chaque étape du projet l’adéquation de la solution avec le problème posé. Pour les ouvrages à renforcer, il est courant de ne pas tenir compte des armatures existantes dans le calcul final de la structure.

Xavier Lauzin Août 2016

102 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016

 A rmatures 1 : arma armatures tures de sscellement cellement as asss urant l’ancrage du nouveau  ferrai  fer railla llagg e da dans ns le béton exi exiss tant tant (con (connecteur necteurss )  A rmatures 2 : armatures transversale d’effort tranchant (   g énéralement trei treillis llis  s oudé)  A rmatures 3 : arma armatures tures long itudi nales de flexi flexion on (g énéralement des barr es ) Poi nt 4 : points de ssoudure oudure ent entre re arma armatures tures exis ta tante ntess et no nouvel uvelle less (s olut olution ion à  ju  juss tifi er) P oin ointt 5 : béton coulé en pa partie rtie s upérieur upérieure e de la poutre (accroi s s em ement ent d de e l’inertie)  Poi nt 6 et 7 : forag forage ed divers ivers pour pa pass s age des arma armatures tures nouvell nouvelles. es.

Xavier Lauzin Août 2016

103 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016 IV) Mis e en en œuvre de  dess renforceme renforcements nts : IV.1) IV .1) Les proc procédé édéss de projection : Il existe deux procédés de mise en œuvre de béton projeté : projeté :   La projection par voie sèche :

Son utilisation est avantageuse dans les cas suivants :   Chantier de faible ampleur difficile    Chantier d’accès difficile   

Chantier où la distance entre la machine de projection projection et la lance dépasse une centaine de mètres. résistanc e mécanique du béton est importante. important e.   Chantier où la résistance

 

La projection par voie humide :

Voie mouillée à flux dense

Voie mouillée à flux dilué

Elle est principalement utilisée dans les cas suivants :

Xavier Lauzin Août 2016

104 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)      

Chantiers à haut rendement Chantiers pour lequel la sécurité limite l’émission de poussière (tunnel, ( tunnel, galeries, canalisation…) canalisation …)  

2016   2016

Les avantages et inconvénients des deux procédés sont résumés ci-après :

Voie s èch èche e :

avantages : avantages  : compacité élevée Résistance mécanique importante Excellente adhérence au support

Inconvénients : Inconvénients  : qualité du mélange dépendante du projeteur Pertes par rebond très importantes Production de poussières

avantages :  : qualité du mélange mieux maîtrisée Voie Voi e hum humide ide : avantages Pertes par rebond limitées Inconvénients : distance horizontale Inconvénients : horizontale de transport faible (environ 100 m à flux dilué et 150 m à flux f lux dense) Résistance mécanique plus faible  Adhérence moins moins bonne Enrobage des armatures délicat

 : IV.2) IV .2) Les ma maté téri riau aux  x  : Le béton projeté se compose :   De granulats conforme à la norme NFP 18-542 et XPP 18-540. Pour la voie sèche et afin de ne pas perturber le dosage en eau , leur teneur en eau doit être inférieure à 6% en masse.   De liants hydrauliques conformes à la NF EN 197-1 pour les ciments courants. Pour les ouvrages en milieu agressifs on se réfèrera à la P 18-011 et EN 206-1.   D’eau conforme à la XPP 18-303 D’adjuvants nts et additions (accélérateurs, (accélérateurs, superpla superplastifiants stifiants,…ou ,…ou additions de laitier,   D’adjuva cendres volantes…) volantes…).. Les armatures sont des armatures courantes de béton armé faisant f aisant l’objet d’une certification de l’AFCAB. Des fibres peuvent éventuellement être utilisées après essai de convenance.   La composition du béton projeté doit répondre aux critères suivants :   Critère de résistance :le dosage en ciment est à choisir en fonction de l’objectif à atteindre milieu     Critère de durabilité en fonction de l’agressivité du milieu    Critère de compacité   Critère de finesse : teneur teneur en éléments éléments fins supérieure supérieure à 17% du mélange mélange en poids. poids. Les recommandations de l’AFTES en fonction des procédés viennent en complément des éléments ci-dessus. Elles visent en particulier : Un rapport rapport sable sable sur sable sable plus plus gravillons gravillons tel que que : o  -par voie voie humide 0.70 ≤ S/(S+G) ≤ 0.90  0.90  -par voie sèche 0.60 ≤ S/(S+G) ≤ 0.80  0.80  Un dosage en ciment tel que : o 

Xavier Lauzin Août 2016

105 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016

(d (doc oc AFTE S) IV.3) IV .3) L a p prépa réparat ration ion du s uppo upport rt : Elle dépend de la nature de la réparation envisagée : structure il convient d’éliminer tous les matériaux dégradés. Les   Pour les réparations de structure surfaces sont ensuite soufflées et humidifiées légèrement avant projection. On On  veillera à ne pas interposer de produit de collage type résine  résine qui pourrait nuire à l’adhérence l’adhérence du béton (voir essai LRPC d’Aix en Provence).  Provence).    Pour les réparations des joints de maçonnerie, on piquera les éléments dégradés  jusqu’à atteindre atteindre le matériau matériau sain.  sain.  

  de Pour les réparations des parements deprojection. maçonnerie, la préparation passe par un sablage l’ouvrage puis humidification humidifica tion avant

IV.3) IV .3) L La ap projection rojection du bét béton on : La lance est positionnée à environ 0.50 à 1.50 m du support en fonction de la vitesse de projection. A projection.  A titre indicatif, la vitesse vitesse en sortie de de lance pour une une voie sèche est est de l’ordre de 100 m/s. L’épaisseur d’une couche est généralement inférieure à 10 cm.  cm.  

Pour une voie sèche la valeur optimale d’une couche est de l’ordre de 5 cm .  .  Pour une voie humide il est possible d’aller jusqu’à 7 cm.  cm.  

IV.4) Les épreuves épreuves : La norme distingue :   Les épreuves d’études comprenant : comprenant : o

   o  o  o

L’analyse granulométriqu granulométrique e des granulats granulats   La formulation du mélange à projeter Les essais sur éprouvettes (traction, compression) compression) La compatibilité compatibilit é des éléments entre eux.

Xavier Lauzin Août 2016

106 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)    

Les essais de convenance portant sur : Les approvisionnements approvisionnements o  o  L’efficacité du traitement  traitement  La composition du mélange o  o  Des mesures de consistance (affaissement au cône, pénétromètre,…)  pénétromètre,…)   Des éprouvettes carottées o  o  L’adhérence   L’adhérence o  Les épaisseurs mise en œuvre  œuvre 

 

Les épreuves de contrôle comprenant principalement : o  Des essais d’adhérence d’adhérence (réalisés en laboratoire laboratoire)) prélèvements carottés carottés pour des des essais de compression compression traction traction o  Des prélèvements

Exemple de fuseau granulométrique selon la P 95-102.

 Béton projeté (photos Freyssinet)

2016   2016

Xavier Lauzin Août 2016

107 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016 La réparation des bétons dégradés superficiellement superficiellement

I)P ri rinci ncipe pe de de la la te techni chnique que : Cette technique s’applique à tous les ouvrages en béton armé, non armé, précontraint qui présentent des dégradations superficielles sans qu’ils présentent également des comme pathologies structurelles. Est considérée superficielle toute dégradation qui engendre un affaiblissement de la qualité de la protection des bétons en surface et sur une profondeur de quelques centimètres et ne remettant pas en cause la stabilité de la structure. Les réparations sont effectuées à partir de trois familles de produits :   Les produits à base de liants hydrauliques et à base de liants hydrauliques modifiés   Les produits mixtes   Les produits à base de résines de synthèse. Le principe est alors après préparation préparati on du support, la mise en œuvre œuvre des  des produits :   en traitement de surface (ragréage)   en injection et traitement de fissures.

II) E nvir onnem onnement ent règ le leme menta ntair ire e: Les textes applicables sont :   La norme NFP 95-101 fascic ule n°2 du STRESS   Le fascicule   Guide du choix des produits de réparation du LCPC.

renforc ement entss : III ) Pr inci pe de dimensionnement des renforcem Dans la mesure où il ne s’agit pas de renforcement structurel ce paragraphe n’a pas lieu d’exister.  d’exister. 

IV) Mis e en en œuvre de  dess renforceme renforcements nts :  : IV.1) IV .1) les ma maté tériaux  riaux  : Comme vu précédemment les trois familles sont les suivantes :  

Les produits à base de liants hydrauliques : ce sont des mortiers ou béton composés de liants et de granulats. Cette catégorie se subdivise en deux suivant que le ciment est seul ou modifié par ajout de polymères de synthèse (type résine acrylique ou vinylique)   Les produits à base de ciment et de polymères organiques actifs (produits mixtes). Cette famille est dominée par les systèmes époxy-ciment. Les trois composants prédosés ne sont mélangés qu’au moment de l’emploi, d’un coté les deux composants de la résine (base + durcisseur) et de l’autre coté le  

ciment et les fillers. f illers. Les produits à base de résines de synthèse, ils sont composés de sable , de polymères et de charges minérales. Les produits les plus courants sont les résines époxydes, polyuréthanes, polyesters… polyesters… (voir (voir § sur les matériaux de

synthèse).

Xavier Lauzin Août 2016

108 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016 Le choix des produits à utiliser est fonction des résultats de l’étude préalable . Les dispositions disposition s les plus courantes en matière de ragréage sont ragréage sont les suivantes : o  Mortiers hydrauliques après application d’une couche d’accrochage d’accrochage en liant époxyde o  Mortiers époxyde après accrochage d’une couche d’accrochage en liant époxyde o  Mortiers polyuréthane sur couche d’accrochage en liant polyuréthane. polyuréthane.  

IV .2) la prépa préparation ration du su support pport Préparation pour ragréage :          

Elimination du béton dég dég radé  Nettoyage de la surface Humidification Humidificat ion de la surface Protection et remplacement remplacement éventuel des armatures Mise en œuvre du ragréage.  ragréage. 

Défaillance Défailla nce de la répa réparation ration s uite à une ma mauvais uvais e prépa préparation ration du s upport. Préparation pour injection et traitement t raitement des fissures : Elle est identique à celle décrite ci-dessus. Il convient que les caractéristiques mécaniques du béton au contact du matériau injecté soient celles de la structure dans ses parties saines.

IV) Mis e en en œuvre de  dess renforceme renforcements nts : Mise en œuvre œuvre du  du ragréage : ragréage  : La mise en œuvre est détaillée dans la norme. Il est noté cependant l’importance : l’importance : (gobetis, résine,…) résine,…)     De la couche d’accrochage (gobetis,   Du bon malaxage des composants   Du respect des épaisseurs à mettre en œuvre en fonction des prescri ptions du cahier des charges du produit (cure…)    De la protection des mortiers hydrauliques (cure…) 

Xavier Lauzin Août 2016

109 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)   Mise en œuvre œuvre de  de l’injection l’injection et  et du traitement des fissures:  fissures: 

2016   2016

Les différents procédés de traitement dépendent de la nature de la fissure et de son activité. On distingue généralement : calfeutr ement à base de mastic, le pontage par une toile enduite et   Le calfeutrement l’imprégnation de l’imprégnation  de surface (pour les faïençages principalement) principalement) L’injection :  :   L’injection

Les capacités du produit produit à injecter une fissure sont sont fonction de son ouverture (les injections de coulis de ciment étant réservées aux plus ouvertes et les résines fluides aux plus fermées). f ermées).

Fis s ures de ret retra rait it avant vant inject injection ion

Fis s ures inject injectée éess .

Xavier Lauzin Août 2016

110 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016 La protection cathodique des armatures

I) P ri rinci ncipe pe de la te techni chnique que : La protection cathodique a pour objet d’arrêter le processus de corrosion avant avant que les risques d’ordre mécaniques soient importants. Elle est généralement appliquée dans ouvrages maritimes des pourarmatures protéger tout type de matériaux métalliques. Cette les méthode de protection du béton contre la corrosion consiste à abaisser en tout point du ferraillage le potentiel électrique jusqu’à une valeur appelée potentiel de protection. Pour ce faire on fait passer un courant électrique de l’enrobage vers l’armature selon le schéma suivant :

Il existe différents type de procédés. Les plus courants sont les suivants : o  Procédé avec anodes primaires placées dans des rainures creusées par sciage dans le béton avec un espacement de l’or dre dre de 7.50m à 30m. Des anodes secondaires sont disposées dans des rainures longitudinales tous les 20 cm maximum et protégées par une résine vinyle ester. Son principal défaut est de n’être pas durable.  durable.  o  Procédé avec des anodes à enrober de béton : anode anode en treillis de titane recouverte de béton (en général béton projeté pour les surfaces verticales). o  Procédé avec anode en revêtements revêtemen ts conducteurs.

onnement ent règ le leme menta ntair ire e: II) E nvir onnem Ce mode de protection des armatures du béton armé et précontraint fait l’ objet du texte règlementaire suivant :   Norme EN 12-696 : Protection Protection des aciers dans le béton.

III ) Pri P rincipe ncipe de dimensionnement des renforcem renforc ement entss :   Sans objet.

œuvre

IV) Mis e en en

 de la protection :

Pour qu’une protection cathodique des armatures soit réalisable, soit  réalisable, il convient que certains paramètres paramètres soient soient reconnus :

Xavier Lauzin Août 2016

111 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)              

2016   2016

Les armatures en place doivent présenter un degré de conservation conservat ion suffisant (section des aciers) Seules des réparations réparation s locales sont envisagées Il faut pouvoir délimiter les zones où les armatures armatur es sont corrodées La teneur en chlorures du béton doit être déterminée précisément pour éviter des dégradations ultérieures de la structure L’épaisseur de l’enrobage des aciers influant directement sur l’écoulement du courant électrique doit également être précisée. Il ne doit exister aucun écran entre l’armature et l’anode.  l’anode. 

L’ensemble anodique doit être capable d’assurer la protection cathodique, en particulier sa durée de vie doit être compatible avec celle du projet (moyennant des travaux éventuels de maintenance).  Lorsque l’anode est noyée dans le béton, la densité du courant doit être conforme ,à celle de la conception et ne doit pas dépasser les valeurs limites rev êtement conducteur (organique ou métallique  Lorsque l’anode est noyée dans un revêtement projeté à chaud), ce dernier est utilisé comme anode à courant imposé. . Exemple d’application sur un réservoir   ::

Schéma de la corrosion des armatures d’un réservoir d’eau.  d’eau.  

Trace de corrosion des aciers au niveau de la coupole de couverture du réservoir .

Mise en œuvre de la protection cathodique : cathodique :

Xavier Lauzin Août 2016

112 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016

R és ulta ultatt de la protection :

Il convient ensuite :   D’évaluer la protection anticorrosion : on retient en général deux critères :   La mesure d’un potentiel négatif (de l’ordre de 850 mV par rapport à une électrode de référence CU/CUSO 4) différenc e de potentiel de 100mV après dépose du redresseur   Une différence   De contrôler régulièrement régulièrement l’installation. l’installation.  

 Mise en œuvre de l’anode et des liaisons électriques  (photos Freyssinet) 

Xavier Lauzin Août 2016

113 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016

 Protection de l’anode l’anode par  par béton projeté projeté  photo Freyssinet). Freyssinet). ( 

Dens ité de cour ant néces s aire à la « pr prévention évention cat cathodique hodique « et à la « protection cathodique cat hodique » : Les densités de courant types : 0,2 ,2 à 2 mA/m²   pour la prévention cathodique varient de 0 20 mA/m²   pour la protection cathodique varient de 2 à 20

Dens ité de coura courant nt néce nécess s air ire e à lla a « pr prote otection ction catho cathodique dique » pour le less bét bétons ons enterrés ent errés et le less s tructure ructuress imm immerg erg ées ées : Si le béton est complètement saturé d’eau, la densité de courant peut être considérablement inférieure à celle requise pour des bétons exposés aux atmosphères extérieures. Les densités types varient de 0,2 à 2 mA/m² pour les structures neuves (avant initialisation de la corrosion). Pour les ouvrages non saturés d’eau ou tant déjà corrodés, les densités de courant sont identiques à celles des structures exposées à l’air avec des valeurs qui peuvent atteindre 20 mA/m². Il peut également se créer un effet de pile entre la partie totalement immergée et la partie aérienne de l’ouvrage. Une densité de courant plus élevée sera alors à mettre en place sur la partie immergée.

C as pa particulier rticulier des aciers de p précontra récontrainte inte : Ces aciers sont particulièrement sensibles à l’hydrogène (fragilisation). L’EN 12 696 12  696 recommande donc de ne pas les soumettre à des potentiels plus négatifs que -900 mV par rapport à Ag/AgCl/KCl 0,5M pour éviter cette fragilisation fragilisa tion par l’hydrogène. l’hydrogène.   Pour la protection cathodique par courants imposés en protection d’éléments précontraints déjà corrodés, la limite de potentiel de sécurité doit être déterminée par des essais en laboratoire.

Xavier Lauzin Août 2016

114 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016

La reprise en sous-œuvre. sous-œuvre.  

I) P ri rinci ncipe pe de la te techni chnique que : La nécessité d’uneDéfaut reprisede enconception sous-œuvre souspeut être liée(absence à différents facteurs : facteurs  : o  des fondations d’étude géotechnique ou conclusions erronées…)  erronées…)  o  Défaut de prise en compte des effets parasites (par exemple frottements négatifs ou poussées dissymétriques pour les pieux…)  pieux…)   Défaut de réalisation (mauvaise reconnaissance du niveau d’assise, terrain o  compressible, défaut de fiche pour les pieux, mauvais bétonnage…)  bétonnage…)   Mouvements de sols non prévus o  o  Construction d’un ouvrage ouvrage plus profond que son avoisinant …  o 

Selon la nature des fondations, superficielles ou profondes, les technique de reprise en sousœuvre peuvent être différentes.  différentes.  Dans tous les cas, il s’agit de reporter les charges de fondation sur un horizon porteur satisfaisant aux exigences de la construction en matière de contraintes et de déformation.

Xavier Lauzin Août 2016

115 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)   II) E nvir onnem onnement ent règ le leme menta ntair ire e: Les textes sont ceux applicab applicables les aux ouvrages de fondations f ondations : titre V du CCTG pour pour les les ouvrages ouvrages de de génie génie civil civil   Fascicule 62 titre   DTU 13.1 et 13.2 pour les ouvrages de bâtiment   Cahier des charges approuvé pour des techniques spécifiques.

III ) Pri P rincipe ncipe de dimensionnement des renforcem renforc ement entss :   Il résulte de l’application des es textes citésplus ci-dessus. ci -dessus. façonleur générale fondations existantes dégradé dégradées ne sont aptes àDe remplir rôle. on suppose que les

IV) Mis e en en œuvre de  dess renforceme renforcements nts : superficielles : IV.1) repris repris e e en n s ous-œuvre des fondations superficielles : IV.1.1) reprise par passes alternées :

Il s’agit de descendre les fondations au niveau du nouveau sol d’assise en réalisant sous les semelles en place des plots en béton. On procède par plots primaires et plots secondaires de façon à ne pas déstabiliser les superstructures. superstructures. Cette technique qui nécessite la présence humaine en fond de fouille reste limitée à des reprises de faible ampleur.

IV.1.2) reprise par pieux:

2016   2016

Xavier Lauzin Août 2016

116 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016

Le principe consiste à reprendre les superstructures en place par un nouveau système de fondations profondes. Les descentes de charge sont ramenées sur les pieux par un réseau de longrines. Les fondations profondes les plus utilisées dans ces cas et dans la limite de leur capacité portante sont les micropieux. micropieux.

IV.1.2) Reprise par par des techniques techniques spécifiques : Parmi ces techniques de reprises, il existe des méthodes consistant à renforcer les sols sous les fondations :   Soit pour augmenter la capacité capacité portante des fondations fondations superficiell superficielles es   Soit pour diminuer les tassements. tassements. Les principales techniques sont les suivantes : Technique de l’injection de sol : sol  :

Exemple de reprise en sous-œuvre sous-œuvre par injection de sol.  sol.  

Exemple de domaine d’application du coulis d’injection .

Xavier Lauzin Août 2016

117 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)   Technique du jet grouting : (NF EN 12-716)

2016   2016

Vue d’une colonne de jet grouting. 

La réalisation par jet d'éléments ou de structures de sol-ciment peut s'appliquer à des travaux temporaires ou permanents ayant différentes fins, telles que :  

la réalisation de fondations d'ouvrages nouveaux;

 

la reprise en sous-œuvre sous-œuvre de fondations existantes;  existantes; 

 

la réalisation d'écrans de faible f aible perméabilité perméabilité ;

 

la réalisation de structures de soutènement ou de structures porteuses ;

 

la réalisation de travaux annexes à d'autres travaux géotechniques ;

 

le renforcement d'un massif de sol.

Xavier Lauzin Août 2016

118 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016 IV.2) R ep epris ris e e en n sous -œuvre des fondations profondes : 

Fondations de la gare maritime du Havre.

La pathologie de la construction est liée à l’ancrage des pieux sur un banc de sable et graviers de faible épaisseur. La reprise en sous-œuvre sous-œuvre mise au point par M. Freyssinet a consisté à foncer de nouveaux pieux béton jusqu’ jusqu’ à la couche de gravier compact, de créer un réseau de longrines précontraintes et de vériner la superstructure.

Réalisation des nouveaux pieux.

Xavier Lauzin Août 2016

119 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016  2016 

Exemple de diagnostic sur un ouvrage de génie civil.

Xavier Lauzin Août 2016

120 

 

Diagnostic et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version ( version 1) 1)  

2016   2016

Vue générale

Réservoir sur tour.

Vue d’ensemble.  d’ensemble. 

Xavier Lauzin Août 2016

121 

 

Pathologie et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version 1)  1)  

2016  2016 

SOMMAIRE  LE DIAGNOSTIC DES OUVRAGES. ................ ................................. ................................. ................................. .................................. ..................... .... 2  L A CONNAISSANCE HISTORIQUE DES REGLES DE DIMENSIONNEMENT .HISTORIQUE   DU  BÉTON ARMÉ ............... ................................. .................................. ................................. ................................. .................................. .............................. ............ 2  ................................ ................................. .................................. .................................. ................... 3  HISTORIQUE DU BÉTON ARMÉ ................ I) La fissuratio fissuration n : ............................... ................................................ ................................. ................................. .................................. ...................... ..... 22  

I.1) Définition : ................................................................................................................................................. 22  I.2) Cas particulier du béton :........................................................................................................................... 22   Application : .......................................................... ........................................................................................................................ ........................................................................................... ............................. 23  Exemples de fissures dues au fonctionnement fon ctionnement de l’ouvrage l’ouvrage :  : ....................................................... ......................................................................... .................. 24 

II) La dégradation du béton : ..................................................................................... 31  

Schéma de la dégradation des bétons et de la corrosion des armatures  ........................................................ 31  II .1) Les dégradations physico-chimiques :  .................................................................................................... 31  Composition des matériaux composites .......................................................................................................... .......................................................... ................................................ 65  L A REPARATION ............................................................. ......................... ........ 86  REPARATION DES OUVRAG OUVRAGES ES EN BETON. ............................................

SOMMAIRE SOMMA IRE ................................. .................................................. ................................. ................................. .................................. ............................... .............. 122  SITUATION ................. .................................. .................................. ................................. ................................. .................................. ............................... .............. 123  IDENTIFICATION DE L'OUVRAGE ............... ................................ ................................. .................................. .................................. ................... ... 123  3. DESCRIPTION GENERALE DE L 'OUVRAGE ............... ............................... ................................. .................................. .................... ... 123  3.1 Nature d’Ouvrage................ d’Ouvrage ................................ ................................. .................................. .................................. ......................... ........ 123  Fondation Fond ations s ............................... ................................................ .................................. .................................. .................................. ............................ ........... 124  Fût ................................. ................................................. ................................. .................................. .................................. ................................. ...................... ...... 124  Coupole de fond du réservoir .................................................................................. 124  Coupole de couverture du réservoir ........................................................................ 124   Equipements ou superstructures ............................................................................ 124  4. C ARACTERIST  ARACTERISTIQUES IQUES DIMEN DIMENSIONNELLES SIONNELLES................ ................................ ................................. .................................. .................... ... 125  CONDITIONS D'UTILISATION................ ................................ ................................. .................................. .................................. ......................... ........ 125  II – II – CONDITIONS  CONDITIONS DE REALISATION DE L'OUVRAGE ............................................... 126   CONSTRUCTION DE L'OUVRAGE .................................. .................................................. ................................. .................................. ................. 126 

NCIDENTS SIGNALES   ISURVEILLANCE ORGANISEE  ................................ ............... ................................. ................................. .................................. ................. DE L.................................. 'OUVRAGE ............... ............................... ................................. .................................. .................... ... 126 126  TRAVAUX REALISES DEPUIS LA DERNIERE VISITE ................................ ................................................. ............................ ........... 126 

III – III – RENSEIGNEMENTS  RENSEIGNEMENTS CONCERNANT L'INSPECTION .......................................... 127  IV IV –  – INSPECTION  INSPECTION DE L'OUVRAGE ............................................................................. 128   REPERAGE ................ ................................. .................................. ................................. ................................. .................................. ............................... .............. 128   ABORDS DE L'OUVRAGE............... ................................ ................................. ................................. ................................. ............................... ............... 128  SUPERSTRUCTURES ................ ................................. .................................. ................................. ................................. .................................. ................. 129  V - SYN SYNTHES THESE E .................................. .................................................. ................................. ................................. .................................. .......................... ........ 134  DEFAUTS CONSTATES .............. ............................... .................................. ................................. ................................. .................................. ................. 134  DEGRE DE CORROSION ............... ................................ ................................. ................................. ................................. ............................... ............... 134   ANALYSE DES CONDITIONS D’EXPLOITATION  ................ ................................ ................................. .................................. ................. 134  EXPLOITATION DES DISPOSITIFS DE MESURE EN PLACE.............. ............................... .................................. .................... ... 134  INTERPRETATION DES OBSERVATIONS EFFECTUEES ................................. ................................................. ...................... ...... 135  EVOLUTION PAR RAPPORT A LA PRECEDENTE INSPECTION DETAILLEE................ .............................. .............. 135 

VI - CONCLUSI CONCLUSION ON ................................. .................................................. ................................. ................................. .................................. .................... ... 136 

Xavier Lauzin

Page 122

 

Pathologie et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version 1)  1)  

2016   2016

ETAT DE L'OUVRAGE ................ ................................. .................................. ................................. ................................. .................................. ................. 136  TRAVAUX PROPOSES ................................ ................................................. ................................. ................................. .................................. ................. 136  Entretien courant .................................................................................................... 136   Entretien spécialisé ................................................................................................. 136   Grosses réparations ............................................................................................... 136   Modernisation Modernis ation ................................ ................................................. .................................. ................................. ................................. ....................... ...... 137   INVESTIGATIONS COMPLEMENTAIRES A ENTREPRENDRE ........................................... ................................................ ...... 137  ANNEXES ANN EXES................................. .................................................. .................................. ................................. ................................. .................................. ................. 138  I –  – Description  Description de l'ouvrage

Situation

Identification de l'ouvrage Nom de l’ouvrage : l’ouvrage :

Réservoir sur tour de MONDOT

Numéro d’identification d’identification :  :  Agence de l’eau: l’eau:  

Ville de SAINTES

Commune :

LIBOURNE

Classe de l’Ouvrage (fascicule 74 du CCTG) :  : 

B

3. Description générale de l'ouvrage 3.1 Nature d’Ouvrage  Il s’agit d’un réservoir sur tour réalisé en béton armé.  armé.   Il est composé d’une cuve circulaire reposant sur des poteaux annulaires en béton.  béton.  La cuve est portée par la ceinture basse du réservoir et est recouverte d’une coque mince.   La coupole de couverture du réservoir est revêtue d’un système d’étanchéité liquide du

type résine.

Xavier Lauzin

Page 123

 

Pathologie et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version 1)  1)  

2016  2016 

La cuve est revêtue quant à elle d’un système d’imperméabilisation.  d’imperméabilisation.  

Fondations

 

Fût

 

Il est composé de 12 poteaux annulaires en béton armé de 1.10m de diamètre chacun.   L’épaisseur de l’anneau est d’environ 18 cm.  cm. 

C oupole de fond du réservoir

 

C oupole de couverture du réservoir

 

E quipem quipement entss ou  s uper uperss truc tructures tures

Non visibles. visibles.

Coque en béton armé raccordée sur une dalle horizontale au niveau du noyau central.   Son épaisseur n’a pu être mesurée.  mesurée. 

Coque en béton armé raccordée sur une dalle horizontale au niveau du noyau central.   Son épaisseur est de l’ordre de 9 à 10 cm.  cm.  

 

Etanchéit Etanchéité é de la coupole supérieure par SEL

 

Antennes de diffusion diffusion téléphonique téléphonique en partie partie centrale centrale de la couverture et sur les acrotères

 

Garde-co Garde-corps rps métalliques en périphérie de la cuve

 

Escalier hélicoïdal

 

Canalisations d’amenée et d’évacuation de l’eau et pompes.  pompes.  

Xavier Lauzin

Page 124

 

Pathologie et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version 1)  1)  

2016   2016

4. Caractéristiques Caractéristiques dimensionnelles

-Hauteur totale de l’ouvrage :  :  - Diamètre inférieur:

32 m (hauteur des poteaux : 17 m hauteur de la cuve : 15 m) 18.30 m

- Diamètre supérieur :

18.30 m

- Flèche de la coupole basse :

Non mesurée

- flèche de la coupole haute :

Non mesurée

- Hauteur des garde-corps

1m

- Volume du réservoir

1000 000 m

Conditions d'utilisation  

Ouvrage de rétention d’eau potable.  potable. 

Xavier Lauzin

Page 125

 

Pathologie et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version 1)  1)  

2016  2016 

II –  – CONDITIONS DE REALISATION DE L'OUVRAGE  

Construction de l'ouvrage - Entreprise :

Inconnue

- Bureau d'études :

Inconnue

- Années de construction :

Inconnue

Incidents signalés  

Néant

Surveillance organisée de l'ouvrage 

  Néant Travaux réalisés depuis la dernière visite  

Non précisés.

Xavier Lauzin

Page 126

 

Pathologie et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version 1)  1)  

2016   2016

III –  – RENSEIGNEMENTS CONCERNANT L'INSPECTION  

- Organisme chargé de la présente opération - Inspection antérieure

néant

- Date de la présente opération

Juin / juillet 2008

- Constitution de l’équipe d’inspection : d’inspection :

1 équipe constituée d’1 ingénieur OA et 1 technicien OA

- Autres participants

Entreprise de carottage.

- Moyens mis en œuvre œuvre  

Examen visuel.

- Conditions Atmosphériques

Essais au Ferroscan. Essais destructifs. Temps variable.

- Autres conditions

Néant

- Difficulté particulière :

L’examen des parois extérieures a nécessité un travail sur cordes.

Xavier Lauzin

Page 127

 

Pathologie et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version 1)  1)  

2016  2016 

IV –  – INSPECTION DE L'OUVRAGE 

Repérage Le réservoir est situé en zone rurale. Abords de l'ouvrage

Eléments

Description

 Abords de l'ouvrage l'ouvrage

Ouvrage situé entre entre une zone rurale.

Chaussée

En enrobé au niveau de la voirie publique et en grave à l’intérieur de la zone.  zone. 

Localisation

Avis

Photo n° 1

Etat satisfaisant

Xavier Lauzin

Page 128

 

Pathologie et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version 1)  1)  

2016   2016

Superstructures  : R appel ppel s ur le cla class s em ement ent du CE MAG R E F  : Tout défaut apparent est rangé dans une classe qui correspond à un indice de gravité. Il est défini 6 classes dont la gravité va croissant de A à F.

  Classe A : ouvrage en bon état sans défaut

o

  Classe B : ouvrage dont les défauts étaient étaient existants à la construction construction et sans conséquence importante autre qu’esthétique  qu’esthétique 

o

  Classe C : ouvrage dont l’évolution des défauts risque de se faire anormalement anormalement  

o

  Classe D : ouvrage dont les défauts sont révélateurs révélateurs d’une évolution de la dégradation (il existe 3 sous-classes D1, D2, D3)

o

  Classe E : ouvrage dont dont les défauts défauts traduisent traduisent une modification modification du comportement comportement de la structure et mettent en cause la durée de vie de l’ouvrage  l’ouvrage  

o

  Classe F : ouvrage dont les défauts défauts indiquent la proximité d’un état limite et exigent une restriction d’utilisation ou sa mise hors service.  service.  

o

Xavier Lauzin

Page 129

 

Pathologie et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version 1)  1)  

2016  2016 

 3.1) P oteaux s uppor upportt de la la cu cuve ve : 3.1.1) Défaut apparent des ouvrages : ouvrages : Les poteaux béton examinés ne présentent pas de défaut apparent. Ils pourraient être mis en cla méthodolog ie du CEMAGREF. class s e B   selon la méthodologie

3.1.2) Etat de conservation des ouvrages : ouvrages : Les poteaux ont fait l’objet de 3 carottages en vu d’analyse chimique.   Les résultats de ces analyses sont présentés en annexe. L’interprétation L’interprétati on qui pourrait être fait des résultats, est la suivante :

 

bétons : les échantillons prélevés révèlent 3 matrices minérales Composition des bétons : de composition similaire. Il s’agit de béton dont la charge granulaire est du type siliceux (entre 89 et 98 %). Les dosages en ciment varient de 306 kg/m3 (échantillon 1) à 265 kg/m3 (échantillon 2) et 231 kg/m3 (échantillon 3). Parallèlement les teneurs eau permettent de calculer le rapport E/C pour chaque élément. Ces valeurs varient de 0.76 (échantillon1) à 0.81 (échantillon 2) et 1 (échantillon 3). Les valeurs des taux d’hydratation (respectivement 19,18 et 15 %) indiquent une prise normale du liant. Les résistances à la compression des échantillons sont les suivantes :  

Echantillon 1 : 9.7 MPa

 

Echantillon 2 : 18.8 MPa

 

Echantillon 3 : 10.3 MPa.

observations : omment enta air ires es s ur les analys analyses es  : l’examen de ces éléments appelle 3 observations : C omm  

Les dosages en ciment sont relativement faibles par rapport au dosage préconisé par la EN 206.1 (non applicable à la date de construction de l’ouvrage) mais il convient cependant de noter que le fascicule 74 de mars 1983 préconisait un dosage minimal de 300 kg/m3  pour le béton armé non au contact contact de l’eau (article (article 32).  32).   

Les rapports E/C sont également très élevés (entre 0.76 et 1). La valeur recommandée est de l’ordre de 0.5 à 0.55.Il est probable que pour assurer une mise en œuvre plus facile du béton dans l’espace annulaire, il y ait eu adjonction d’eau sur le chantier.  chantier.    

Les valeurs de résistances à la compression sont faibles (autre

conséquence d’un d’un dosage en liant faible et d’un rapport E/C élevé).Il faut cependant nuancer cette analyse du fait des dimensions géométriques des carottes fournies.

Xavier Lauzin

Page 130

 

Pathologie et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version 1)  1)  

2016   2016

En effet, la NF EN 206.1 détermine des classes de résistance à partir d’essai sur des éprouvettes de béton durci d’élancement 2, ce qui n’était  pas le cas des nôtres nôtres (échantillon (échantillon 1, élancement élancement 2 ; échantillon 2, élancement 1.9 et échantillon 3, élancement1.4). De plus selon la NF EN 12504.1 le rapport entre le diamètre maximal des granulats gra nulats et le diamètre de l’éprouve l’éprouvette tte a une incidence significative Il en résulte que les valeurs données le sont à titre informatif.

 

 : les produits recherchés sont principalement les Produits d’altération des bétons bétons : chlorures, les alcalins, et la profondeur du front de carbonatation. Le dosage en ions chlorures indique des valeurs inférieures à 0.02% en masse de béton, soit ramené au dosage en ciment des valeurs inférieures à 0.18 %. Les teneurs en alcalins sont de l’ordre de 0.10 % .  .  Les mesures des profondeurs des fronts de carbonatation sont les suivantes :   Echantillon 1 : extérieur : 13 mm

intérieur : 0 mm

 

Echantillon 2 : extérieur : 0 mm

intérieur : 0 mm

 

Echantillon 3 : extérieur : 35 mm

intérieur : 0 mm

C omm omment enta air ires es s ur les analys analyses es  : ces valeurs appellent les commentaires suivants :  

Dosage en chlorures : les valeurs obtenues sont inférieures aux valeurs  préconisées (0.20 (0.20 % pour du béton béton armé).  armé). 

 

Teneur en alcalins : alcalins : les valeurs sont également inférieures à celles recommandées par le LCPC LCPC (3.5 kg/m3).

 

La profondeur de carbonatation de 35 mm pour une épaisseur de 18 cm de béton et un enrobage mesuré sur l’échantillon 3 de l’ordre de 5 cm demande à être prise en compte dans le cadre de mesures préventives.

 

Pour une cuve de 1000 m3, la contrainte de compression sur les poteaux est de l’ordre de 1.5 MPa et donc inférieure à la contrainte admissible de 0.6*f cj  cj  (6 MPa pour la valeur la plus faible mesurée).

Xavier Lauzin

Page 131

 

Pathologie et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version 1)  1)  

2016  2016 

 3.2) C uve  : 3.2.1) Défaut apparent des ouvrages :  : 

La structur e de la cuve est constituée d’une coupole de fond, d’une coupole de couverture et de parois verticales. La coupole de fond s’appuie sur les poteaux par l’intermédiaire d’une ceinture en béton armé. La coupole de couverture repose sur les voiles périphériques périphériques par l’intermédiaire d’une ceinture haute. Il n’a pas été relevé de pathologie au niveau de la coupole de fond et des parois. Ces ouvrages pourraient mis en cla class s e C . La coupole de couverture présente quant à elle des signes de carbonatation des bétons et de corrosion des armatures conduisant à des chutes de plaques de béton à l’intérieur de la cuve. Cette partie d’ouvrage est à cla class s er en E .

3.2.2) Etat de conservation des ouvrages : ouvrages :

 

Inspection visuelle et instrumentée instrumentée :  :

Il a été procédé à des inspections au Ferroscan PS 200 pour la vérification des enrobages des armatures à l’intérieur et à l’extérieur de la cuve ainsi que des mesures ponctuelles des profondeurs des front de carbonatation à la phénophtaléine. Les valeurs trouvées sont résumées dans le tableau ci-après :

Localisation Mode d’inspection  d’inspection  Fût central Balayage horizontal

Enrobage mesuré (mm) Mini : 28 Maxi : 70

Balayage vertical

Mini : 20

Maxi : 40

Coupole de fond

Balayage horizontal

Mini : 38

Maxi : 90

Balayage vertical

Mini : 30

Maxi : 40

Parois

Balayage horizontal

Mini : 30

Maxi : 40

Balayage vertical

Mini : 35

Maxi : 80

(Les sorties informatiques des mesures sont jointes en annexe).

 

carotte : Essai en laboratoire sur une carotte :

Carbonatation (mm) Entre 5 et 10

Entre 5 et 8

Inférieure à 10

Un carottage a été réalisé sur la coupole de couverture.

Xavier Lauzin

Page 132

 

Pathologie et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version 1)  1)  

2016   2016

Les résultats des analyses chimiques sont joints en annexe. L’interprétation L’interprétatio n des résultats est résumée ci-après ci-après :

bétons  : l’échantillon prélevé est un béton dont la charge Composition des bétons granulaire est majoritairement de la silice (97.2%). Le dosage en ciment est de 254 kg/m3. La teneur en eau est de 9.2 % pour un rapport E/C de 0.82. La valeur du taux d’hydratation (19 %) indique %)  indique une prise normale du liant. La résistance à la compression a été estimée à 7.5 MPa. appellent les commentaires suivants : C omm omment enta air ires es s ur les les analys analyses es : ces valeurs appellent  

On retrouve des dosages en ciment faible comme précédemment. La valeur minimale de 300 kg/m3  n’est pas respectée. Il en découle outre une résistance mécanique faible, une compacité médiocre qui peut expliquer l’état actuel de la coupole et sa carbonatation.  

Le rapport E/C est par contre exceptionnellement élevé (0.82). Les valeurs couramment admise sont de 0.5 maximum. Il est donc fortement probable que pour pouvoir assurer une mise en œuvre facile de la coque mince il y ait eu un rajout d’eau sur le chantier. Ce dosage élevé en eau participe également à la faible compacité du béton et à l’accélération des phénomènes de carbonatation.  carbonatation.   

La valeur de résistance résistance mécanique mécanique du béton béton est très faible. faible. Malgré les commentaires précédents sur la représentativité de la valeur, v aleur, et compte tenu de la conception même de la coupole en coque mince, nous conseillons un renforcement de cette dernière.

Produits d’altération des bétons : bétons :   comme précédemment, les produits recherchés sont les chlorures, les alcalins et la profondeur de carbonatation.   carbonatation.  

Le dosage en chlorures indique des valeurs de 0.09 % ramenées au dosage en ciment.

 

La teneur en alcalins est de l’ordre de 0.10 %.  %. 

 

La valeur de pénétration du front de carbonatation est de 0 sur l’échantillon prélevé.  prélevé. 

appellent les commentaires suivants : C omm omment enta air ires es s ur les les analys analys es : ces valeurs appellent      

Dosage en chlorures : les valeurs sont inférieure inférieures s aux valeurs  préconisées. Teneur en alcalins : les valeurs sont inférieures aux valeurs limites. Profondeur de carbonatation : la valeur obtenue  par carottage n’est  pas représentative des pathologies repérées. En effet les corrosions d’acier avec chute de plaques de béton sont caractéristiques d’une carbonatation avancée des bétons.

.

Xavier Lauzin

Page 133

 

Pathologie et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version 1)  1)  

2016  2016 

V - S YNTHESE 

Défauts constatés DEFAUTS

CAUSE

REMEDES

DEFAUTS DE CONSTRUCTION Eclatement des bétons de la coupole de couverture.

Mauvaise compacité du béton, enrobages insuffisants du à une épaisseur très faible bien que règlementaire.

Réparation lourde

Défaut d’étanchéité

L’imperméabilisation L’imperméabilisation de la Etanchéité intérieure de cuve est ancienne et ne la cuve à réaliser. protège plus les bétons contre la carbonatation.

Poteaux support de la cuve : début de carbonatation.

Protection par peinture très dégradée.

Réaliser un revêtement r evêtement technique de protection.

DEFAUTS DEFA UTS DE MANQUE D’ENTRETIEN  D’ENTRETIEN   Sans objet.

DEFAUTS DE FONCTIONNEMENT  Accumulation d’eau d’eau dans la noue en couverture.

 Altération des garde-corps

Obturation des entrées d’eau pluviale en couverture.

Oxydation de l’échelle métallique d’accès d’accès à la cuve.

Remplacer les descentes EP (éventuellement les passer en apparent à l’extérieur si le classement du site le permet).  A remplacer

Degré de corrosion  

Oxydation des garde-corps garde-corps de la cuve et de l’échelle d’accès à la coupole de fond.  fond. 

Analyse des conditions d’exploitation d’exploitation  

La présence d’antennes en couverture limite les conditions d’entretien du revêtement d’étanchéité.   d’étanchéité.

Exploitation des dispositifs de mesure en place  

Sans objet.

Xavier Lauzin

Page 134

 

Pathologie et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version 1)  1)  

2016   2016

Interprétation des observations effectuées  

Cet ou ouvrage vrage ne présente présente pas de de défaut défaut majeur majeur structurel structurel pouvant pouvant remettre en cause son fonctionnement immédiat.



   

 

La carbonatation carbonatat ion des bétons et le niveau corrosion armatures de ladégradation coupole de couverture demandent une action rapidedesous peinedes d’assister    à une rapide et définitive de de l’ouvrage.  l’ouvrage.  L’étanchéité intérieure de la cuve est à reprendre, celle de la coupole est apparue en bon état de conservation. conservation. Les po poteaux teaux et les parois extérieures de la la cuve cuve seraient seraient à protéger protéger pour prévenir des phénomènes de carbonatatio carbonatation. n.

Evolution par rapport à la précédente p récédente inspection inspection détaillée  

Pas d’inspection communiqué communiquée. e.  

Xavier Lauzin

Page 135

 

Pathologie et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version 1)  1)  

2016  2016 

VI - CONCLUSION Etat de l'ouvrage

Parties de l'ouvrage

Définition des causes probables

 Abords

Indice de gravité B

Poteaux support de cuve

Carbonatation des bétons

B

Coupole de fond

Carbonatation des bétons et corrosion des

C

Fût et parois de la cuve (intérieur) Parois de la cuve (extérieurs)

Coupole de couverture

Mode réparation possible

aciers Carbonatation des bétons et corrosion des aciers Carbonatation des bétons et corrosion des aciers Carbonatation des bétons et corrosion des aciers

Ensemble de l'ouvrage (indice de gravité max.)

 Mi s e en pein  Mis peinture ture techni te chnique que ap après rès purg e et réparations réparations local locales es.. tanchéi nchéité té de de la cuv cuve e E ta à réalis réalis er.

C

tanchéi nchéité té de de la cuv cuve e E ta à réalis réalis er.

C

 Miss e en pein peinture ture  Mi techni te chnique que ap après rès purg e et réparation locale loc ale..

E

eprend rendre re la s ousR ep  face par béton béton projeté proj eté après purg e. Protection complémentaire contre l’humidité. 

E

Travaux proposés

E ntret ntretien ien courant  

Etanchéité Etanchéit é de la coupole de couverture et des entrées d’eau pluviale.  pluviale. 

Entretien spécialisé  

Néant

Gross es rép répa ara rattions   Voir tableau ci-dessus.

Xavier Lauzin

Page 136

 

Pathologie et réhabilitation des ouvrages de génie civil (version 1)  1)  

2016   2016

 Modernis  Modern is ati ati on   Néant

o

Investigations complémentaires à entreprendre   Néant

o

Xavier Lauzin

Page 137

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin

ANNEXES 



  ANALYSE DES BETONS ACIERS    MESURES D’ENROBAGE DES ACIERS 

 

PHOTOS de l’OUVRAGE  l’OUVRAGE 

138

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

 

 A NA L Y S E DE S B E TO TONS NS

Xavier Lauzin

139

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin

140

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin

141

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin

142

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin

143

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin

144

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin

145

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin

146

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin

147

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

 

Di Diagr agr am amme mess des auscult auscu ltat ations ions au Ferros can.

Xavier Lauzin

148

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin

149

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin

150

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin

151

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin

152

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin

153

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin

154

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin

155

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin

156

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

 

PHOTOS de l’ OUVRAGE O UVRAGE

Xavier Lauzin

157

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin

Photo 1 Vue générale en élévation

Photo 2 Vue des sondages sur les  poteaux

158

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin Photo 3 Sondages sur poteaux.

Photo 4 Début de corrosion des armatures après carbonatation des bétons.

159

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin Photo 5 Début de corrosion des armatures après carbonatation des bétons.

Photo 6 Faïençage des enduits.

160

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin Photo 7  Aperçu des poussées poussées de corrosion des armatures derrière l’enduit.  l’enduit. 

Photo 8 Détérioration de la peinture des  poteaux.

161

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin Photo 9 Faïençage des enduits Fissuration de la reprise de coulage. Fissuration de l’enduit dans la zone de rejaillisse rejaillissement. ment.

Photo 10 Faïençage de l’enduit de la cuve et amorce de fissuration f issuration dans la zone de rejaillissement (au dessus de la corniche).

162

 

Pathologie des ouvrages de génie civil.

Xavier Lauzin Photo 10 Faïençage de l’enduit de la cuve et amorce de fissuration f issuration dans la zone de rejaillissement (au dessus de la corniche).