Réparation des bétons altérés

Avant-propos

Le béton des ouvrages en site maritime subit des agressions spécifiques qui entrainent des dégradations parfois sévères. Un premier rapport d'étude diffusé par le CETMEF fait une synthèse à destination des praticiens des connaissances sur les causes de ces altérations, leurs manifestations, les processus de leur développement et les techniques d'investigation disponibles pour les diagnostiquer et de la bibliographie francophone disponible pour approfondir. Ce second document traite des techniques de réparation du béton et tient compte des contraintes particulières de leur application en site maritime. Ces techniques sont présentées en détail dans des fiches placées en annexe. Il est finalisé et diffusé par le CETMEF (centre d'études techniques maritimes et fluviales) sur la base de rapports d'étude confiées au CETE de l'Ouest. Le CETMEF remercie particulièrement l'équipe qui a réalisé cette étude, dont la rédaction de ce rapport est directement issue, et en particulier : • B. Thauvin, M. Menguy, N. Rouxel (CETE Ouest – LRPC de Saint-Brieuc) ; • S. L'Hermite, J. Billon (CETE Ouest – DIE/GOA à Nantes) ; • S. Lefebvre, B. Bérenger (CETE Ouest – LRPC d'Angers). • Véronique Bouteiller et Bruno Godart de l'IFSTTAR en tant que relecteurs

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Réparation des bétons altérés - septembre 2011 - 3

Sommaire 1. Généralités 1.1 L'entretien des ouvrages 1.1.1 L'entretien courant

5 5 5

1.1.2 L'entretien spécialisé

5

1.2 La réparation des ouvrages 1.3 Le renforcement des ouvrages

6 6

2. La démarche de sélection des actions d'entretien et de réparation 2.1 Cas A : ouvrage sans dégradation apparente 2.2 Cas B : ouvrage présentant des dégradations du béton 2.2.1 Les réparations 2.2.2 Autres traitements 2.3 Cas C : ouvrage avec désordres d'ordre structurel 2.3.1 Les réparations 2.3.2 Les renforcements 3. Annexes

7 8 8 8 8 9 9 9 11

3.1 Annexe 1 : Processus de corrosion des armatures – Sélection des techniques d'entretien et de réparation 13 3.2 Annexe 2 : Techniques de réparation 15 REPARATION SUPERFICIELLE PAR RAGREAGE 17 CALFEUTREMENT OU INJECTION DES FISSURES

22

RECONSTITUTION DE SECTION Béton coulé en place avec ou sans remplacement d'armature

31

RECONSTITUTION DE SECTION Béton projeté avec ou sans remplacement d'armature

35

RENFORCEMENT DE SECTION Précontrainte additionnelle

43

RENFORCEMENT DE SECTION Tôle ou matériau composite collé

45

PROTECTION CATHODIQUE DES ARMATURES

48

EXTRACTION DES IONS CHLORURE

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RÉALCALINISATION

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4. Bibliographie 4 - Réparation des bétons altérés – septembre 2011

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1. Généralités 1.1 L'entretien des ouvrages Toute opération ayant pour but de maintenir un ouvrage dans son état de service relève de l'entretien. L'entretien a essentiellement un caractère préventif. Tous les ouvrages portuaires en béton doivent être entretenus. 1.1.1 L'entretien courant L'entretien courant est celui qui, demandant peu de moyens et peu de technicité, doit être réalisé de façon régulière en étroite liaison avec la surveillance organisée. Il comprend essentiellement :  le nettoyage des dispositifs d'écoulement des eaux (gargouilles, barbacanes, drains, etc.),  le nettoyage des joints et de leurs équipements,  le contrôle de l'état et le nettoyage des accès (trappes, portes, échelles, nacelles),  le maintien en état de la signalisation relative à l'exploitation de l'ouvrage,  le contrôle de l'état de tous les équipements supportés par l'ouvrage (bollards, organeaux, échelles, défenses d'accostage, etc.). Cet entretien doit être exécuté systématiquement pour tous les ouvrages en fonction des observations recueillies au cours de la surveillance organisée. Dans le domaine portuaire, l'exploitation des ouvrages peut être confiée à un concessionnaire qui peut ne pas être le gestionnaire. Dans ce cas de figure le responsable de l'entretien courant doit être clairement identifié. 1.1.2 L'entretien spécialisé L'entretien spécialisé porte pour l'essentiel sur les équipements, les éléments de protection, et également sur les défauts mineurs de la structure. Il diffère de l'entretien courant par les moyens particuliers qu'il nécessite et par les techniques spéciales qu'il met en œuvre. Les opérations d'entretien spécialisé les plus fréquentes sont les suivantes : ●       

Opérations sur les équipements et les éléments de protection réfection des dispositifs d'écoulement des eaux, protection des garde-corps et des éléments métalliques des équipements contre la corrosion, réfection du revêtement de terre-plein, suppression des venues d'eau, protection des parements contre l'humidité et les ruissellements, réfection ou création de dispositifs d'entretien et de visite, entretien des protections cathodiques des armatures du béton, réfection ou mise en place d'éléments de protection.

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●  

Opérations sur les défauts mineurs de la structure protection des armatures très localement apparentes (sablage des armatures et application de produits passivants) [13], ragréages ponctuels et peu profonds des parements de béton très localement endommagés [13].

1.2 La réparation des ouvrages La réparation est l'opération menée sur la structure afin de garantir ou redonner à l'ouvrage son niveau de service d'origine. Les opérations de réparation les plus fréquemment mises en œuvre sur le béton sont :  la réparation superficielle par ragréage,  le calfeutrement ou l'injection des fissures [13],  la reconstitution de section par béton coulé en place avec ou sans remplacement d'armature [13],  la reconstitution de section par béton projeté avec ou sans remplacement d'armature,  le renforcement de section par précontrainte additionnelle,  le renforcement de section par tôle ou matériau composites collé,  la protection cathodique des armatures,  l'extraction des ions chlorure,  la réalcalinisation. Les techniques de réparation sont détaillées dans l'annexe 2.

1.3 Le renforcement des ouvrages Les travaux destinés à obtenir pour un ouvrage un niveau de portance supérieur à celui d'origine constituent un renforcement et non une réparation. La portance ou le niveau de portance d'un ouvrage est sa capacité à supporter les charges nominales pour lesquelles il a été conçu et dimensionné.

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2. La démarche de sélection des actions d'entretien et de réparation Par rapport au schéma de réalisation d'un diagnostic technique (cf. annexe 1), trois cas peuvent se présenter à l'issue des investigations :  cas A : ouvrage sans dégradation apparente,  cas B : ouvrage présentant des dégradations du béton,  cas C : ouvrage avec désordres d'ordre structurel. Concernant un ouvrage maritime, quel que soit le cas de figure, pour choisir une action, préventive ou curative, le milieu environnant l'ouvrage est le facteur déterminant dans l'orientation vers tel ou tel type d'action, tant économiquement que techniquement. En effet, un ouvrage soumis au marnage et intégralement découvert à marée basse sera traité différemment d'un ouvrage soumis ou non au marnage avec parties immergées en permanence. L'accessibilité sous les ouvrages maritimes est souvent délicate. La mise en place d'accès pour les traiter et les réparer est un des postes principaux dans un projet de réparation. Le fait de travailler « à la marée » limite les temps d'intervention et par voie de conséquence augmente les coûts. La démarche de sélection des actions se trouve donc limitée avec une marge de manœuvre restreinte compte tenu des critères précités. Avant toute intervention, une étude fine de faisabilité est à réaliser. Ouvrages soumis au marnage intégralement découverts à marée basse Totalement accessibles, ces ouvrages peuvent théoriquement accepter tous les types de technique de réhabilitation. Toutefois le marnage impose des temps de travail limités et élimine de fait sans aménagement spécifique les interventions nécessitant des durées de réalisation trop longues et incompressibles. ●

Ouvrages soumis ou non au marnage avec parties immergées en permanence Les parties immergées en permanence éliminent les types d'interventions devant être impérativement réalisées à l'air libre. ●

Remarque : il est possible de s'affranchir des problèmes d'immersion par la réalisation d'enceintes de mise hors d'eau (batardeaux, etc.). Toutefois cette solution onéreuse et lourde n'est applicable que pour des chantiers de grande ampleur et lorsque l'appel à cette technique est jugé totalement indispensable et économiquement viable.

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2.1 Cas A : ouvrage sans dégradation apparente Dans ce cas, lorsqu'un diagnostic de durabilité a été réalisé, en fonction des résultats obtenus et par rapport aux souhaits du gestionnaire quant à ses impératifs d'exploitation et de maintien en état d'un ouvrage, des actions préventives peuvent être mises en œuvre pour assurer une pérennité à la structure concernée. Les actions préventives sur le béton armé peuvent être :  l'application d'une protection de surface (peinture, revêtement : en fonction du produit utilisé, l'opération aura une efficacité limitée dans le temps) [14],  la protection par méthodes électro-chimiques [11], 1  la protection cathodique des armatures (par courant imposé ou par courant galvanique ),  l'extraction des ions chlorure, 2  la réalcalinisation .

2.2 Cas B : ouvrage présentant des dégradations du béton Dans ce cas, les dégradations à traiter sont principalement liées au vieillissement du matériau. Les actions à mener ont pour objectif de redonner au matériau un état le plus proche possible de son état d'origine afin de conférer à l'ouvrage une pérennité. En fonction des dégradations du matériau, on peut citer les actions suivantes. 2.2.1 Les réparations Les réparations interviennent lorsque l'état de dégradation est tel que le matériau ne peut plus répondre aux exigences que l'on attend de lui (protection des armatures, cohésion d'ensemble, etc.) :  reconstitution de section en béton (béton projeté, béton coulé en place, ragréage),  calfeutrement de fissure,  injection de fissure. 2.2.2 Autres traitements Ces autres traitements sont souvent réalisés de concert avec les réparations, ou lorsque l'intégrité physique du matériau n'est pas en cause mais que seules les caractéristiques chimiques sont altérées :  application d'une protection de surface (peinture, revêtement),  traitement par des méthodes électro-chimiques : ✔ protection cathodique des armatures (par courant imposé), ✔ l'extraction des ions chlorure, ✔ la réalcalinisation.

1 Compte tenu du peu de retour sur les protections cathodiques par courant galvanique et de l'absence de préconisation en terme de critère d'efficacité, cette méthode n'est pour l'instant pas recommandée. 2 Dans le domaine maritime, le phénomène de carbonatation est souvent limité.

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2.3 Cas C : ouvrage avec désordres d'ordre structurel Dans ce cas, les désordres à traiter sont principalement d'ordre mécanique et intéressent pour la plupart des remises à niveau de la structure par rapport à une situation d'origine détériorée en fonction d'événements plus ou moins maîtrisés (accidents, surcharges imprévues, etc.). Les actions à mener doivent prendre en compte le résultat escompté par le gestionnaire :  garantir ou redonner à l'ouvrage son niveau de service d'origine => réparation,  augmenter la capacité portante de l'ouvrage => renforcement. Les causes des désordres structurels doivent être identifiées et traitées avant toute action de réparation ou de renforcement de la structure. En particulier, les désordres ayant une origine géotechnique (poussée des sols, poinçonnement, tassement, etc.) doivent être clairement identifiés afin de ne pas traiter uniquement les symptômes visibles sur la structure mais bien les phénomènes géotechniques qui en sont à l'origine (le lecteur pourra se reporter au guide « Pathologie des ouvrages portuaires : méthodes d'investigation » publié par le CETMEF). 2.3.1 Les réparations 

 

reconstitution de section en béton (avec ou sans remplacement d'armature) : ✔ béton projeté, ✔ béton coulé en place, tôle ou matériau composite collé, la reconstruction partielle (remplacement d'éléments de structure).

En préalable ou en complément, il peut être nécessaire de réaliser le calfeutrement ou l'injection des fissures d'origine mécanique. 2.3.2 Les renforcements 

 

renforcement de section en béton armé (avec adjonction d'armatures) : ✔ béton projeté, ✔ béton coulé en place, tôle ou matériau composite collé, ajout d'élément de structure.

Conjugués avec les réparations et les renforcements, d'autres traitements peuvent être réalisés sur l'ensemble de la structure pour assurer la bonne tenue d'ensemble de l'ouvrage :  application d'une protection de surface (peinture, revêtement),  traitement par méthodes électro-chimiques : ✔ la protection cathodique des armatures (par courant imposé), ✔ l'extraction des ions chlorure, ✔ la réalcalinisation.

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Remarque : Dans les cas B et C ci-dessus, un suivi spécifique des structures peut être réalisé, soit avant la mise en œuvre des réparations pour confirmer les conclusions du diagnostic et valider les choix des techniques à employer, soit après les réparations pour suivre la bonne tenue de ces dernières et empêcher le développement de nouvelles dégradations ou de nouveaux désordres.

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3. Annexes

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3.1 Annexe 1 : Processus de corrosion des armatures – Sélection des techniques d'entretien et de réparation

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3.2 Annexe 2 : Techniques de réparation

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Techniques de réparation permettant d'atteindre l'objectif (complètement ou partiellement)

Objectif à atteindre Reprise du béton superficiellement

dégradé - Réparation superficielle par ragréage

Protection d'un béton fissuré

- Béton projeté - Calfeutrement ou injection

Reconstitution de section en béton - Béton coulé en place armé (avec ou sans remplacement - Béton projeté d'armature) Renforcement de section en béton - Béton coulé en place armé - Béton projeté - Tôle ou matériau composite collé - Précontrainte additionnelle Protection du béton contre les agents - Application d'une protection de surface agressifs (peinture, revêtement) Protection des armatures du béton - Protection cathodique par courant imposé armé contre la corrosion Régénération d'un béton carbonaté

- Réalcalinisation

Extraction des chlorures en excédent - Extraction des ions chlorure dans le béton armé afin d'éviter la corrosion des armatures

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REPARATION SUPERFICIELLE PAR RAGREAGE PRÉAMBULE Compte tenu de la spécificité des ouvrages maritimes, en grande partie immergés, la mise en œuvre de solutions de réparation est souvent rendue contraignante au regard : – des temps parfois limités d'accessibilité, – de la configuration de l'ouvrage, – de la configuration du site, – de son environnement. En outre, compte tenu de ces contraintes (zones totalement ou partiellement immergées et humides), l'emploi de certains produits de réparation (ragréage) atteint souvent les limites d'utilisation du produit. 1 - GÉNÉRALITÉS Pour le ragréage on doit se référer aux normes NF EN 1504-3 et 10 et aux normes qui y sont citées, ainsi qu'au fascicule 65 du CCTG et au guide FABEM n°1 « Reprise des bétons dégradés » du STRRES. Lorsque les parements sont altérés superficiellement sur quelques centimètres de profondeur et sur des longueurs ou des surfaces limitées (inférieures ou égales à 0,25 m 2) et que leur dégradation pourrait à terme nuire à la pérennité d’un ouvrage en provoquant des désordres plus graves pouvant mettre en cause la tenue d’ensemble de la structure, il est nécessaire de les reprendre. Ces reprises sont réalisées par des ragréages locaux. Les ragréages ne participent pas à la résistance mécanique des structures traitées. Ils ont pour objectif : ✔ l’interruption du processus de dégradation (étanchement, passivation), ✔ accessoirement de redonner aux parements un aspect général le plus homogène et esthétique possible. Sur un ouvrage en béton armé, les désordres qui donnent lieu à des régénérations superficielles sont principalement liés à la corrosion des armatures (éclats de bétons, épaufrures d’angles, etc.). Il faut aussi citer les défauts d’exécution : ✔ des ségrégations ou nids de cailloux importants, ✔ des lacunes ponctuelles de bétonnage, ✔ de la pelade, ✔ du bullage important, etc. Tous les défauts cités ci-dessus ont pour conséquence de nuire, à terme, à la pérennité du béton armé. Ils diminuent aussi le caractère esthétique des ouvrages. CETMEF

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Un examen détaillé des parements altérés doit être réalisé pour vérifier si les altérations sont superficielles ou profondes. Dans le cas d’altérations importantes en profondeur, une réparation par d’autres procédés que les ragréages doit être envisagée (de même si les dégradations bien que superficielles se trouvent être en grand nombre). En tout état de cause, le choix de la technique de réparation (ragréage, béton projeté ou autres) ne pourra pas s’effectuer sans analyse des critères économiques.

2 - PRODUITS POUR RAGRÉAGE Les produits utilisés pour les ragréages se classent en trois familles : ■ Produits à base de liants hydrauliques, constitués de liants hydrauliques et de granulats Éventuellement des adjuvants peuvent être utilisés. ■ Produits à base de liants hydrauliques modifiés, constitués de mélanges généralement pré-dosés en usine, composés de liants hydrauliques, de granulats, modifiés par des ajouts de résines synthétiques Des fibres peuvent être incorporées au mélange. La composition de ces mélanges y compris le dosage en eau, doit être parfaitement définie par le fabricant dans le cas de mélanges pré-dosés. ■ Produits à base de résines synthétiques constitués de mélanges composés de granulats et d'une résine synthétique constituant le liant et éventuellement d'ajouts (fibres) Nota : ➢

➢

Pour les travaux de petite réparation, il est conseillé de n’utiliser que des produits à base de liants hydrauliques. Les autres produits nécessitent une qualification des applicateurs pour leur mise en œuvre. De plus, les produits à base de liants hydrauliques sont des produits qui se rapprochent le plus, dans leur formulation, des bétons des supports à réparer. Les produits utilisés devront disposer du droit d'usage de la marque NF ou une certification équivalente (recommandations RC 99-T1) et leur domaine d'emploi devra être compatible avec une utilisation en milieu maritime.

3 - EXÉCUTION DU RAGRÉAGE Dans les zones à ragréer, le béton dégradé est éliminé jusqu’à atteindre le béton paraissant sain. Les zones équarries doivent avoir des formes franches afin d’assurer une bonne tenue de la réparation. Dans le cas où des armatures apparaissent lors des travaux d'élimination des bétons dégradés, il faut les dégarnir sur tout leur tracé et tout leur pourtour si elles présentent des traces de corrosion. Le dégarnissage doit être fait jusqu'à ce qu'apparaisse la partie non corrodée des armatures. 18 - Réparation des bétons altérés – septembre 2011

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NON

OUI

Dans le cas de mise à nu d’acier, on procède au décapage des aciers. L'élimination de l'oxydation peut se faire par brossage métallique, repiquage, sablage ou grenaillage. Après élimination du béton dégradé, on procède au nettoyage des surfaces (le mode de nettoyage doit être compatible avec le produit de réparation prévu, support sec ou humide). Lorsque l'épaisseur d’enrobage minimale assurant la protection contre la corrosion ne peut être mise en œuvre, un traitement anticorrosion doit être appliqué sur les aciers. Nota : ➢

Lorsque l'épaisseur d’enrobage assurant la protection contre la corrosion ne peut être mise en œuvre sans création d’une surépaisseur, il est conseillé, pour garantir une protection optimale des armatures, soit de privilégier cette surépaisseur par rapport à l’utilisation d’un produit anticorrosion comme cité ci-dessus (en l’absence d’impératif esthétique), soit d'appliquer une protection de surface générale (peinture ou revêtement).

Préalablement au ragréage, les armatures trop corrodées pour continuer à assurer leur rôle sont remplacées. Des forages et scellements d’armatures peuvent être réalisés pour assurer un ferraillage correct de la réparation. La mise en œuvre des armatures doit se faire dans le respect des dispositions constructives du béton armé. Le bouchardage en fin d’équarrissage est interdit. Lors du traitement de la partie de l'ouvrage soumise au marnage, le phasage des réparations doit tenir compte des variations du niveau d'eau. Au moment de l'immersion, le produit de ragréage doit avoir acquis des caractéristiques minimales permettant la résistance aux agents agressifs. En tout état de cause, les travaux de ragréage ne peuvent être réalisés que hors eau. En complément à la réparation, en cas de processus de corrosion important, le recours à la protection cathodique des armatures peut être étudié.

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4 - PRÉCAUTIONS PARTICULIÈRES À PRENDRE Une structure réparée se trouve de nouveau exposée aux conditions d’environnement qui ont déjà créé la corrosion. Il faut donc s’assurer que les surfaces traitées ne vont pas de nouveau engendrer des nouveaux désordres, notamment sur les zones adjacentes. Dans une réparation les points essentiels à ne pas négliger sont donc : ➢le diagnostic qui définit le type de réparation et les moyens à mettre en œuvre pour assurer la pérennité de la réparation ; ➢la préparation de surface de l’armature qui, si des traces de l'agent de la corrosion subsistent, risque de participer à l’amorçage d’une nouvelle corrosion ; ➢la liaison entre le produit de réparation et le béton ancien, qui risque d’engendrer des interstices responsables d’amorçage de corrosion localisée. Lors du chantier, des mesures particulières doivent être prises pour assurer la protection du milieu en évitant tous les rejets de matériau de réparation qui pourraient être nocifs pour le milieu aquatique, notamment lors des opérations de sablage ou de grenaillage (confinement du chantier). 5 - CONTRÔLES Le CCTP des travaux définit le contenu et la répartition des contrôles. A titre indicatif, ils peuvent s'organiser de la manière suivante : AVANT LES TRAVAUX Avant le démarrage des travaux de ragréage, dans le cadre du contrôle intérieur, l'entrepreneur réalise en présence du maître d'œuvre et de son laboratoire de contrôle, une épreuve de convenance comprenant la préparation du support et l'application des produits, dans les conditions du chantier, sur une surface représentative de l'ouvrage (choisie par l'entrepreneur en accord avec le maître d'œuvre). Cette épreuve a pour but de vérifier, de façon contradictoire, l'aptitude du personnel et des moyens employés à satisfaire les conditions du marché. Ces essais sont à réaliser avec les mêmes personnes qui ont participé à la réunion préparatoire. Ils portent sur : ✔ la qualité de la préparation du support, ✔ l'applicabilité des produits, ✔ la qualité du ragréage. Si les résultats obtenus au cours de cette épreuve de convenance ne sont pas probants, le maître d'œuvre doit demander à l'entrepreneur de réaliser à ses frais une nouvelle épreuve en apportant les modifications nécessaires à l'obtention du résultat recherché. PENDANT LE CHANTIER Dans le cadre du suivi de chantier, les contrôles portent sur : 20 - Réparation des bétons altérés – septembre 2011

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1) la préparation des surfaces, 2) la réception des produits, 3) l'application des produits. Tous les contrôles énumérés ci-dessus font parties du contrôle intérieur à la charge de l’entrepreneur. Le maître d'œuvre s'assure de l’application du PAQ et de l'exécution du contrôle intérieur, par des contrôles extérieurs programmés ou inopinés. EN FIN DE TRAVAUX Conformément au fascicule 65 du CCTG, en fin de travaux, il est fait un contrôle de l’aspect des parements après réfection. Ce contrôle contradictoire entre l’entrepreneur et le maître d’œuvre est effectué pour vérifier la conformité des travaux réalisés par rapport au marché. Toute imperfection (défaut géométrique, défaut d'adhérence ou d’aspect, etc.) du fait de l’entreprise est reprise aux frais de l’entrepreneur. Les opérations préalables à la réception assurées par le maître d’œuvre comprennent principalement des contrôles de : ✔ l'aspect du ragréage, ✔ l'adhérence. Les défauts d'adhérence et d'aspect doivent être repris par l'entrepreneur.

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CALFEUTREMENT OU INJECTION DES FISSURES

PRÉAMBULE Compte tenu de la spécificité des ouvrages maritimes, en grande partie immergés, la mise en œuvre de solutions de réparation est souvent rendue contraignante au regard : – des temps parfois limités d'accessibilité, – de la configuration de l'ouvrage, – de la configuration du site, – de son environnement. En outre, compte tenu de ces contraintes (zones totalement ou partiellement immergées et humides), l'emploi de certains produits de réparation (ragréage) atteint souvent les limites d'utilisation du produit. 1 - GÉNÉRALITÉS Lorsque le béton présente des fissures (autres que celles provoquées par l'oxydation des aciers) et que celles-ci peuvent nuire à la pérennité de l’ouvrage en provoquant des désordres plus graves pouvant mettre en cause la tenue d’ensemble de la structure, il est nécessaire de les traiter. Ce traitement peut être fait par calfeutrement ou par injection. Ces deux types de traitement peuvent remplir plusieurs fonctions : ✔ une fonction d’étanchéité, ✔ une fonction de remplissage, ✔ une fonction mécanique. Pour les calfeutrements et les injections, on doit se référer aux normes NF EN 1504-5 et 10 et aux normes qui y sont citées, ainsi qu'au fascicule 65 du CCTG et au guide FABEM n° 3 « Traitement des fissures par injection » du STRRES. Voici quelques désordres constatés sur un ouvrage pouvant donner lieu à des calfeutrements ou à des injections (cf. tableaux suivants) : ✔ ✔ ✔

fissures passives dont l’ouverture s’étend de 0,2 à 3 mm ; fissures actives dont l’ouverture s’étend de 0,2 à 3 mm avec un souffle variant de 0 à 0,6 mm ; fissures avec arrivée d’eau.

Fissure passive : fissure dont l'ouverture n'évolue pas (encore appelée fissure stabilisée ou fissure morte). 22 - Réparation des bétons altérés – septembre 2011

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Fissure active : fissure dont l'ouverture évolue au cours du temps ou sous les actions extérieures (trafic, vent, température, etc.) Les tableaux ci-dessous résument les traitements des principales fissures : Traitement des fissures passives Ouvertures Ambiance (mm) 2/10 à 3/10

Traitement des fissures actives

Traitement

Ouvertures (mm)

Souffle (mm)

Ambiance

Traitement

sèche

injection

2/10 à 3/10

0 à 6/10

sèche

calfeutrement

humide

injection

humide

calfeutrement

sèche

injection

sèche

injection

humide

injection injection injection

humide

injection injection injection

sèche

injection

Sèche

calfeutrement

3/10 à 3 mm

3 mm et plus

3/10 à 3 mm et plus

0 à 2/10

2/10 à 6/10 mm

injection humide

injection injection

Tableaux issus de l’ouvrage « Maintenance et réparation des ponts » de Presses de l’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées (1997) Toutes les fissures citées précédemment ont pour conséquence de nuire, à terme, à la pérennité du béton. En tout état de cause, le choix de la technique de réparation (calfeutrement ou injection) ne pourra pas s’effectuer sans diagnostic ni analyse des critères économiques. Lors du chantier, des mesures particulières doivent être prises pour assurer la protection du milieu en évitant tous les rejets de matériau de réparation qui pourraient être nocifs pour le milieu aquatique. 2 - PRODUITS POUR CALFEUTREMENT ET INJECTION 2.1 Les produits utilisés pour le calfeutrement se classent principalement en deux familles : ■ Produits à base de liants hydrauliques, constitués de liants hydrauliques et de granulats Éventuellement des adjuvants peuvent être utilisés pour améliorer certaines caractéristiques (adhérence, résistance à la compression, retrait, etc.). ■ Produits à base de liants de synthèse (acryliques, époxydes, etc.) Les produits utilisés pour le calfeutrement sont des mastics constitués d’un liant de synthèse et de CETMEF

Réparation des bétons altérés - septembre 2011 - 23

charges minérales. Ils peuvent se présenter sous la forme de plusieurs composants et nécessiter un primaire d’accrochage. Nota : ➢

Les produits utilisés devront disposer du droit d'usage de la marque NF ou d'une certification équivalente et leur domaine d'emploi devra être compatible avec une utilisation en milieu maritime (recommandations RC 99-T1).

2.2 Les produits utilisés pour les injections se classent en trois familles : ■ Produits à base de liants hydrauliques, constitués de liants hydrauliques et de granulats Éventuellement des adjuvants peuvent être utilisés pour améliorer certaines caractéristiques (adhérence, résistance à la compression, retrait, etc.). ■ Produits à base de liants de synthèse (acryliques, époxydes, etc.) Les produits utilisés pour le calfeutrement sont des mastics constitués d’un liant de synthèse et de charges minérales. Ils se présentent sous la forme d’un ou plusieurs composants et nécessitent ou non un primaire d’accrochage. ■ Les silicates, des produits minéraux en solution aqueuse, susceptibles de réagir avec les ions calcium du béton ou d’autres ions apportés au préalable, pour former des cristaux insolubles Nota : ➢

Les produits utilisés devront disposer du droit d'usage de la marque NF ou d'une certification équivalente et leur domaine d'emploi devra être compatible avec une utilisation en milieu maritime (recommandations RC 99-T1).

3 – EXÉCUTION DU CALFEUTREMENT 3.1. Matériel de calfeutrement La réalisation d’un calfeutrement nécessite le matériel pour : ✔

L’élargissement des lèvres :

L’ouverture en « V » ou en « U » est pratiquée manuellement ou le plus souvent avec une meuleuse électrique ou pneumatique. ✔

La mise en œuvre du mastic de calfeutrement :

Le mastic est mis en place avec un pistolet manuel ou pneumatique à débit contrôlable. Les embouts doivent avoir une ouverture adaptée à l’écartement des lèvres de la fissure. Après ouverture de la fissure par meulage ou manuellement, toute trace de poussière est éliminée par brossage ou soufflage à l’air déshumidifié et déshuilé. 24 - Réparation des bétons altérés – septembre 2011

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En cas de suintement ou de venue d’eau, un pré-étanchement est réalisé en fond de fissure à l'aide de produits adaptés : ✔ soit par injection de résines gonflantes en présence d’humidité, ✔ soit par colmatage avec une pâte de ciment à prise rapide Cette opération doit être suivie d’un nettoyage et d’un séchage des lèvres. 3.2. Mise en œuvre du produit de calfeutrement Le produit de calfeutrement peut être mis en œuvre soit : ✔ manuellement (truelles, langues de chat, etc…), ✔ par projection pour les produits à base de liants hydrauliques à l’aide de pompes manuelles ou pneumatiques pour les produits à base de liants organiques en cartouche, en poches plastiques ou en vrac Quand le produit nécessite un primaire d’accrochage, le temps d’attente éventuel doit être respecté. Dans le cas des fissures actives, un fond de joint doit être mis en place pour éviter l’adhérence des produits à base de liants organiques en fond de fissure. Le produit de calfeutrement est serré contre les lèvres de la fissure puis taloché ou lissé selon la finition désirée. Dans le cas de calfeutrement en forte épaisseur, l’application du mono-composant se fait en plusieurs passes pour permettre la polymérisation correcte de la totalité du produit. Pendant le temps de durcissement ou de polymérisation, la surface du produit mis en œuvre est protégée contre les agressions extérieures (chocs, abrasion, pluie, dessiccation et salissures, etc.). Lors du traitement de la partie de l'ouvrage soumise au marnage, le phasage des réparations doit tenir compte des variations du niveau d'eau. Au moment de l'immersion, le produit de calfeutrement doit avoir acquis des caractéristiques minimales permettant la résistance aux agents agressifs. Sous réserve d'utiliser des produits et des moyens de mise en œuvre adaptés, il est possible d'injecter sous l'eau. Le calfeutrement seul sera réservé aux parties hors d'eau de la structure. La réalisation d'injections sous l'eau est à réserver à des cas spécifiques où le diagnostic aura clairement montré l'absolue nécessité d'injecter.

4 - EXÉCUTION DE L’INJECTION 4.1. Matériel d’injection

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Réparation des bétons altérés - septembre 2011 - 25

Les malaxeurs : Les produits d’injection à base de deux composants (ciment + eau, résine + durcisseur) doivent être mélangés avant l’introduction dans le matériel d’injection : Pour les résines thermodurcissables, les mélanges se font avec des agitateurs (électriques ou pneumatiques) tournant à une vitesse lente inférieure à 300 tours/minute pour mélanger les composants sans provoquer d’inclusion d’air. Les hélices de malaxage sont adaptées au produit. ✔ Pour les coulis à base de liants hydrauliques, les mélanges se font généralement : − avec des malaxeurs à cuves tournantes et à pales fixes ou à cuves fixes et à pales mobiles, − avec des agitateurs. ✔

Les pompes d’injection : Les pompes utilisées sont des pompes manuelles ou pompes à moteur (hydraulique, électrique, thermique) : ✔ ✔

pour les fissures larges, les pompes à basse pression sont à privilégier, pour les fissures fines, les pompes à haute pression sont à privilégier.

Les pompes peuvent être à piston, à membrane, à engrenage. Elles doivent pouvoir être facilement nettoyées pour le produit utilisé et permettre un contrôle de la pression d’injection. Les pompes sont utilisées pour les injections de produit à base de liants hydrauliques ou pour les injections de produit à plusieurs composants mélangés avant d’être pompés. Les pots à pression : Ce sont des récipients fermant hermétiquement et pouvant être mis en pression. Les différents modèles de pots à pression sont : ✔ à sortie haute, ✔ à sortie basse, ✔ à réservoir indépendant, ✔ à enveloppe compressible. Tous les pots à pression doivent être munis d’un manomètre. Les pots simples : ce sont des récipients ouverts permettant d’effectuer des injections, par gravité, sans utilisation de pompe. Ces pots sont utilisés lorsque la fluidité du produit à injecter et la position de la fissure à traiter le permettent.

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Les liaisons pompe-injecteur : Ce sont des flexibles adaptés aux injecteurs et à la pression utilisée. Le matériau doit être compatible chimiquement avec le produit injecté. On doit utiliser : ✔ pour les thermodurcissables et les faibles débits des tuyaux translucides permettant de vérifier l’écoulement du produit d’injection, ✔ pour les autres produits des flexibles en caoutchouc ou néoprène, armés ou non, capables de supporter la pression d’injection. Les raccords doivent être étanches. Les injecteurs : - Les injecteurs collés ou « cavaliers » Les injecteurs doivent être collés sur les parements à cheval sur les parties à traiter. Les diamètres des tubes doivent être adaptés au débit prévisible d’injection. Les injecteurs collés sont à utiliser : ✔ lorsque les pressions d’injection sont faibles ( ≤ 0,5 MPa soit 5 bars), ✔ lorsque les débits d’injection sont faibles. - Les injecteurs forés Les trous forés permettant la mise en place des injecteurs doivent être dans l’axe de la fissure ou dans une direction traversant le plan de la fissure. Un dispositif permettant d’assurer l’étanchéité entre le tube d’injection et le manchon (membranes tubulaires, rondelles, etc.) doit être présent. Les injecteurs forés sont à utiliser : ✔ lorsque les pressions d’injection sont élevées ( ≥ 0,5 MPa soit 5 bars), ✔ lorsque les débits d’injection sont importants. Les injecteurs sont espacés de 20 à 50 cm. 4.2. Injection : Mode opératoire : ➢

Calfeutrement de la fissure puis injection (soit par gravité, soit sous pression selon les cas de figures)

La fissure doit être cachetée extérieurement avec un produit pâteux (colle époxyde, polyester, mastic polyuréthanne ou silicone, mortier étanche, etc.). CETMEF

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Pour bénéficier d’une certaine pression, le calfeutrement peut être remplacé par le masticage du joint, les injecteurs étant alors noyés dans le mastic, certains d'entre eux pouvant servir d'évents. Si la fissure n’est pas accessible sur l’une des faces, il peut être nécessaire de constituer un cordon d’étanchéité par injection quasiment ponctuelle de produits appropriés. Les injecteurs sont soit des tubes disposés dans des forages interceptant la fissure, soit des cavaliers disposés longitudinalement à cheval sur la fissure. Pour les fissures traversantes, les injecteurs sont disposés sur chaque face de la pièce à traiter. Suivant l’épaisseur de la pièce et les caractéristiques du produit d’injection, un seul côté sera équipé d’injecteurs mais les deux côtés devront être obligatoirement calfeutrés. Dans le cas d’injection d’arrêt d’eau, le cachetage n’est pas toujours nécessaire.

➢

Disposition des injecteurs de diamètre approprié au débit d’injection prévu, servant à l’introduction du produit ou pouvant jouer le rôle d’évent

➢

Contrôles de mise en œuvre des injecteurs et cachetages par air comprimé pour permettre : ✔ ✔

de vérifier que la fissure n’est pas obturée de vérifier que la communication entre injecteurs et évents se fait correctement.

Condition d’emploi des résines thermodurcissables en injection : Avant injection du produit, il faut : ✔ vérifier la température du produit, ✔ vérifier la température du support, ✔ vérifier la Durée Probable d’Utilisation (DPU) du produit utilisé. L’injection est conduite de la façon suivante : ✔ introduire le produit d’injection par le ou les tubes placés les plus bas ; ✔ suivre le cheminement du produit et fermer les évents intermédiaires au fur et à mesure qu’ils ont commencé à laisser passer le produit ; ✔ après fermeture du dernier évent, maintenir la pression pendant quelques minutes. En cas de forte hauteur ou de grande quantité, l’injection par plusieurs injecteurs est préconisée. Au point d’injection, la pression sera toujours inférieure à 0,5 MPa (5 bars) avec une valeur recommandée de l’ordre de 0,1 MPa (1 bar). Lors du traitement de la partie de l'ouvrage soumise au marnage, le phasage des réparations 28 - Réparation des bétons altérés – septembre 2011

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doit tenir compte des variations du niveau d'eau. Au moment de l'immersion, le produit d’injection doit avoir acquis des caractéristiques minimales permettant la résistance aux agents agressifs.

5 - FINITIONS APRÈS CALFEUTREMENT ET INJECTION Que ce soit le calfeutrement ou l’injection, après réalisation les parements réparés gardent des stigmates de l’intervention (présence d’injecteurs, bande de calfeutrement). En tout état de cause, si l’esthétique des parements réparés n’est pas recherchée, la réparation peut être laissée en l’état, brute de réalisation. Dans le cas contraire on peut meuler et araser dans le plan des parements (après suppression des injecteurs dans le cas de l’injection). Les parements meulés sont alors : ✔ soit laissés bruts de meulage, ✔ soit revêtus (peinture ou revêtement). Outre le caractère esthétique, la peinture ou le revêtement pourra conférer à la structure une pérennité accrue.

6 - CONTRÔLES Le CCTP des travaux définit le contenu et la répartition des contrôles. A titre indicatif, ils peuvent s'organiser de la manière suivante : AVANT TRAVAUX Avant le démarrage des travaux d'injection ou de calfeutrement, dans le cadre du contrôle intérieur, l'entrepreneur réalise en présence du maître d'œuvre et de son laboratoire de contrôle, une épreuve de convenance comprenant la préparation du support et l'application des produits, dans les conditions du chantier, sur une surface représentative de l'ouvrage (choisie par l'entrepreneur en accord avec le maître d'œuvre). Cette épreuve a pour but de vérifier, de façon contradictoire, l'aptitude du personnel et des moyens employés à satisfaire les conditions du marché. Ces essais sont à réaliser avec les mêmes personnes qui ont participé à la réunion préparatoire. Ils portent sur : ✔ la qualité de la préparation du support, ✔ l'applicabilité des produits, ✔ la qualité des injections ou des calfeutrements. Si les résultats obtenus au cours de cette épreuve de convenance ne sont pas probants, le maître d'œuvre demande à l'entrepreneur de réaliser à ses frais, une nouvelle épreuve en apportant les modifications nécessaires à l'obtention du résultat recherché. PENDANT LE CHANTIER CETMEF

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Dans le cadre du suivi de chantier, les contrôles portent sur : 1) la préparation des surfaces, 2) la réception des produits, 3) l'application des produits. Tous les contrôles énumérés ci-dessus font parties du contrôle intérieur à la charge de l’entrepreneur. Le maître d'œuvre s'assure de l’application du PAQ et de l'exécution du contrôle intérieur, par des contrôles extérieurs programmés ou inopinés. Le contrôle extérieur du maître d'œuvre consiste notamment à : ✔ contrôler l’exécution du calfeutrement ou de l’injection, ✔ effectuer un contrôle visuel pour déterminer la qualité de la réparation (présence ou non de fissures visibles à l’œil et aspect esthétique). Dans le cas d’une injection les points suivants sont contrôlés : ✔ le matériel d’injection, ✔ le dosage des constituants, ✔ les pressions d’injection ✔ les volumes injectés. Nota : Sous l'eau, un contrôle accru des quantités injectées est nécessaire pour pallier les difficultés de surveillance visuelle. EN FIN DE TRAVAUX Conformément au fascicule 65 du CCTG, en fin de travaux, il est fait un contrôle de l’aspect des parements après réfection. Ce contrôle contradictoire entre l’entrepreneur et le maître d’œuvre est effectué pour vérifier la conformité des travaux réalisés par rapport au marché, toute imperfection (défaut géométrique, défaut d'adhérence ou d’aspect) du fait de l’entreprise est reprise aux frais de l’entrepreneur. Dans le cas de structures particulières (radier, paroi moulée, etc.), on peut s'assurer de l'efficacité des injections de fissure traversantes par vérification d'absence de venues d'eau aux moments les plus défavorables de marée (sous-pression, etc.).

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RECONSTITUTION DE SECTION Béton coulé en place avec ou sans remplacement d'armature

PRÉAMBULE Compte tenu de la spécificité des ouvrages maritimes, en grande partie immergés, la mise en œuvre de solutions de réparation est souvent rendue contraignante au regard : – des temps parfois limités d'accessibilité, – de la configuration de l'ouvrage, – de la configuration du site, – de son environnement. En outre, compte tenu de ces contraintes (zones totalement ou partiellement immergées et humides), l'emploi de certains produits de réparation (ragréage) atteint souvent les limites d'utilisation du produit. 1 - GÉNÉRALITÉS Sur une structure en béton armé, lorsque le matériau béton présente des dégradations profondes et très étendues, les parties dégradées peuvent être traitées par substitution de matériau. Ce type de reconstitution s'applique principalement aux poutres et poteaux en béton armé. Cette substitution peut être réalisée par la mise en œuvre d’un nouveau béton coulé en place. Pour la réalisation de ce type de réparation on doit se référer au « Guide d'utilisation du béton en site maritime » et aux normes qui y sont citées. Limites de la technique : La réparation de structures par béton coulé en place est assujettie à de nombreuses contraintes, dont les principales sont les suivantes : ✔ de par les moyens importants à mobiliser cette technique ne peut être envisagée qu'en présence de quantités de béton à mettre en œuvre suffisamment grandes pour rentabiliser la mobilisation du matériel ; ✔ les pièces à reconstituer doivent être positionnées de préférence hors d'eau ou à défaut en zone marnante haute, la mise hors d'eau par batardeau n'étant concevable que pour un chantier de grande ampleur ; ✔ le béton peut être coulé sous l'eau sous réserve de l'utilisation d'une formule adaptée et de l'emploi de moyens de mise en œuvre spécifiques, et ce pour des parties de structure ne nécessitant pas une grande précision dimensionnelle (ferraillage, coffrage, etc.) ; ✔ la structure traitée doit être en mesure de supporter les excédents de poids apportés par la réparation. CETMEF

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Sur le dernier point, la reconstitution par béton coulé en place nécessite de prévoir un « engraissement » minimum des sections pour permettre le coulage dans les coffrages. Cette sujétion conduit de fait à un renforcement de la structure. Dans le cas de rajout important de poids, il est absolument nécessaire d'assurer la vérification parfois lourde par calcul de la capacité de résistance des structures et d'avoir une bonne connaissance : ✔ du fonctionnement de la structure (état initial), ✔ du fonctionnement après les travaux de réhabilitation.

2 - BÉTONS UTILISÉS Les bétons utilisables sont décrits dans le « Guide d'utilisation du béton en site maritime ». On doit se référer à la norme NF EN 1504-3 et 10 et aux normes qui y sont citées, notamment la norme NF EN 206-1, ainsi qu'au fascicule 65 du CCTG. En tout état de cause, les bétons à utiliser doivent être compatibles avec le béton en place et doivent faire l'objet d'une étude préalable après le diagnostic ayant conclu au choix de la technique de réparation considérée (à titre d'exemple, on privilégiera un béton à faible retrait et la réalisation de réparation par plots de dimensions réduites). Sous réserve d'être compatibles avec le support en place et de répondre aux exigences de l'étude préalable, des bétons « spéciaux » aux nouvelles performances peuvent être utilisés. (cf. « Guide d'utilisation du béton en site maritime »). On peut citer : ➢ Les Bétons Auto-Plaçant (BAP) dans les parties difficiles d'accès et fortement ferraillées, ➢ Les Bétons à Hautes Performances (BHP) qui procurent de bonnes performances de durabilité (notamment vis-à-vis de la corrosion des armatures). 3 - EXÉCUTION DE LA RÉPARATION Dans les zones à reconstituer, le béton dégradé est éliminé jusqu’à atteindre le béton paraissant sain. Les zones équarries doivent avoir des formes franches afin d’assurer une bonne tenue de la réparation. Après élimination du béton dégradé, on procède au nettoyage des surfaces (le mode de nettoyage doit être compatible avec le produit de réparation prévu, support sec ou humide). Les armatures mises à nu lors des travaux d'élimination des bétons dégradés doivent être dégarnies sur tout leur tracé et tout leur pourtour si elles présentent des traces de corrosion. Le dégarnissage doit être fait jusqu'à ce qu'apparaisse la partie non corrodée des armatures.

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On procède au décapage des aciers dégagés. L'élimination de l'oxydation peut se faire par brossage métallique, repiquage, sablage ou grenaillage. Les armatures trop corrodées pour continuer à assurer leur rôle sont remplacées, et le ferraillage complémentaire pour la reconstitution (augmentation de la section) est mis en place. Des forages et scellements d’armature peuvent être réalisés pour assurer un ferraillage correct de la réparation. La mise en œuvre des armatures doit se faire dans le respect des dispositions constructives du béton armé et conformément aux recommandations du « Guide d'utilisation du béton en site maritime ». Les coffrages sont mis en place en veillant à ménager des fenêtres pour le coulage et le vibrage du béton. Les coffrages mis en place doivent être étanches.

4 - PRÉCAUTIONS PARTICULIÈRES À PRENDRE Lors du chantier, des mesures particulières doivent être prises pour assurer la protection du milieu en évitant tous les rejets de matériau de réparation qui pourraient être nocifs pour le milieu aquatique.

5 - CONTRÔLES Le CCTP des travaux définit le contenu et la répartition des contrôles. A titre indicatif, ils peuvent s'organiser de la manière suivante : AVANT TRAVAUX Avant le démarrage des travaux, dans le cadre du contrôle intérieur, l'entrepreneur réalise en présence du maître d'œuvre et de son laboratoire de contrôle, des épreuves d'études, de convenance et de contrôle. Ces épreuves sont décrites dans le « Guide d'utilisation du béton en site maritime ». PENDANT LE CHANTIER Le maître d'œuvre s'assure de l’application du PAQ et de l'exécution du contrôle intérieur, par des contrôles extérieurs programmés ou inopinés. EN FIN DE TRAVAUX Conformément au fascicule 65 du CCTG, en fin de travaux, il est fait un contrôle de l’aspect des parements après réfection. Ce contrôle contradictoire entre l’entrepreneur et le maître d’œuvre est effectué pour vérifier la conformité des travaux réalisés par rapport au marché, toute imperfection (défaut géométrique, défaut d'adhérence ou d’aspect) du fait de l’entreprise est reprise aux frais de l’entrepreneur. CETMEF

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Les opérations, préalables à la réception, assurées par le maître d’œuvre comprennent principalement des contrôles de : ✔ l'aspect du parement réparé, ✔ l'adhérence. Les défauts d'adhérence et les défauts d'aspect doivent être repris par l'entrepreneur.

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RECONSTITUTION DE SECTION Béton projeté avec ou sans remplacement d'armature

PRÉAMBULE Compte tenu de la spécificité des ouvrages maritimes, en grande partie immergés, la mise en œuvre de solutions de réparation est souvent rendue contraignante au regard : – des temps parfois limités d'accessibilité, – de la configuration de l'ouvrage, – de la configuration du site, – de son environnement. En outre, compte tenu de ces contraintes (zones totalement ou partiellement immergées et humides), l'emploi de certains produits de réparation (ragréage) atteint souvent les limites d'utilisation du produit. 1 - GÉNÉRALITÉS Sur une structure en béton armé, lorsque le béton présente des dégradations profondes et très étendues, les parties dégradées peuvent être traitées par substitution de matériau. Ce type de reconstitution s'applique principalement aux poutres et poteaux en béton armé. Cette substitution peut être réalisée par mise en œuvre d’un nouveau béton projeté. Pour la réalisation de ce type de réparation on peut se référer aux spécifications de la norme NF P 95-102 (« Réparation et renforcement des ouvrages en béton et en maçonnerie - Béton projeté »), aux guides techniques édités par l'ASQUAPRO (Association pour la Qualité de Projection des Mortiers et Bétons http://www.asquapro.asso.fr), aux normes qui y sont citées, notamment les normes NF EN 14487-1 et 2, ainsi qu'au fascicule 65 du CCTG et au guide FABEM n° 5 « Béton projeté » du STRRES. Nota : ce type de technique ne peut être utilisé que sur des structures hors d'eau ou en zone marnante. Il faut aussi remarquer que la structure traitée doit être en mesure de supporter les excédents de poids apportés par la réparation. En effet la reconstitution par béton projeté nécessite parfois de prévoir un « engraissement » des sections. Cette sujétion conduit de fait à un renforcement de la structure. Dans le cas de rajout important de poids, il est absolument nécessaire d'assurer la vérification parfois lourde par calcul de la capacité de résistance des structures et avoir une bonne connaissance : ✔ du fonctionnement de la structure (état initial), ✔ du fonctionnement après les travaux de réhabilitation.

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Réparation des bétons altérés - septembre 2011 - 35

PRINCIPE DE LA PROJECTION (voir fascicule ASQUAPRO « Mise en œuvre du béton projeté ») La projection est une technique qui permet la mise en place de matériaux, béton ou mortier, sur un support à réparer ou à protéger. Le principe de la projection consiste à : ✔ malaxer, homogénéiser les matériaux à l’état sec ou humide, ✔ les transporter par canalisation, rigide ou souple, grâce à des pompes mécaniques ou de l’air comprimé, ✔ projeter plus ou moins violemment, grâce à de l’air comprimé, le matériau sur les supports à revêtir. Le mélange de ciment et de granulats non additionné d’eau au moment du malaxage, est projeté par de l’air comprimé dans la conduite menant à la lance où l’eau nécessaire est ajoutée.

- PROJECTION PAR VOIE SECHE Granulats, ciment + Adjuvants et ajouts éventuels en poudre

Eau + ( 1 ) Air comprimé

Mélange dans flot d'air

A : lance normale B : lance avec prémouillage

A B

Eau + ( 1 )

(1) ajouts éventuels

Selon le type de machine utilisée, la vitesse de transport des matériaux varie de 50 à 100 m/s. La vitesse de projection varie de 100 à 150 m/s. Il est possible d’utiliser une sortie avec pré-mouillage. L’eau est incorporée au mélange en amont de la lance. Les poussières sont supprimées mais la vitesse de projection est alors diminuée. On peut aussi citer la projection par voie mouillée à flux dilué ou dense. Pour l’application sur béton armé, seule la technique de la voie sèche est recommandée. L'adhérence du béton projeté étant primordiale, les valeurs d'adhérence exigées sont élevées, la méthode de projection par voie sèche doit, de ce fait, être obligatoirement utilisée.

2 - BÉTONS UTILISÉS Les matériaux utilisés ainsi que les contrôles effectués sur ceux-ci doivent être conformes et répondre aux spécifications des normes NF P 95-102 (« Réparation et renforcement des ouvrages en béton et en maçonnerie - Béton projeté »), NF EN 14487-1 et 2, ainsi qu'aux fascicules ASQUAPRO.

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Pour la prescription du béton, on se reportera aux normes NF EN 206-1, au fascicule 65 du CCTG et au guide « Utilisation du béton en site maritime ». Dans le cas de l'utilisation d'un produit pré-dosé en sac, ce dernier devra disposer du droit d'usage de la marque NF et être compatible avec une utilisation en environnement maritime. Si le produit est préparé en centrale BPE, cette dernière devra être NF. En tout état de cause, les bétons à utiliser doivent être compatibles avec le béton en place et doivent faire l'objet d'une étude préalable après le diagnostic ayant conclu au choix de la technique de réparation considérée. 3 - EXÉCUTION DE LA RÉPARATION Mode opératoire (voir fascicule ASQUAPRO « Mise en œuvre du béton projeté ») : Préparation des surfaces Le parement doit être nettoyé (sablage) et humidifié. Toutes les salissures et impuretés sur parements doivent être éliminées. On procède au repiquage des parties friables du béton et au sablage du parement ou éventuellement au nettoyage à l’eau sous pression. L’énergie du repiquage et du sablage doit être réglée en fonction de la friabilité des matériaux en place. Les cavités peuvent être comblées par des projections de béton en première passe. Afin de limiter les effets du retrait du béton, la mise en place d’armatures de peau est nécessaire (dès que l’épaisseur de béton projeté dépasse 5 cm). Le ferraillage peut être classique ou en treillis soudé. Le ferraillage est solidarisé au support par des fixations (2 à 6 par m2 au minimum). Projection Nota : pour la projection, on distingue la notion de « couche » de la notion de « passe » de la façon suivante : ➢

Une passe est une épaisseur de béton frais mise en place lors d’un passage de la lance de projection sur le support à recouvrir. Ce support peut être constitué de béton frais mis en place lors d’une précédente passe ou encore du béton durci de la couche précédente.

➢

Une couche est une épaisseur de béton projeté non recouverte avant la fin de sa prise par une nouvelle épaisseur de béton frais. Elle peut être mise en œuvre en une ou plusieurs passes.

La projection ne doit commencer que lorsque tout ruissellement d’eau sur les parements, résultant de la préparation des surfaces, a cessé, et que les mortiers ou bétons mis en œuvre dans cette même phase de préparation (comblement de cavités) ont effectué leur prise. CETMEF

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Les parements verticaux doivent être revêtus en commençant par le bas et en remontant, le béton en cours de projection s’appuyant sur le béton en place. Sur chaque couche, une cure doit être réalisée. Avant l’application d’une nouvelle couche, la précédente doit avoir fait sa prise et doit être nettoyée des traces d’éventuels produits de cure qui pourraient nuire à l’adhérence du nouveau béton à projeter. Les couches élémentaires ne doivent pas être talochées. Lorsque certains parements doivent être traités avec un souci d’esthétique, il est nécessaire de procéder à une passe supplémentaire de finition qui, telle un enduit, pourra être talochée. Lors du traitement de la partie d'ouvrage soumise au marnage, le phasage des réparations doit tenir compte des variations du niveau d'eau. Au moment de l'immersion, le béton projeté doit avoir acquis des caractéristiques minimales permettant la résistance aux agents agressifs. En tout état de cause, les travaux de béton projeté ne peuvent être réalisés que hors d'eau .

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Exemples de reconstitutions de poutres en béton projeté 1. RECONSTITUTION SANS ADJONCTION D’ARMATURE

coffrage

1ère phase

2ème phase

2. RECONSTITUTION AVEC ADJONCTION D’ARMATURES

2

3 1

1 5 4

4

1

1

1 : nouvelles armatures ; 2 : clou de scellement ; 3 : soudure ; 4 : forages dans la poutre ou dans le hourdis ; 5 : enrobage supérieur ( béton coulé )

4 - PRÉCAUTIONS PARTICULIÈRES À PRENDRE Lors du chantier, des mesures particulières doivent être prises pour assurer la protection du milieu en évitant tous les rejets de matériau de réparation qui pourraient être nocifs pour le milieu CETMEF

Réparation des bétons altérés - septembre 2011 - 39

aquatique. Que ce soit en reconstitution ou en renforcement de structure en béton armé, l’assurance de la pérennité des réparations par béton projeté ne peut être obtenue que par une technicité irréprochable de l’entreprise. A cet effet, en préalable à la passation du marché, il est conseillé d’exiger des entreprises que leurs porte-lances soient certifiées (ASQUAPRO) pour ce type de réparation et qu'elles disposent des références de chantiers similaires. Outre ces certifications, des essais in-situ sont à réaliser avant le début des travaux avec les personnels certifiés. 5 - CONTRÔLES Le CCTP des travaux définit le contenu et la répartition des contrôles. A titre indicatif, ils peuvent s'organiser de la manière suivante : AVANT TRAVAUX Avant le démarrage des travaux de projection, dans le cadre du contrôle intérieur, l'entrepreneur réalise en présence du maître d'œuvre et de son laboratoire de contrôle, une épreuve de convenance comprenant la préparation du support et l'application des produits, dans les conditions du chantier, sur une surface représentative de l'ouvrage (choisie par l'entrepreneur en accord avec le maître d'œuvre). Cette épreuve a pour but de vérifier, de façon contradictoire, l'aptitude du personnel et des moyens employés à satisfaire les conditions du marché. Ces essais sont à réaliser avec les mêmes personnes qui ont participé à la réunion préparatoire. Ils portent sur : ✔ la qualité de la préparation du support, ✔ l'applicabilité des produits, ✔ la qualité du béton projeté. Si les résultats obtenus au cours de cette épreuve de convenance ne sont pas probants, le maître d'œuvre demande à l'entrepreneur de réaliser à ses frais, une nouvelle épreuve en apportant les modifications nécessaires à l'obtention du résultat recherché. Toutes les tâches principales doivent faire partie de l’essai de convenance dès la préparation de surface. Ces essais doivent être réalisés à l’aide des matériaux, des matériels et des porte-lances prévus pour l’exécution des travaux. Le mode de prélèvement des échantillons et les essais à réaliser sont exécutés conformément aux normes NF P 95-102 et NF EN 14488-2.

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Dans le cas où ces essais ne donnent pas des résultats satisfaisants, l’entrepreneur est tenu de proposer à l’agrément du maître d’œuvre une nouvelle composition de béton et de procéder à ses frais à une nouvelle série d’essais de convenance. L’entrepreneur n’est pas admis à présenter quelque réclamation que ce soit concernant l’immobilisation de son matériel et de son personnel jusqu'à l’obtention de résultats satisfaisants des essais de convenance. PENDANT LE CHANTIER Le chantier peut démarrer lorsque les modalités du plan des contrôles, le cadre du journal de chantier sont précisément établis et acceptés par le maître d’œuvre. Dans le cadre du suivi de chantier, les contrôles portent sur : 1) le personnel, 2) la préparation du support, 3) la réception du béton avant projection, 4) la projection du béton dans des caisses, avec prélèvements d’échantillons, 5) l’épaisseur mise en œuvre, 6) l’adhérence au support, 7) la résistance à la compression. La projection dans des caisses pour la réalisation de carottes est définie dans les normes NF P 95-102 et NF EN 14488-2. Cette projection doit être réalisée à l’aide des matériaux, des matériels et des porte-lances prévus pour l’exécution des travaux.

Dernières opérations préalables à la réception du béton projeté, les prélèvements sont effectués à la demande du maître d’œuvre avec un minimum d'un (1) prélèvement pour deux cents (200) mètres carrés de surface traitée par projection de béton, ou un (1) par chantier. Le contrôle de l’épaisseur minimale à mettre en œuvre, selon la norme NF EN 14488-6, est effectué CETMEF

Réparation des bétons altérés - septembre 2011 - 41

au moyen de piges ou de tout autre dispositif adapté. Comme précisé dans le PAQ, l'entrepreneur doit préciser comment il contrôle le respect des épaisseurs. Les conditions de réalisation des essais d’adhérence sont définies dans la norme NF EN 14488-4. Les essais sur béton durci font partie du contrôle intérieur. Il est procédé aux essais de mesure des résistances à la compression. Les essais de résistance sont effectués à sept (7) jours et à vingt-huit (28) jours, à raison de trois à chaque échéance. Trois carottes sont conservées pour des essais d’information éventuels. Le lendemain de la projection, le maître d’œuvre procède à un sondage au marteau sur les parements projetés. Toutes les parties reconnues défectueuses (zones sonnant le creux ou anormalement fissurées) sont démolies puis reconstituées aux frais de l’entrepreneur après remise en état des surfaces. Le maître d’œuvre peut aussi faire réaliser des essais de traction directe, en laboratoire, sur des carottes prélevées dans le revêtement à tester. Tous les contrôles énumérés ci-dessus font parties du contrôle intérieur à la charge de l’entrepreneur. Le maître d'œuvre s'assure de l’application du PAQ et de l'exécution du contrôle intérieur, par des contrôles extérieurs programmés ou inopinés. EN FIN DE TRAVAUX Conformément au fascicule 65 du CCTG, en fin de travaux, il est fait un contrôle de l’aspect des parements après réfection. Ce contrôle contradictoire entre l’entrepreneur et le maître d’œuvre est effectué pour vérifier la conformité des travaux réalisés par rapport au marché, toute imperfection (défaut géométrique, défaut d'adhérence ou d’aspect) du fait de l’entreprise est reprise aux frais de l’entrepreneur. Les opérations préalables à la réception, assurées par le maître d’œuvre, comprennent principalement des contrôles de : ✔ l'aspect du parement, ✔ l'adhérence. Les défauts d'adhérence, d'aspect, doivent être repris par l'entrepreneur.

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RENFORCEMENT DE SECTION Précontrainte additionnelle

PRÉAMBULE Compte tenu de la spécificité des ouvrages maritimes, en grande partie immergés, la mise en œuvre de solutions de réparation est souvent rendue contraignante au regard : – des temps parfois limités d'accessibilité, – de la configuration de l'ouvrage, – de la configuration du site, – de son environnement. En outre, compte tenu de ces contraintes (zones totalement ou partiellement immergées et humides), l'emploi de certains produits de réparation (ragréage) atteint souvent les limites d'utilisation du produit. 1 - GÉNÉRALITÉS Sur une structure en béton armé, lorsqu’apparaissent des désordres mécaniques importants résultant d’une faiblesse de sa capacité portante ou que, pour des impératifs d’exploitation, une augmentation de la capacité portante soit nécessaire, un renforcement s’impose. Si les techniques de renforcement « classiques », béton coulé en place ou projeté, s’avèrent irréalisables ou inadaptées, l’adjonction de précontrainte peut être envisagée. Pour la réalisation de ce type de réparation, on peut se référer aux spécifications de la norme NF P 95-104 (Réparation et renforcement des ouvrages en béton et en maçonnerie - Spécifications relatives à la technique de précontrainte additionnelle).

2 - PRINCIPE DE LA TECHNIQUE L’adjonction de précontrainte vise à pallier des défaillances de résistance de pièces en béton armé telles que les poutres et les dalles. Non prévue à l’origine, cette précontrainte doit s’adapter aux conditions de site et d’exploitation. Venant s’ajouter à l’extérieur d’une structure, la précontrainte additionnelle peut être pénalisante de par son encombrement d’une part, et de par son caractère jugé le plus souvent inesthétique d’autre part. Avant tous travaux, une étude approfondie de faisabilité avec calcul de la structure d’origine et de la CETMEF

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précontrainte nécessaire doit être réalisée, y compris dans les zones d’ancrage et de déviation (application d’efforts localisés).

3 - LIMITES DE LA TECHNIQUE L’adjonction de précontrainte a été utilisée avec succès pour renforcer des ouvrages terrestres. Toutefois cette technique, « pointue », nécessite beaucoup de précautions pour sa mise en œuvre et sa pérennité : ➢l’intervention de bureaux d’études et d'entreprises spécialisées, ➢le suivi sérieux des procédures de mise en œuvre, ➢la protection de la précontrainte des agressions extérieures, en particulier aux niveau des ancrages, etc.

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Tous les organes assurant la précontrainte sont en effet très sensibles aux agressions extérieures tant physiques que chimiques et notamment toutes celles qui peuvent favoriser l’oxydation des métaux, la pénétration d’eau en particulier. Pour cette raison, il est conseillé de ne réserver ce type de renforcement que pour des ouvrages très peu exposés aux agressions précitées.

Dans le domaine maritime le caractère « très corrosif » du milieu milite pour réserver l’utilisation de la précontrainte additionnelle à des cas exceptionnels en y assurant une grande protection et un suivi régulier et en excluant systématiquement les ouvrages où la précontrainte serait au contact direct de l’eau de mer. En tout état de cause, la technique de réparation par précontrainte additionnelle ne peut donc être utilisée que hors d'eau.

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RENFORCEMENT DE SECTION Tôle ou matériau composite collé

PRÉAMBULE Compte tenu de la spécificité des ouvrages maritimes, en grande partie immergés, la mise en œuvre de solutions de réparation est souvent rendue contraignante au regard : – des temps parfois limités d'accessibilité, – de la configuration de l'ouvrage, – de la configuration du site, – de son environnement. En outre, compte tenu de ces contraintes (zones totalement ou partiellement immergées et humides), l'emploi de certains produits de réparation atteint souvent les limites d'utilisation du produit.

1 - GÉNÉRALITÉS Les structures en béton armé présentant des insuffisances de résistance : − à la flexion, − à la traction, − au cisaillement, − vis- à-vis d’effort tranchant, peuvent être réparées ou renforcées par : − des tôles boulonnées ou collées, − des matériaux composites collés.

A - Pour la réalisation des réparations par tôles collées on peut se référer aux recommandations du fascicule n° 6 (« Tôles collées ») de la collection AFPC-SNBATI-STRRES (« Les techniques de réparation et de renforcement des ouvrages en béton ») de juin 1987. La norme NF P 95-105 correspondante est actuellement en cours d’élaboration. Cette technique s’applique principalement sous les poutres et les dalles. B - Pour la réalisation des réparations par matériaux composites collés on peut se référer aux recommandations du fascicule de la collection AFGC - (« Réparation et renforcement des structures en béton armé au moyen des matériaux composites - Recommandations provisoires ») de février 2011.

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Les matériaux composites sont principalement utilisés sous les poutres, poteaux et colonnes. 2 - PRINCIPES DES TECHNIQUES -APOUTRE OU DALLE FISSURÉE À LA FLEXION

- A1 CONFORTEMENT PAR TÔLES BOULONNÉES OU COLLÉES

-BPOUTRE AVEC FISSURES D’EFFORT TRANCHANT

- B1 -

CONFORTEMENT PAR BANDES DE MATÉRIAUX COMPOSITES COLLÉES

L’adjonction de tôles ou de composites pallie les défaillances de résistance des pièces en béton armé telles que les dalles, les poutres, poteaux et colonnes. Avant tous travaux, une étude approfondie de faisabilité avec calcul de la structure d’origine et des renforcement à mettre en place doit être réalisée par des spécialises de la technique choisie (détermination des sections, contraintes de pose et d’ancrage).

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3 - LIMITES DES TECHNIQUES 3.1 TÔLES BOULONNÉES OU COLLÉES Les tôles doivent être appliquées sur des supports sains et dépourvus de toute salissure. La mise en œuvre est délicate du fait de leur poids et des pressions à appliquer sur la colle. Les matériaux utilisées, tôles, supportent mal l’exposition dans une ambiance agressive. En milieu maritime, l’atmosphère marine particulièrement agressive vis-à-vis de l’acier oblige à protéger toutes les pièces de renfort contre la corrosion, avec toutes les sujétions ultérieures de surveillance et d’entretien pour assurer la pérennité des réparations. Il est donc déconseillé de mettre en œuvre cette technique sur des ouvrages où les tôles seraient au contact direct de l’eau de mer.

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De plus les colles utilisées pour le maintien des tôles peuvent parfois être incompatibles avec le milieu marin. Une attention toute particulière doit donc être apportée au type de colle lors de l’application de cette technique.

3.2 MATÉRIAUX COMPOSITES COLLÉS Les bandes ou les plaques de matériaux composites doivent être appliquées sur des supports sains et dépourvus de toute salissure. La mise en œuvre est délicate de ce point de vue. Cette technique de renforcement par matériaux composites est une technique « jeune » qui a été, jusqu’à maintenant, principalement employée dans des réparations de bâtiment, et ponctuellement de ponts, dans des zones protégées des intempéries et la plupart du temps à l’intérieur d’espaces clos. Certains matériaux composites sont sensibles aux ultra-violets et nécessitent des revêtements de protection, de plus ces matériaux résistent mal aux chocs et à l’abrasion. Si des études ont été menées pour vérifier les caractéristiques mécaniques et la tenue au feu des renforcements en matériaux composites, à ce jour aucune application dans le domaine maritime ne peut servir de référence.

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En l’absence d’élément probant sur le bon comportement, tant des colles que des matériaux composites, à l’exposition marine, il faut aborder cette technique avec prudence et s’entourer de toutes les précautions d’usage nécessaires si l’on envisage une réparation de ce type en milieu maritime (essais physico-chimiques sur les matériaux par exemple, essais de vieillissement accéléré, etc.).

En tout état de cause, la technique de renforcement par tôles ou matériaux composites collés ne peut être strictement utilisée que hors d'eau.

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PROTECTION CATHODIQUE DES ARMATURES

1 – DESCRIPTION DE LA TECHNIQUE : La protection cathodique par courant imposé permet de ralentir, voire d’arrêter la corrosion d’armatures de béton armé, grâce à l’application d’une polarisation qui abaisse le potentiel des aciers jusqu’à une valeur dite « potentiel de protection », telle que la vitesse de corrosion de l’acier devient négligeable. L’abaissement du potentiel est obtenu en imposant le passage d’un courant électrique à l’aide d’une alimentation dont les bornes positives et négatives sont respectivement reliées à l’anode et à la cathode (armatures).

Un calcul préalable permet de dimensionner le courant total nécessaire, le nombre d’anodes nécessaires, leurs emplacements et leurs natures. Ce courant est de l'ordre de 2 à 50 mA/m² de surface d'aciers à protéger. Il varie en fonction de la résistivité du béton d'enrobage.

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Avant la mise en place de l’installation d'une protection cathodique, il peut être nécessaire de purger les parties d’ouvrage dégradées (béton non adhérent ou pollué par la pénétration d’agents agressifs). Une étude de diagnostic préalable doit identifier ces zones en fonction d’investigations réalisées sur la partie d’ouvrage concernée. Les armatures qui doivent être dégagées sont décapées mécaniquement et ne sont pas revêtues de produit isolant qui aurait pour effet d’empêcher la polarisation électrique. La réparation est faite avec un matériau hydraulique. Les anodes sont alors placées à la surface du béton, à au moins 20 mm des armatures pour éviter les courts-circuits, et reliées aux armatures suivant la technique retenue. On doit s’assurer de la continuité électrique de toutes les armatures à protéger. Il est recommandé de mettre en place un système d'instrumentation de contrôle dans les zones les plus corrodées pour évaluer l'efficacité et suivre l'évolution de la protection. Compte-tenu des faibles courants mis en œuvre, il faut s'assurer que d'autres sources ne viennent pas perturber l'installation (présence d'éléments métalliques, mises à la terre, courants vagabonds, protections cathodiques voisines, etc.).

2 – DOMAINE D'EMPLOI : La protection cathodique s'emploie pour prévenir ou arrêter la corrosion des armatures du béton armé dans des parties d’ouvrage où la protection naturelle des armatures dans le béton n’est plus assurée. La disparition de la protection naturelle des armatures dans le béton armé peut être la conséquence de la carbonatation du béton et surtout, en environnement maritime, de l’attaque des chlorures. L'installation est dimensionnée en fonction de la durée de vie exigée par le maître d'ouvrage. De manière générale une protection cathodique par courant imposé est un traitement à vie de l'ouvrage et nécessite de ce fait un suivi dans le temps avec une interprétation des résultats de mesure. L’application d’une protection cathodique par courant imposé pour la réparation d'un ouvrage ne doit pas être confondue avec la prévention cathodique pour laquelle les courants mis en jeu sont beaucoup plus faibles. La prévention cathodique peut être prévue dès la construction de l'ouvrage. Cette technique ayant une influence sur les alcalins du béton, on doit s'assurer que le béton en place ne présente pas de risque vis-à-vis de l'alcali-réaction. La protection cathodique des structures en béton précontraint n'est pas recommandée, le dégagement d'hydrogène pouvant fragiliser les armatures tendues. Néanmoins, dans certains cas, la protection des aciers passifs peut être envisagée sous réserve : − d'un éloignement suffisant des armatures de précontrainte, − de l'absence de continuité entre ces dernières et les aciers passifs, − du respect du seuil des potentiels d'armature (-1100 mV).

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3- LES PHASES DU PROJET 1ère phase : diagnostic Avant d’envisager une protection cathodique il est indispensable de faire un diagnostic de l’ouvrage et de son environnement. C’est cette étude qui, en fonction de l’état des armatures et du béton, peut préconiser ce type de traitement. 2ème étape : faisabilité Avant de lancer le marché de la protection elle-même, il est nécessaire de faire réaliser une étude de faisabilité de la technique de traitement puis un projet de l'installation par un bureau d’études spécialisé qui dimensionne le courant à apporter, le nombre et la nature des anodes du système en fonction de la durée de vie exigée par le maître d'ouvrage. 3ème étape : consultation La consultation des entreprises doit être faite sur la base du projet et peut ouvrir aux variantes. La consultation des entreprises peut aussi se faire sur la base de performances à atteindre de façon à ouvrir aux nombreuses techniques existantes. Éléments à préciser dans les documents de la consultation : • durée d'efficacité de la protection exigée par le maître d’ouvrage, • éléments du diagnostic (épaisseurs d’enrobage, potentiels d’armature, résistivité du béton, profil des chlorures, profondeur de carbonatation), • plans de ferraillage des parties à équiper, • technique demandée en se limitant à des techniques qui ont des références et des garanties, • modalités d'agrément du fournisseur du matériel par le maître d’œuvre, • essai de performance ou de convenance sur une zone test et paramètres de recevabilité, potentiel à courant coupé inférieur à -720 mV et décroissance du potentiel de plus de 100 mV sur 24 h (NF EN 12696 : valeurs pour une protection par courant imposé), • conditions du suivi ultérieur de la technique (monitoring) et répartition des rôles de chaque intervenant (maître d'ouvrage, gestionnaire, concessionnaire, etc.), • référence à la norme NF EN 12696 et aux normes associées, • contrôle extérieur par un organisme indépendant, • emplacement souhaité pour le boîtier de contrôle, • plans de récolement, plans de câblage, identification et repérage des anodes, • modalités de réception.

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4 – TRAVAUX PREPARATOIRES Il est souvent nécessaire de procéder à des travaux préalables avant d’installer la protection cathodique : • purge du béton en enlevant les parties visiblement dégradées mais aussi les parties où le taux de chlorures est trop important, • suppression de la rouille non adhérente des armatures, remplacement des parties très dégradées et vérification de la continuité électrique des armatures, • reconstitution des parties de béton purgées avec un matériau à base de ciment.

5 – COMMENTAIRES SUR LA TECHNIQUE Eu égard aux fortes contraintes liées à l'environnement maritime, cette technique peut apparaître séduisante par sa simplicité apparente de mise en œuvre et sa pérennité supposée. Toutefois, cette technique en pleine expansion est relativement récente et dispose de peu de retours d’expériences. De plus, les critères objectifs qui permettraient de juger de l’efficacité des différents systèmes ne sont pas clairement identifiés. On doit donc être particulièrement vigilant notamment sur les compétences de l'entreprise et les contrôles d'exécution. La maintenance des installations constitue également une difficulté. Ces dernières doivent être conçues de façon à être au maximum abritées des agressions du milieu maritime. Les opérations d'entretien et de contrôle nécessaires à leur bonne marche dans le temps doivent être clairement définies : il est rappelé que cette technique ne peut être pérenne sans un entretien et un suivi régulier et rigoureux.

6 – ADAPTATIONS AUX PARTIES IMMERGEES Cette technique peut être mise en place aussi bien sur les parties aériennes qu’immergées ou enterrées. Au moment de la conception de la protection, on doit anticiper les problématiques liées à l'accès pour son installation proprement dite mais aussi pour son suivi dans le temps. Les accès pour la mise en place des installations (implantation des anodes, connectique, etc.) peuvent être difficiles dans certains cas. C'est notamment la raison pour laquelle cette technique est à l'heure actuelle difficilement envisageable pour les parties constamment immergées. 7 – TEXTES, RECOMMANDATIONS, NORMES La norme NF EN 12696 (juillet 2000) est en cours de révision.

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EXTRACTION DES IONS CHLORURE 1 – DESCRIPTION DU TRAITEMENT La présence d’ions chlorure au-delà d’une certaine concentration critique (0,4 % de chlorures libres par rapport à la masse de ciment au niveau des armatures) peut conduire à la corrosion des aciers du béton. Les structures ainsi dégradées peuvent être réhabilitées à l’aide d’un traitement électrochimique spécifique, la déchloruration. L’objectif de ce traitement est d’extraire les ions chlorure du béton d'enrobage et notamment ceux qui se trouvent au voisinage des armatures. Le traitement consiste, par polarisation, à déplacer sous champ électrique, les ions chlorure qui se trouvent au voisinage des armatures, vers le parement en béton. Le profil de pénétration des chlorures dans l’enrobage en béton des armatures est alors modifié et la concentration en ions chlorure au niveau des aciers devient inférieure au seuil critique d'initiation de la corrosion. Habituellement, cette polarisation est obtenue en imposant un courant électrique à l’aide d’un générateur dont les bornes positives et négatives sont respectivement connectées à l’anode et à la cathode (armature). La densité de courant continu est de l'ordre de 1 A/m² de surface d'armature. L’anode est généralement une grille métallique positionnée sur le parement du béton. La conductivité électrique entre la cathode (armature) et l’anode est assurée par une pâte cellulosique apposée sur la surface du béton et qui est maintenue humide pendant toute la durée du traitement. Il convient de vérifier, d’une part, que les armatures sont en continuité électrique entre elles et, d’autre part, que l’anode et la cathode ne sont pas en court-circuit. La durée du traitement est généralement de l'ordre de 8 semaines. 2 – DOMAINE ET LIMITES D'EMPLOI DU TRAITEMENT DE DÉCHLORURATION 2-1 Domaines Ce traitement peut être utilisé pour un béton armé dans des parties d’ouvrage où les profils de pénétration des ions chlorure mettent en évidence des concentrations supérieures au seuil d’initiation de la corrosion au niveau des armatures. L'extraction des chlorures (ou déchloruration) peut être mise en œuvre en phase d'incubation ou en phase de propagation de la corrosion.

2-2 Remarques La déchloruration est un traitement encore peu utilisé et pour lequel il y a donc peu de retours 52 - Réparation des bétons altérés – septembre 2011

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d’expériences. Toutefois, le critère principal qui permet de juger de son efficacité est identifié : profils de concentration en ions chlorure libres par rapport à la masse de ciment, depuis le parement jusqu’aux armatures, avant et après traitement.

2-3 Limites Le traitement de déchloruration présente des limites d’emploi : • lorsque la formulation de béton comporte beaucoup d’alcalins ou de granulats potentiellement réactifs, à cause du risque de réaction alcali-granulat ; • lorsque les chlorures ont pénétré bien au-delà du premier lit d’armatures (leur extraction est alors très difficile) ; • lorsque l’enrobage est très important ou le béton très compact (le traitement peut alors se révéler inefficace) ; • lorsque le béton est également carbonaté (il faut alors prévoir une réalcalinisation du béton) ; • lorsque l’ouvrage comporte des armatures précontraintes. Dans ce dernier cas, la déchloruration n'est pas recommandée car la densité de courant utilisée peut conduire à un dégagement d'hydrogène pouvant fragiliser les armatures tendues. Néanmoins, dans certains cas, la protection des aciers « passifs3 » peut être envisagée sous réserve que : • les armatures « passives » soient suffisamment éloignées des armatures de précontrainte ; • les armatures passives ne soient pas en continuité électrique avec les armatures de précontrainte. La mise en œuvre d'un revêtement de protection est vivement recommandée après l'extraction des chlorures afin d’éviter une nouvelle pénétration.

3 - LES PHASES DU PROJET 1ère phase : diagnostic Avant d’envisager une déchloruration il est indispensable de faire un diagnostic pertinent de l’ouvrage : • relevé des armatures (diamètre, longueur, enrobage), • mesures électrochimiques (potentiel libre et vitesse de corrosion), • résistivités, • détermination du profil de concentration en ions chlorure libres par rapport à la masse de ciment, et du front de carbonatation (qui sont à corréler avec la profondeur des armatures), • analyse du béton (alcalins, granulats potentiellement réactifs, etc.), • présence ou non d’armatures précontraintes. Seuls les résultats de ce diagnostic permettront de préconiser le traitement électrochimique de 3

Par « acier passif » il faut comprendre des armatures non précontraintes. Ici, « passif » est un adjectif qui s'applique au comportement mécanique et nullement à la corrosion.

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déchloruration comme étant la plus pertinente des solutions de réparation possibles. 2ème phase : faisabilité Avant de lancer le marché, il est nécessaire de faire réaliser une étude de faisabilité du traitement puis un projet par un bureau d’études spécialisé qui dimensionne le courant à imposer et le nombre et la nature des anodes du système. 3ème phase : consultation Il est indispensable de préciser dans les documents de la consultation : • les éléments du diagnostic (voir première étape), • les plans de ferraillage des parties à équiper, • les traitements demandés en se limitant à ceux qui ont des références et des garanties, • les modalités d’agrément du fournisseur de matériel par le maître d’œuvre, • un essai de performance ou de convenance sur une zone test suivant des paramètres de recevabilité ; • l’organisme indépendant qui assurera le contrôle extérieur ; • les modalités de réception. La consultation des entreprises doit être faite sur la base du projet et peut ouvrir aux variantes. La consultation des entreprises peut aussi se faire sur la base de performances à atteindre de façon à ouvrir à d’autres solutions de réparation existantes.

4 – RISQUES LIÉS A LA TECHNIQUE Une extraction des chlorures mal maîtrisée peut avoir des effets néfastes : • augmentation de porosité, • alcali-réaction, • fragilisation des armatures de précontrainte, • accélération du phénomène de corrosion en cas de dysfonctionnement de l'installation.

5 - ADAPTATIONS AUX PARTIES IMMERGEES Les parties d'ouvrage en zone constamment immergée sont moins exposées à la pénétration des chlorures que celles en zone de marnage. Si le traitement d'une partie d'ouvrage immergée s'avère nécessaire, les travaux ne peuvent alors être réalisés que hors d'eau (mise en place d'un batardeau par exemple).

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6 – TEXTES, RECOMMANDATIONS, NORMES Le seul texte actuellement disponible est la norme européenne DD CEN/TS 14038-2:2011 de février 2011 : « Traitements électrochimiques de réalcalinisation et d'extraction de chlorures applicables au béton armé. Extraction de chlorures ».

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RÉALCALINISATION 1 – DESCRIPTION DU TRAITEMENT : Dans un béton sain, les armatures sont protégées. Lorsque le dioxyde de carbone atmosphérique réagit avec la portlandite pour donner du carbonate de calcium, le pH du béton initialement voisin de 13 peut diminuer jusqu’à 9, pH pour lequel l’acier n’est plus passivé. La carbonatation peut alors conduire à la corrosion des armatures. Suivant les conditions d’humidité, de température et de présence d’oxygène, la croissance des couches d’oxyde peut générer une fissuration puis la formation d’écailles et d’éclats du béton. Les structures en béton armé ainsi dégradées peuvent être réhabilitées à l’aide d’un traitement électrochimique spécifique, la réalcalinisation. L’objectif de ce traitement est double et se produit dans deux zones distinctes. ➔

Au niveau des aciers, l’eau est hydrolysée et les ions hydroxyles formés augmentent le pH pour atteindre des valeurs plus basiques.

➔

Au niveau du béton d’enrobage, les ions alcalins contenus dans l’électrolyte (carbonate de sodium ou de potassium) migrent depuis le parement vers les armatures sous l’action du courant électrique.

Dans le meilleur des cas, ces deux zones se rejoignent et l’intégralité de l’enrobage est alors réalcalinisé. La réalcalinisation est un traitement cathodique des aciers réalisé à l’aide d’une polarisation. Habituellement, cette polarisation est obtenue en imposant un courant électrique à l’aide d’un générateur dont les bornes positives et négatives sont respectivement connectées à l’anode et à la cathode (armatures). La densité de courant continu est de l'ordre de 1 A/m² de surface d'armature. L’anode est généralement une grille métallique positionnée sur le parement du béton. La conductivité électrique entre la cathode (armatures) et l’anode est assurée par une pâte cellulosique placée sur la surface du béton et qui est maintenue humide pendant toute la durée du traitement. Il convient de vérifier, d’une part, que les armatures sont en continuité électrique entre elles et, d’autre part, que l’anode et la cathode ne sont pas en court-circuit. La durée du traitement est généralement de l'ordre d’une semaine. L'alimentation électrique en courant continu ne doit pas dépasser 50 V de tension et être toujours inférieure à 4 A/m2. On se limite généralement 1 A/m² car au delà il y a des risques d'échauffement et donc de fissuration de surface d'armature.

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Une réalcalinisation n’est efficace qu’après une extraction des chlorures. Ces installations sont mises en place pour une durée de l'ordre de 1 à 2 semaines (charge de courant total supérieur ou égal à 200 Ah/m2).

2 – DOMAINE D'EMPLOI : 2-1 Domaines Cette technique peut être utilisée pour des parties d’ouvrage en béton armé où les armatures se trouvent dans un béton carbonaté. Cette technique introduisant des alcalins dans le béton, on doit s'assurer par une étude spécifique préalable que le béton en place ne présente pas de risque vis-à-vis de l'alcali-réaction en fin de traitement. 2.2 Remarques La réalcalinisation est une technique relativement peu répandue pour laquelle il y a encore peu de retour d’expérience. Par contre les critères objectifs qui permettent de juger de l’efficacité des différents systèmes sont identifiés par l'obtention d'un pH>9 à l'aide d'un indicateur coloré dans l'enrobage des armatures pour chaque zone d'influence d'anode (DD CEN/TS 14038-1:2004). 2.3 Limites La réalcalinisation présente des limites d’emploi : • lorsque la formulation de béton comporte beaucoup d’alcalins ou de granulats potentiellement réactifs, à cause du risque de réaction alcali-granulat ; • lorsque l’enrobage est très important ou le béton très compact (le traitement peut alors se révéler inefficace) ; • lorsque le béton contient également des chlorures en grande quantité (il faut alors prévoir une extraction des chlorures du béton) ; • lorsque l’ouvrage comporte des armatures précontraintes. Dans ce dernier cas, la réalcalinisation n'est pas recommandée car la densité de courant utilisée peut conduire à un dégagement d'hydrogène pouvant fragiliser les armatures tendues. Néanmoins, dans certains cas, la protection des aciers passifs peut être envisagée sous réserve que : • les armatures passives soient suffisamment éloignées des armatures de précontrainte, • les armatures passives ne soient pas en continuité électrique avec les armatures de précontrainte.

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3- LES PHASES DU PROJET 1ère phase : diagnostic Avant d’envisager une réalcalinisation il est indispensable de faire un diagnostic de l’ouvrage. C’est cette étude qui, en fonction de l’état de carbonatation du béton, peut préconiser cette technique.

2ème étape : faisabilité Avant de lancer le marché, il est nécessaire de faire réaliser l’étude de la faisabilité de la technique puis le projet par un bureau d’études spécialisé qui dimensionne le système à utiliser (courant imposé, découpage des zones, nombre et nature des anodes, etc.).

3ème étape : consultation La consultation des entreprises doit être faite sur la base du projet et peut ouvrir aux variantes. La consultation des entreprises peut se faire sur la base de performances à atteindre de façon à ouvrir aux nombreuses techniques existantes. Il est indispensable de préciser dans la consultation : • les éléments du diagnostic (épaisseurs d’enrobage, potentiels d’armature, résistivité du béton, profondeur de carbonatation, profil d'ions chlorure), • les plans de ferraillage des parties à équiper, • la technique demandée en solution de base, • les références et les garanties exigées pour les variantes, • que le fournisseur du matériel doit être agréé par le maître d’œuvre, • qu’il est imposé un test de performance ou une convenance sur une zone test, • les paramètres de recevabilité, • la référence à la spécification technique DD CEN/TS 14038-1:2004, • qu’un organisme indépendant assure le contrôle extérieur, • les modalités de la réception.

4 – RISQUES LIÉS A LA TECHNIQUE Une réalcalinisation mal maîtrisée peut avoir des effets néfastes : • augmentation de porosité, • alcali-réaction, • fragilisation des armatures de précontrainte, • accélération du phénomène de corrosion en cas de dysfonctionnement de l'installation, 58 - Réparation des bétons altérés – septembre 2011

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•

modification de l'apparence du parement.

5- ADAPTATIONS AUX PARTIES IMMERGEES Le phénomène de carbonatation n'affectant pas les parties d'ouvrage dans les zones constamment immergées, il n'y a pas lieu d'y mettre en œuvre cette technique.

6 – TEXTES, RECOMMANDATIONS, NORMES Le seul texte actuellement disponible est la norme européenne DD CEN/TS 14038-1:2004 de décembre 2004 : « Ré-alcalinisation électrochimique et traitements d'extraction des chlorures applicables au béton armé. Ré-alcalinisation ».

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4. Bibliographie [1] Les ouvrages maritimes en béton précontraint – 2004 – CETMEF [2] Aide à la gestion des ouvrages atteints de réactions de gonflement interne - LCPC – 2003 – Guide technique [3] Recommandations pour la prévention des désordres dus à la réaction sulfatique interne – LCPC – 2007 – Guide technique [4] Recommandations pour la prévention des désordres dus gel/dégel – LCPC – 2004 – Guide technique [5] Norme NF EN 206-1 – Béton – Partie 1 : Spécifications, performance, production et conformité – AFNOR [6] Fascicule de documentation FD P18-011 – Béton – Définition et classification des environnements chimiquement agressifs – Recommandations pour la formulation des bétons – AFNOR [7] Instruction Technique pour la Surveillance et l'Entretien des Ouvrages d'Art – Direction des Routes – 1979 révisée 1995 [8] Application de la méthode VSC à la gestion d'un parc d'ouvrages portuaires – CETMEF – à paraître [9] Le dossier d'ouvrage et le dossier réduit pour les infrastructures portuaires – Fiche d'information du CETMEF n°2 – Mars 2002 [10] Conception des bétons pour une durée de vie donnée des ouvrages, maîtrise de la durabilité vis-à-vis de la corrosion des armatures et de l'alcali-réaction – AFGC – 2004 – Documents scientifiques et techniques [11] La corrosion et la protection des aciers dans le béton – Presse de l'Ecole Nationale des Ponts et Chaussées – 1998 – Collection du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées [12] Norme NF EN 13791 – Évaluation de la résistance à la compression in-situ – 2008 – AFNOR [13] Choix et application des produits de réparation et de protection des ouvrages en béton – LCPC/SETRA – 1996 – Guide technique [14] Protection des bétons par application de produits à la surface du parement – LCPC – 2002 – Guide technique [15] Durabilité des bétons – Méthodes recommandées pour la mesure des grandeurs associées à la durabilité - AFPC/AFREM – 1997 – Compte rendu des journées techniques [16] Détermination de l'indice de fissuration d'un parement de béton – Méthode d'essai des LPC 47 – LCPC – 1997 [17] Essai de mise en évidence du gel d'alcali-réaction par fluorescence des ions uranyle – Projet de méthode d'essai des LPC 36 – LCPC – 1993 [18] Alcali-réaction du béton – Essai d'expansion résiduelle sur béton durci – Projet de méthode LPC 44 – LCPC – 1997 [19] Méthodologie d'évaluation non destructive de l'état d'altération des ouvrages en béton – Presse de l'Ecole Nationale des Ponts et Chaussées – AFGC – 2005 [20] Caractéristiques microstructurales et propriétés relatives à la durabilité des bétons – Méthodes de mesure et d'essai de laboratoire - méthodes d'essai des LPC 58 – LCPC [21] Guides du STRRES - Syndicat national des entrepreneurs spécialistes de Travaux de Réparation et de Renforcement de Structure [22] Réhabilitation du béton armé dégradé par la corrosion -2003 - AFGC [23] Recommandations pour la prévention des désordres dus à l'alcali-réaction – 2004 – LCPC 60 - Réparation des bétons altérés – septembre 2011

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[24] Guide d'utilisation du béton en site maritime – Avril 2008 – CETMEF [25] Pathologies des ouvrages portuaires : méthodes d'investigation – Septembre 2008 - CETMEF [26] Réactivité d'un béton vis-à-vis d'une réaction sulfatique interne - Essai de performance méthode d'essai LPC 66 – LCPC [27] Réaction sulfatique interne au béton - Essai d'expansion résiduelle sur carotte de béton extraite de l'ouvrage – méthode d'essai des LPC 67 - LCPC [28] NF EN 1504 parties 1 à 10 - Définitions, prescriptions, maîtrise de la qualité et évaluation de la conformité - Produits et systèmes pour la protection et la réparation des structures en béton – 20052008 - AFNOR [29] NF P 95- 101 à 107 Réparation et renforcement des ouvrages en béton et en maçonnerie 1993-2002 – AFNOR

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Réparation des bétons altérés - septembre 2011 - 61