Memoire Online - Réhabilitation des ouvrages en béton armé

e béton est un matériau employé depuis des millénaires, mais ce n'est qu'au XIX siècle qu'il connait un grand essor notamment grâce au ciment de Portland et à Louis Vicat. Il aura fallu attendre la fin de ce siècle pour voir apparaitre les premières constructions en béton armé.

Depuis il est devenu un matériau composite incontournable. Les éléments en béton armé sont très présents dans notre vie.

Que ce soit dans un pont pour traverser une route, dans un bâtiment pour abriter des personnes ou dans des activités, ou autres ouvrages en béton armé, ils remplissent tous une ou plusieurs fonctions bien précises.

Ces ouvrages sont nécessaires au bon fonctionnement de notre société, car ce sont des éléments facilitant ou améliorant la vie des usagers. Pour leur permettre de remplir leur rôle, il est nécessaire de s'assurer de leur bonne santé et dans le cas contraire les réparer.

À partir du moment où une pathologie est apparue, même si cela ne remet pas en cause la stabilité de l'ouvrage, il est important de diagnostiquer d'une part d'où vient le problème, mais à quel degré il affecte l'édifice.

Dans un second temps, il est nécessaire de supprimer le problème à la source et de réparer l'ouvrage.

En effet, si la source du problème est mal diagnostiquée, les réparations préconisées ne correspondront pas réellement à ce qui est nécessaire et l'ouvrage sera toujours soumis aux mêmes attaques.

Pour effectuer un diagnostic, différents moyens d'investigation sont disponibles. On a d'une part les méthodes destructives, pour les structures pouvant être localement dégradées et les méthodes non destructives pour les ouvrages nécessitant d'être préservés tels que les bâtiments classés monuments historiques.

Une fois les causes ainsi que les pathologies diagnostiquées, il est nécessaire de prévoir des travaux de réhabilitation afin de redonner à la structure ses caractéristiques physiques et mécaniques initiales.

Afin de retarder ou de limiter de nouvelles pathologies similaires, il est possible de protéger la structure. Il existe un grand nombre de protections, elles sont à choisir selon les différentes pathologies, mais aussi sur la durée de pérennisation espérée. Elles vont du simple revêtement appliqué sur le parement, aux traitements électrochimiques.

Ces expertises se développent de plus en plus notamment du fait d'une volonté des pouvoirs politiques de s'inscrire dans un schéma de développement durable, à savoir, pérenniser l'existant.

Il est aussi possible de ne pas prévoir des travaux, mais seulement s'intéresser à l'évolution des pathologies.

C'est le cas par exemple pour des fissures, il peut être utile de vérifier si son ouverture est continuelle dans le temps, dans ce cas il sera nécessaire de prévoir des travaux de confortement. Ou bien si l'ouverture de la fissure dépend de l'évolution de la température, auquel cas il est possible de laisser l'ouvrage en l'état sans craindre une dégradation de l'ouvrage.

Chapitre 01

1- DESCRIPTION DES PATHOLOGIES DU BÉTON ARMÉ

ans cette partie, nous nous intéresserons aux principales pathologies apparaissant dans le béton armé durci. Ces pathologies ont des causes et conséquences variables. Elles sont décrites dans la suite.

1.1. LA FISSURATION

Il est important avant tout de souligner qu'il est impossible aujourd'hui d'éviter la fissuration du béton armé, que ce soit lors de la mise en oeuvre, due par exemple au retrait de dessiccation ou sur le béton durci, dû au vieillissement du matériau. Les causes de la fissuration sont multiples, mais peuvent être répertoriées en quatre catégories :

· Les causes dues aux propriétés des matériaux, avec par exemple le retrait suite à l'évaporation de l'eau de gâchage, le gonflement engendré par la réaction exothermique du liant ou encore à la résistance mécanique de la cohésion du liant.

· Les causes directes externes, avec notamment les déformations excessives sous l'action des charges ou encore des déformations sous l'action des variations de température ou sous l'action de l'humidité.

Ø Les causes externes indirectes, à savoir les répercussions sur certaines structures d'actions provenant d'autres éléments tels que les tassements différentiels des fondations.

Ø Les causes dues à un phénomène de corrosion des armatures, les armatures corrodées ayant un volume plus important que les aciers en bon état, l'état de contrainte du béton au droit d'une armature corrodée est plus important et la fissuration s'enclenche.

Parmi les différents types de fissures, on distingue principalement trois catégories :

Ø Le faïençage, c'est un réseau caractéristique de microfissures qui affecte principalement la couche superficielle du béton

Ø Les microfissures, ce sont des fissures très fines dont la largeur est inférieure à 0,2 mm.

Ø Les fissures, ce sont des ouvertures linéaires au tracé plus ou moins régulier dont la largeur est d'au moins 0,2 mm

Il est important lors du processus de réhabilitation d'un ouvrage, de s'intéresser à l'évolution de la largeur d'une fissure. Il est possible de classer les fissures en trois catégories selon leur évolution :

Ø Les fissures passives ou mortes, pour les fissures dont les ouvertures ne varient plus dans le temps, quelles que soient les conditions de température, d'hygrométrie ou de sollicitation de l'ouvrage. Cependant, elles sont rares, car les matériaux alentour à la fissure varient selon la température, c'est le phénomène de dilatation thermique.

Ø Les fissures stabilisées, lorsque leur ouverture varie dans le temps en fonction de la température.

1.2. LA CARBONATATION DES BÉTONS :

La carbonatation dans le béton armé correspond à un phénomène chimique. Le CO2 contenu dans l'air réagit avec l'hydrate de chaux présent dans le béton. Cette réaction forme du carbonate de calcium et de l'eau. L'écriture simplifiée de cette réaction est la suivante :

Cette réaction a pour conséquence que les deux bases alcalines présentes dans le béton sont consommées, il y a donc une diminution du pH du béton.

La valeur initiale du pH du béton de jeune âge est aux environs de 13 à 13,5. Après carbonatation il est autour de 9.

La carbonatation génère une modification lente de la structure du matériau et un changement de son comportement. Certes elle a un effet néfaste en réduisant la protection chimique des armatures, mais elle est aussi bénéfique agressives en améliorant la résistance mécanique et la résistance aux eaux.

Le schéma de la carbonatation peut être représenté de la manière suivante :

1.3. LA CORROSION DES ARMATURES :

1.3.1. LE PHÉNOMÈNE DE CORROSION DANS LE BÉTON ARMÉ :

Le béton sain ayant un pH de l'ordre de 13 correspond à un milieu naturellement protecteur pour les armatures.

Autour des aciers se forme un film passif, une solution solide ^{de Fe}3^O4 ^{-
Fe}2^O3 permettant de réduire voir d'arrêter la vitesse de corrosion. La dépassivation de l'acier peut se faire dans les cas où le béton d'enrobage est carbonaté ou si la teneur en chlorure est élevée.

Après destruction du film passif, un phénomène de pile électrochimique se met en place, le milieu électrolytique étant constitué par la solution interstitielle du béton. Au niveau de la zone correspondant à l'anode, l'acier se dissout, entrainant une production d'électrons qui seront consommés au niveau de la cathode par réduction d'oxygène.

Cette réaction entraine la formation d'ions hydroxyle OH^-réagissant avec les ions ferreux produits au niveau de l'anode.

En présence d'oxygène, il se forme à l'anode des oxydes et hydroxydes de fer gonflants.

1.3.2. LES CAUSES DE LA CORROSION

On distingue principalement deux facteurs favorisant l'apparition de la corrosion dans le béton armé. Tout d'abord, il y a la carbonatation du béton, lorsque le pH du béton descend en dessous de 9 les armatures ne sont plus passivées.

Ce phénomène est occasionné par la réaction entre les hydrates de la pâte de ciment et le CO2 atmosphérique.

L'autre facteur étant les chlorures, la dé passivation s'opère lorsque la teneur en chlorures au niveau des armatures dépasse un certain seuil. Il est admis que ce seuil correspond à une teneur de 0,4% par rapport à la masse du ciment. le schéma suivant décrit le principe de corrosion dans le béton armé :

1.3.3. LES CONSÉQUENCES DE LA CORROSION :

La formation de la corrosion s'effectue au dépens du métal d'origine. Ce phénomène entraine à la fois une augmentation importante de volume ainsi qu'une perte de la section efficace de l'armature.

Cela a pour conséquences d'une part l'apparition de différentes pathologies au niveau du parement suite à l'augmentation de volume, mais aussi une perte de capacité portante due à la diminution de la section efficace.

Ces pathologies peuvent être des fissures, des épaufrures, des décollements, ...

1.4. Les autres causes de dégradation des bétons

Nous avons vu que les bétons se dégradaient à cause des milieux dans lesquels ils sont placés car ils y subissent des agressions physiques et chimiques. Certaines causes, essentiellement dues à une mauvaise mise en oeuvre, peuvent également participer à la dégradation des bétons.

Ø Mauvais positionnement des armatures : Les armatures (généralement en acier) placées trop près du parement béton lors du coulage provoquent à terme des fissurations de surface.

Ø Mauvaise qualité des bétons employés : Un béton trop faiblement dosé en ciment, mal vibré, présentera un aspect défectueux : nids d'abeilles, faïençage, fissures superficielles, trous laissant les armatures apparentes.

Ø Vibration trop importante : Une vibration trop longue peut entraîner une ségrégation du béton et par conséquent une mauvaise répartition des constituants. Les efforts mal répartis entraînent alors des fissurations et des élancements du béton.

Ø Absence de cure du béton : La cure du béton est indispensable par temps chaud venté. Sans protection de surface, le béton se faïence en surface.

Ø Cycle humidité / sécheresse : Les cycles répétés d'humidité/sécheresse entraînent des variations dimensionnelles du béton pouvant créer des fissures et par conséquent la corrasion des aciers.

1.5. Classification général des pathologies

Famille	Lésions	Types
Physique	Humidité	Capillaire/De filtrage/De condensation/Accidentelle/De travaux
	Saleté	Par dépôt / Par nettoyage différentiel
	Erosion	Météorologique
Mécanique	Déformations	Tassement/Effondrement/Flambement/Gauchissement/ Flèche
	Fissures	Par charge / Par dilatation - contraction
	Fissures superficielles	Par support / Par finition
	Détachements	Finitions continues / Finitions par éléments
	Erosion	Coups / Frottements
Chimique	Efflorescence	Sels solubles cristallisés/Réaction chimique avec les sels
	Oxydation	Oxydation superficielle
	Corrosion	Oxydation préalable/Immersion/Aération différentielle/Paire galvanique
	Organismes	Présence et attaque d'animaux/Présence de plante
	Erosion	Pollution

Tableau 1. Classification générale des pathologies liées au bâtiment. (Source J. Monjo- Carrio, 2011).

Le tableau ci-dessus regroupe les différentes pathologies qui peuvent atteindre un bâtiment.

Elles y sont classées en trois grandes catégories ; physique, mécanique et chimique, avec en complément le détail de leur typologie et de leur origine.

L'étude de ces pathologies constitue une étape majeure dans le processus de la réhabilitation-que nous aborderons en aval- notamment au stade de l'élaboration du diagnostic, étape déterminante dans la définition des interventions à mener sur le bâtiment.

2- Les phases de dégradation :

Ø Une phase d'incubation ou de latence (dite parfois d'amorçage) qui correspond à l'altération lente du béton, sans qu'il ne se produise encore des effets visibles,

Ø Une phase de développement (dite parfois de croissance) des dégradations du matériau.

Ø Soit lorsque les produits formés par les réactions internes du ciment atteignent un «volume critique » provoquant un gonflement néfaste du béton (par exemple, par réaction sulfatique),

Ø Soit lorsque l'enrobage de béton ne protège plus les aciers contre la corrosion (par exemple, si l'enrobage est carbonaté).

3- CONSÉQUENCES DES DÉSORDRES :

3.1. L'aspect de l'ouvrage :

Les efflorescences et les taches de rouille conséquence de la pénétration d'agents agressifs dans l'enrobage de béton, altèrent l'aspect de l'ouvrage. Ce point est parfois considéré comme étant de peu d'importance, par le gestionnaire des ouvrages. Par contre, ce sont les fissurations et les fracturations du béton qui commencent à inquiéter le gestionnaire, car des éclats de béton peuvent se produire.

3.2. La sécurité vis-à-vis des usagers :

Les éclats de béton présentent un risque pour les personnes qui circulent près de l'ouvrage. Leur prévention et leur élimination doivent donc être traitées avec soin.

3.3. La stabilité de la construction :

Des essais effectués sur des éprouvettes ont permis d'estimer les valeurs des forces d'adhérence pour des éléments en béton dont les armatures sont corrodées.

Il est apparu que ni la qualité du béton, ni le rapport enrobage/diamètre d'armature n'influent sur la force résiduelle d'adhérence, même si l'enrobage est fissuré par la corrosion de l'armature sans qu'il ne soit détruit par éclatement.

En ce qui concerne les moments fléchissant et les efforts tranchants, une recherche expérimentale a porté sur l'effet de la corrosion sur ces grandeurs mécaniques. Elle a montré que pour prévoir de façon conservatrice la tenue des éléments en béton armé, il suffit d'appliquer les modèles de calculs classiques, en considérant la section réduite des armatures ainsi que la section réduite de béton.

Ainsi, tant que les diminutions de section des armatures restent faibles et que l'enrobage reste cohésif, la corrosion de ces armatures ne modifie pas significativement la tenue au moment fléchissant ou aux efforts tranchants.

Mais lorsque la corrosion a atteint un stade avancé, des calculs plus précis doivent être faits pour évaluer la tenue résiduelle de l'ouvrage.

Ce document ne traite que du matériau et laisse de côté les problèmes de structures.

Chapitre 02

1- RÉALISATION D'UN DIAGNOSTIC :

e diagnostic d'un ouvrage est une étape importante dans le processus de sa réhabilitation. Il permet avant tout de se prononcer son état de santé et de voir quelles sont les éventuelles pathologies ainsi que leur ampleur.

Généralement lorsque l'on effectue un diagnostic, c'est quand un client découvert quelque chose qui n'allait pas dans le fonctionnement de l'ouvrage ou bien l'apparition de désordres.

Dans un premier temps, il peut être demandé de suivre l'évolution des différentes pathologies dans le temps, que ce soit à court, moyen ou long terme. Cela permet d'évaluer le comportement de l'ouvrage sous l'effet de ces troubles, de voir s'il y a une stagnation du phénomène ou s'il y a une dégénérescence, auquel cas il est important de prévoir des réparations.

L'autre finalité d'un diagnostic c'est de répertorier tous les désordres, mais aussi la constitution de chaque élément, en vue d'un traitement immédiat.

1.1. CHOIX DES INVESTIGATIONS :

Le choix des investigations dans un diagnostic d'ouvrage dépend de plusieurs paramètres. Il est primordial de les évaluer afin de mettre en oeuvre les moyens adaptés pour répondre pleinement à la mission.

- Du type de mission à réaliser ; selon ce que souhaite le client, il est possible de réaliser différents types de missions à savoir :

Chacune de ces missions met en oeuvre différentes méthodes de diagnostic, de plus ou moins grande ampleur, mais aussi une interprétation des résultats plus ou moins poussée.

- De la nature des matériaux ; Le diagnostic d'un ouvrage en béton armé ne fera pas appel aux mêmes techniques d'investigation que pour un ouvrage en bois, en acier ou en pierre.

- Du type de structure ; Les moyens à mettre en oeuvre seront différents selon qu'il s'agisse d'un ouvrage d'art ou bien d'un bâtiment industriel ou un bâtiment d'habitations. La géométrie et la taille de l'ouvrage rentrent aussi en compte dans le choix des investigations.

- De l'environnement dans l'ouvrage ; Il est important de prendre lequel se trouve l'ouvrage, car il peut être en considération à l'origine de ces pathologies. C'est le cas notamment pour les structures en milieu chimique ou pour le bâtiment « La Saline » pour lequel sa structure se trouve dans un milieu, avec beaucoup d'éléments de chlorures, directement lié à l'activité se déroulant dans le bâtiment.

- De l'état de l'ouvrage ; Les investigations dépendent d'une part des désordres qui affectent l'ouvrage, le matériel et le type d'investigation à mettre en oeuvre seront différents pour des armatures corrodées ou pour des fissures. Mais cela dépend aussi de la fragilité de l'ouvrage. S'il est à la limite de la stabilité, on se dirigera plutôt vers des méthodes non destructives afin de ne pas affecter plus la structure.

De plus, certaines parties de structures peuvent être inaccessibles ou nécessitant la mise en place d'échafaudages ou nacelle afin de pouvoir diagnostiquer ces éléments.

1.2. TYPES D'INVESTIGATIONS

Il est possible de classer les différentes investigations en deux catégories : soit les méthodes non destructives, soit les méthodes destructives. Les principales méthodes rencontrées lors de diagnostics sont décrites dans la suite.

1.2.1. INVESTIGATIONS NON DESTRUCTIVES

Le principe de ces méthodes de diagnostic réside dans le fait que l'on analyse l'ouvrage ou une partie de l'ouvrage sans porter atteinte à son intégrité.

Ceci est à privilégier dans différents cas, par exemple les bâtiments classés monuments historiques, pour lesquels il est difficile de faire accepter aux architectes des bâtiments d'Algérie qu'il soit utile d'effectuer des prélèvements de la structure pour pouvoir la caractériser.

Ces méthodes sont à favoriser aussi dans le cas d'ouvrage dont la structure est très atteinte et affaiblie.

Effectuer des prélèvements sur ce type de structure risque de la fragiliser encore plus.

Pour les ouvrages en béton armé, il existe différentes méthodes non destructives.

1.2.1.1. RELEVÉ VISUEL ;

Le diagnostic visuel consiste à aller sur site et d'analyser chaque élément de la structure en détail.

Ainsi, cela permet dans un premier temps de connaitre les caractéristiques géométriques de chaque élément et aussi les matériaux constitutifs.

Cela permet d'évaluer le comportement global de l'ouvrage, de connaitre les éléments porteurs ainsi que l'acheminement des charges dans la structure.

Dans un second temps, il est nécessaire de répertorier les différentes pathologies présentent sur la structure.

Les principaux désordres rencontrés pour les structures en béton armé sont les suivants :

Il est nécessaire de répertorier tous ces éléments sur des plans, soit existant soit à créer, et de créer un dossier photographique des principaux désordres afin de pouvoir les visualiser au mieux.

- Qualifier les désordres, car chaque type a une origine et des conséquences particulières.

- Déterminer les caractéristiques d'une pathologie permet de savoir quelle sorte de traitement sera nécessaire afin de stopper le phénomène.

- Quantifier les désordres, car selon son ampleur, des méthodes de réparation plus ou moins lourdes seront à envisager.

- Localiser les désordres afin de pouvoir déterminer son origine et ainsi agir à la source du problème. S'il est seulement prévu de réparer l'élément sans s'attaquer à ce qui engendre la pathologie, la réparation risque de ne pas être pérenne et l'on verra rapidement apparaitre de nouvelles pathologies similaires.

Les pathologies rencontrées lors du diagnostic visuel sont généralement recensées dans un tableau

Il est possible de classer les éléments selon la gravité de leur pathologie :

-Indice C : Défauts qui indiquent qu'une évolution risque de se faire anormalement. Ces défauts doivent être surveillés.

-Indice D : Défauts révélateurs de dégradation, ils sont rangés en deux classes:

O DA : Défauts qui indiquent un début d'évolution. Ils doivent être surveillés régulièrement et des mesures doivent être prises en cas d'évolution.

O DB : Défauts qui indiquent une évolution avancée. Des mesures de renforcement ou de remplacement doivent être prises.

-Indice E : Défauts qui traduisent de façon très nette une modification du comportement de la structure et qui mettent en cause la durée de vie de l'ouvrage. Des mesures doivent être prises dans les plus brefs délais.

-Indice F : Défauts indiquant la proximité d'un état limite et nécessitant soit une restriction d'utilisation, soit la mise hors service de l'ouvrage.

De même, il est possible de classer le site dans sa globalité afin de donner une vision d'ensemble de l'état de la structure au maître d'ouvrage. Il peut être classé de la manière suivante:

-Indice 1 : Site en état neuf ou quasi neuf, aucun travaux n'est à prévoir à moyen termes.

-Indice 2 : Site en très bon état général, quelques points à surveiller.

-Indice 3 : Site en bon état, quelques travaux à prévoir à moyen ou long termes.

-Indice 4 : Site en état moyen, travaux à prévoir à moyen termes et surveillance conseillée.

-Indice 6 : Site très dégradé, travaux d'urgences à prévoir, site prioritaire.

Les outils indispensables pour mener à bien une inspection visuelle sont les suivants :

-Un fissuromètre (réglette en plastique transparente munie de traits de largeurs calibrées que l'on place successivement sur la fissure à observer pour estimer sa largeur)

Cette première étape permet de définir la gravité des pathologies, mais aussi de classer les différents éléments en fonction de la priorité auxquels ils doivent être réparés.

L'investigation visuelle permet aussi de prévoir quels sont les autres moyens de diagnostic les plus adaptés à mettre en oeuvre afin de répondre pleinement à la problématique.

Ces investigations complémentaires on pour but de préciser les désordres observés lors du relevé visuel, mais aussi de recueillir des informations complémentaires concernant leur constitution ainsi que leur état.

1.2.1.2. L'ANALYSE DU FERRAILLAGE :

Le relevé du ferraillage peut se faire à l'aide d'un pachomètre de type Ferroscan.

Cet appareil est un système de détection portable pour un examen d'armatures non destructif. Il permet de déterminer le positon exact des barres d'armatures, de mesurer l'enrobage et de donner une indication du diamètre de l'armature.

Le principe de fonctionnement repose sur l'émission d'un flux magnétique par l'appareil.

Le pachomètre détecte la diffusion de ce champ magnétique ainsi que les modifications de la résonance magnétique induite par la présence d'aciers. Ainsi, l'appareil mesure la variation électromagnétique due à la présence d'éléments ferromagnétiques, les armatures.

La détermination du diamètre et de l'enrobage repose sur le fait que plus une armature a un diamètre important, plus le signal reçu par l'appareil sera important. A contrario, plus l'épaisseur d'enrobage sera importante, plus le signal sera faible.

Ainsi, la profondeur d'auscultation avec cet appareil est limitée (généralement de l'ordre de 10 à 15 centimètres selon le type de bétons et le type d'armatures).

Le schéma ci-dessous montre la réponse obtenue selon la densité d'armatures, avec à droite une seule armature, au milieu trois armatures relativement espacées et à droite trois armatures rapprochées.

Concernant l'utilisation de l'appareil, il existe principalement deux modes de mesures :

La première méthode consiste à déplacer l'appareil perpendiculairement aux armatures que l'on souhaite détecter.

La détection par lignes est très intéressante pour les éléments longs sur lesquels on souhaite avoir une vision globale du ferraillage. En effet, les détections peuvent aller jusqu'à quarante mètres de longueur. Ce type de mesure permet d'obtenir les variations d'espacement des armatures ainsi que les enrobages correspondants.

La seconde méthode consiste à détecter les aciers sur un carré de soixante centimètres de coté. Cela par pallier de quinze centimètres, d'abord dans le sens transversal puis dans le sens longitudinal.

Cette méthode permet d'une part d'estimer le diamètre des aciers ainsi que les enrobages, et d'autre part de voir localement comment les aciers ont été assemblés. Cela trouve toute son utilité pour voir

Le travail d'ingénierie consiste, après extraction des données sur un ordinateur grâce à un logiciel, à exploiter les mesures effectuées sur site. Cette étape varie selon le type de mesures effectuées.

Pour la détection par ligne, l'exploitation des données donne un résultat similaire au suivant :

Pour la détection par image, on obtient des résultats semblables aux suivants :

Sur l'image ci-dessus on peut voir des aciers plus foncés que d'autres, cela signifie qu'ils sont plus proches de l'appareil, donc un enrobage moindre.

Il y a donc deux lits d'armatures, la nappe supérieure (en foncée) et la nappe inférieure (en claire).

De plus, on peut voir l'espacement des armatures dans les deux sens, leur diamètre ainsi que l'épaisseur d'enrobage des aciers.

1.2.1.3. L'AUSCULTATION SONIQUE :

L'auscultation sonique permet de mesurer le temps de propagation d'un train d'ondes sonores entre deux points. Une partie de l'auscultateur, le transducteur, produit des ultrasons.

Grâce aux propriétés piézoélectriques des matériaux, l'énergie électrique émise est transformée en énergie mécanique ultrasonore. L'appareil mesure le temps nécessaire à l'onde pour atteindre le récepteur qui la convertit en signal électrique. Connaissant la distance de l'émetteur possible de connaitre la vitesse de propagation de l'onde dans le milieu.

Ce procédé permet de caractériser l'homogénéité physique du béton ainsi que son état d'altération. En effet, cette méthode de diagnostic permet entre autres de localiser des défauts, des vides ou autres malfaçons dans le béton.

Le principe est que les lames d'air emprisonnées dans le matériau transmettent très peu l'énergie des ultrasons, ainsi, la vitesse mesurée sur l'ensemble de l'élément sera plus faible que pour un béton homogène.

-Les mesures en transparence : cette méthode consiste à déterminer le temps de propagation des ondes sonores longitudinales à travers un élément. Pour procéder à ce type de mesure, il faut placer l'émetteur et le récepteur sur les deux faces opposées de l'élément à ausculter.

^{-Les mesures de surface : cette méthode s'effectue
principalement lorsqu'une seule des faces} de l'élément est accessible lors des investigations.

Elle peut aussi être utilisée pour déterminer la profondeur d'une fissure ou bien la présence de couches multiples dans un même élément.

Pour réaliser cette mesure, il faut placer l'émetteur et le récepteur sur la même face plane de l'élément à ausculter.

L'émetteur reste sur un même point, tandis que le récepteur se déplace en effectuant à chaque fois une mesure.

Il est à noter qu'il existe une règle a été conçue par le CEBTP afin d'avoir des espacements donnés et ne pas faire des erreurs sur les distances mesurées.

Le tableau suivant donne les résultats d'essais obtenus par le CEBTP sur l'auscultation sonique des bétons :

1.2.1.4. SCLÉROMÈTRE :

Le principe de l'essai sclérométrique repose sur la corrélation entre la dureté d'un matériau et sa résistance à la compression.

Pour déterminer la dureté du béton, une bille d'acier est projetée sur une sonde en contact avec l'ouvrage à inspecter. Lors de son rebond, la bille entraine un index coulissant sur une règle de mesure. Plus le rebond sera important, plus le matériau sera dur.

Il convient de réaliser un certain nombre d'essais sur l'élément à ausculter, vingt-sept dans la norme actuelle, afin d'obtenir un résultat cohérent.

L'indice sclérométrique Is de l'élément diagnostiqué est la médiane de 27 mesures effectuées sur la zone d'ouvrage testé. Par report de l'indice sclérométrique sur un abaque, considéré. Il est important de savoir que différents paramètres peuvent influer sur les résultats, tels que l'on obtient la résistance à la compression estimée de l'élément l'inclinaison du scléromètre ou encore l'homogénéité du béton.

Il peut être intéressant de coupler ces résultats avec des essais de résistance à la compression sur des prélèvements de la zone étudiée.

1.2.2. INVESTIGATIONS DESTRUCTIVES

Les investigations destructives dans les structures en béton armé peuvent prendre plusieurs formes.

Soit on y a recours pour effectuer un prélèvement de matériau pour connaitre ses caractéristiques géométriques, mécaniques et chimiques, soit c'est pour avoir accès à des éléments interne ou sous- jacent à la structure.

Cela permet aussi de connaitre leur état d'altération en profondeur ainsi que l'ampleur des pathologies.

Parmi les investigations destructives, on recense principalement les techniques suivantes :

1.2.2.1. CAROTTAGE D'ÉLÉMENTS EN BÉTON ARMÉ

-Tout d'abord dans un dallage afin de permettre la réalisation d'essais géotechniques sur le sol en place tel que des pénétromètres dynamiques ou des tarières. Ceci pour caractériser le sol sous la structure dans le cadre d'une rénovation ou d'une restructuration de l'ouvrage.

-Afin de pouvoir déterminer les caractéristiques chimiques et mécaniques d'un élément en béton de la structure, en effectuant des essais de compressions sur les carottes prélevées, mais aussi des analyses chimiques et microscopiques afin de déterminer les différents constituants et leur quantité. Cela permet de déterminer quel type de ciment a été utilisé ainsi que le rapport E/C.

^{-Déterminer les caractéristiques des
couches constituantes de l'élément (épaisseur
du} revêtement, de la chape, du béton,...) La norme NF EN 13791 de septembre 2007 indique deux méthodes pour « l'évaluation de la résistance à la compression sur site des structures et des éléments préfabriqués en béton».

La méthode à utiliser varie selon le nombre d'éléments carottés dans la structure concernée, mais dans tous les cas, elle permet d'estimer la classe de résistance du béton

Cette méthode nécessite le recours à une carotteuse et il peut être nécessaire de déterminer préalablement le ferraillage de l'élément afin d'éviter d'avoir des aciers dans la carotte.

Ceci pour deux raisons : d'une part, cela fragilise plus la structure si les aciers prélevés ont un rôle important, d'autre part les résistances à la compression obtenue, sur une carotte dans laquelle il y a présence d'acier, sont faussées.

Pour les mêmes raisons, il faut éviter de carotter un élément sur une fissure.

1.2.2.2. PRÉLÈVEMENTS D'ACIERS :

Le prélèvement d'acier peut s'avérer utile notamment lorsqu'un recalcul d'une structure est demandé.

Dans ce cas, il est important de connaitre les aciers présents dans un ouvrage. Ainsi, en prélevant des aciers, cela permet de déterminer leur type, que ce soit des aciers Haute Adhérence, lisse, TOR, etc. mais aussi leurs caractéristiques mécaniques telle que la limite d'élasticité de l'armature.

Tous ces éléments sont nécessaires afin de pouvoir déterminer quelles sont les charges pouvant s'appliquer sur l'élément et s'il est nécessaire de prévoir de renforcer la structure soit avec des tissus de fibre de carbone ou par ajout d'armatures afin de pouvoir répondre aux besoins du client ou des utilisateurs.

Le prélèvement d'aciers peut se faire par tronçonnage de l'armature, après l'avoir préalablement dégagé du béton adjacent. Il est préférable de le faire dans des zones saines pour ne pas risquer de fragiliser encore plus la structure à cet endroit.

Il peut parfois s'avérer utile de prélever localement des armatures dans des zones touchées par des pathologies, telle que la corrosion des armatures afin de pouvoir déterminer son avancement ainsi que la section restante d'acier pouvant être exploité afin de déterminer les quantités d'armatures nécessaires à rajouter pour redonner à l'élément au minimum sa section d'acier initiale.

1.2.2.3. POTENTIEL DE CORROSION :

La mesure du potentiel de corrosion ne peut se faire que si le ferraillage est continu et s'il n'y a pas de revêtement de surface pouvant agir comme isolant. Si le ferraillage est discontinu, il est toujours possible de mettre en place des pontages électriques.

Le principe de la mesure du potentiel de corrosion est de mettre à nu une armature puis de la connecter à une borne d'un millivoltmètre à haute impédance. Une électrode de référence est placée sur le parement, elle-même reliée à une autre borne du millivoltmètre.

Elle est dite de référence, car elle a un potentiel constant du à un équilibre électrochimique. Il est important de veiller à ce que la jonction entre le béton et l'électrode soit humide afin d'établir une conduction électrique.

Cela permet de diminuer la résistance entre l'électrode de référence et le béton ainsi que le potentiel de jonction entre interstitielle du béton l'électrolyte contenu dans l'électrode de référence et la solution

Une fois les branchements faits, il faut réaliser les mesures des potentiels des zones auscultées en déplaçant l'électrode de référence.

La norme ASTM C876-91 fait une corrélation entre le potentiel mesuré et la probabilité de corrosion. Ainsi, en utilisant une électrode Cu/CuSO4 on a la relation suivante :

-Si E > - 200 mV alors la corrosion est peu probable (probabilité inférieure à 10%)

-Si -350 < E < -200 mV alors la corrosion est possible (probabilité de cinquante pour cent)

-Si E < - 350 mV alors la corrosion est très probable (probabilité de 50 à 90%)

Cependant, il est important de noter le fait que différents paramètres peuvent influer sur les résultats obtenus, tels que :

-L'hygrométrie de surface, il peut y avoir une diminution de 100 mV entre une mesure sur surface humide et une mesure quand c'est sec

^{-Pour des milieux agressifs comme la présence de
chlorures, la conductivité est augmentée et}les potentiels sont plus négatifs

En effectuant ainsi des mesures en de nombreux points d'un élément, il est possible d'effectuer une cartographie complète de la probabilité de corrosion.

1.2.2.4. TEST À LA CARBONATATION :

Le principe du test à la carbonatation repose sur le fait que le pH du béton carbonaté est plus faible que celui du béton sain. Pour déterminer la zone carbonatée, il est généralement utilisé un indicateur coloré tel que la phénolphtaléine.

La phénolphtaléine est un composé organique de formule C20H14O4. L'utilité de ce composé est qu'il change de couleur selon le pH de l'élément avec lequel il entre en contact.

Il fait partie des indicateurs de pH ou indicateur coloré. Ce changement de couleur est dû à une modification de la structure chimique de la molécule lors du passage de la forme protonée (milieu acide) à la forme déprotonnée (milieu basique).

La couleur que prend la phénolphtaléine dépend du pH. Elle sera rose pour un pH compris entre 8,2 et 12 et incolore au-delà et au-deçà de cette zone de virage.

Cet essai se réalise généralement sur une coupe fraiche de béton. Il faut y pulvériser la solution de phénolphtaléine, si la phénolphtaléine ne réagit pas, il faut approfondir la coupe dans le béton par paliers d'un centimètre et répéter les étapes précédentes jusqu'à ce que la phénolphtaléine vire au rose.

Puis il est nécessaire de mesurer l'épaisseur entre le parement extérieur et la zone à laquelle commence la coloration du béton. Cela nous donne la profondeur de carbonatation du béton de cette zone.

Il peut être utile de réaliser cette mesure en différents points d'un élément afin de pouvoir cartographier les profondeurs de carbonatation associées.

Il peut s'avérer intéressant de coupler les mesures de profondeur de carbonatation avec les mesures d'enrobages données par exemple avec un pachomètre de type Ferroscan. En effectuant un certain nombre de mesures, il est possible d'obtenir une courbe du type :

L'intersection de la courbe d'enrobage (courbe bleu foncé) avec celle de carbonatation (courbe rose) donne le pourcentage des armatures qui ne sont plus protégées.

Il est aussi possible de faire des prévisions sur les évolutions pour les années à venir (courbes jaune, bleu clair et verte). En effet, l'évolution de la carbonatation suit une évolution en fonction du temps du type avt, avec « a » un facteur propre à chaque béton. En connaissant l'âge du bâtiment ainsi que la profondeur de carbonatation à l'instant t, il est facile de déterminer le facteur « a ».

1.3. CONCLUSION SUR LE DIAGNOSTIC :

Dans cette partie nous avons vu l'importance du diagnostic dans l'opération de réhabilitation d'un ouvrage ainsi que des différents moyens disponibles pour le réaliser.

C'est l'étape clé qui permet de déterminer les types de pathologies dont souffre l'ouvrage ainsi que leur ampleur. Cela permet aussi de faire des prévisions quant à l'évolution de ces troubles.

Mais c'est avant toute chose, l'étape qui va permettre de mettre en oeuvre la méthode de réparation la plus adaptée. Cela permet aussi d'évaluer la cause de ces problèmes.

Cette cause peut être tout simplement le vieillissement naturel de la structure, mais cela peut aussi être à cause de l'environnement alentours. Afin de rendre les réparations pérennes, il est nécessaire de mettre en oeuvre des travaux de protection adaptées, mais aussi de travailler sur l'origine du problème afin d'éviter l'apparition rapide de nouvelles pathologies semblables

2. RAPPORT DE DIAGNOSTIC :

Le rapport de diagnostic présente l'ensemble des résultats et leur interprétation, mais doit être compréhensible par un non initié.

· l'identification du laboratoire (ou de l'ingénieur) chargé de l'étude, la date,

· une discussion sur l'origine des désordres, leur étendue, leur évolution probable, et leur incidence sur la sécurité,

· des conclusions claires sur les désordres constatés et des propositions éventuelles de complément d'étude,

· des recommandations relatives aux méthodes de réparation les plus adaptées.

3. CONTRAINTES ET EXIGENCES

Ce chapitre dresse une liste non exhaustive de critères pouvant guider l'ingénieur, qui doit préconiser une réhabilitation du béton armé dégradé par la corrosion. En effet, le choix de la méthode ou des produits de réparation est soumis à des contraintes et exigences qui sont liées au type de réhabilitation, ainsi qu'à la nature et à l'environnement de l'ouvrage à réparer.

3.1CONTRAINTES STRUCTURELLES

L'une des conséquences de la corrosion des armatures du béton armé est un affaiblissement de la structure. L'ingénieur chargé d'étudier la réparation doit toujours avoir présent à l'esprit le respect de la sécurité de service de l'ouvrage, donc de sa stabilité. Il doit, avant même d'envisager des solutions de traitement de cette corrosion, estimer l'état général de la structure et en comprendre le fonctionnement.

Il doit prendre en compte, comme pour un projet nouveau, les contraintes de service d'exploitation, de charges et d'environnement de la structure.

Une visite approfondie de la structure, permettra de déceler les indices révélateurs de la perte de résistance de la structure, tels que les fissures, les écaillages et écrasements locaux de béton etc.

Quelquefois cette inspection révélera que la corrosion est d'abord due à un dysfonctionnement de la structure et qu'elle n'est en fait qu'un facteur aggravant.

Les structures visitées sont en général en service et soumises à des chargements, leur âge et leur état général permettent à l'ingénieur d'apprécier les qualités de la conception d'origine et leur fonctionnement structurel.

Il ne convient pas de modifier systématiquement les structures, quand leur comportement est satisfaisant. Mais le traitement de la corrosion qui sera envisagé respectera en général le projet, en lui redonnant ses caractéristiques originelles.

3.1.1.2. Pertes de section des armatures

La corrosion métallique est une dissolution, donc une perte de section des armatures. Le facteur de sécurité pris en compte dans les calculs de dimensionnement, s'en trouve réduit. L'ingénieur chargé de la réhabilitation de la structure devra estimer ces pertes.

Cette tâche n'est pas facile ; l'estimation se fait généralement de façon statistique après une série de mesures des diamètres résiduels effectuées dans des sondages.

Pour les visites d'évaluation, il est très rare de disposer des moyens d'accès utilisés pour l'exécution du chantier.

Les sondages d'évaluation sont généralement réalisés dans des zones d'accès faciles, où les sections ne sont pas toujours les plus sollicitées. Il faut donc se garder la possibilité financière de faire exécuter de nouveaux sondages dans les sections les plus sollicitées, et prévoir un éventuel renforcement d'armature.

Si la perte de section est supérieure à 10%, il convient de renforcer les armatures. Il faut, bien entendu, s'assurer que les charges de services n'ont pas évolué, et que réglementairement les armatures en place correspondent aux sollicitations.

L'apport de nouvelles armatures peut alors se faire dans la masse, après démolition des zones et reconstitution du béton, soit par un apport externe enrobé dans un béton projeté connecté à la structure, soit par des armatures additionnelles collées sous forme de plaques de tôle ou de tissus de carbone.

3.1.1.3. Ancrage et entraînement des armatures

Les oxydes de fer forment autour des armatures une gaine qui, à partir d'une certaine importance, peut diminuer leur adhérence au béton.

Cette perte d'entraînement des barres conduit alors à une perte générale de la résistance de la structure. La mobilisation des efforts par les barres en traction peut être modifiée par un glissement relatif de l'ancrage lors de sollicitations, la mobilisation des efforts se fait alors avec de plus grandes déformations.

Il faut alors quelquefois dégarnir les enrobages de béton altérés pour les reconstituer, ces opérations libèrent totalement les ancrages de barres. Quand ils ne sont pas accompagnés d'un étaiement soigné de la structure avant le repiquage, ces dégarnissages modifient profondément son fonctionnement, et peuvent présenter un réel danger lors de l'exécution.

3.1.1. Respect du fonctionnement de la structure en l'état

La corrosion des armatures du béton armé peut entraîner un appauvrissement des capacités portantes de la structure. Cette perte de résistance se manifeste par des altérations des matériaux qui sont les suivantes.

3.1.1.1. Pertes de section du béton.

Le foisonnement des oxydes de fer développe des contraintes qui peuvent endommager le béton, allant jusqu'à l'éclater. Il en résulte que les sections résistantes de béton diminuent, les contraintes s'organisent, et transitent par les zones adjacentes. La simple reconstitution de ces sections par un produit de ragréage, n'est pas toujours suffisante pour retrouver le fonctionnement originel de la structure.

Il faudra quelquefois avoir recours à des techniques de vérinage pour soulager la structure, avant de reconstituer la section altérée. Cela peut être le cas dans des zones comprimées, la nature des produits de reconstitution devront alors tenir compte de la composition du béton en place et de son module d'élasticité.

La forme de la découpe pour curer les zones altérées devra prendre en compte l'angle des joints de bétonnage de la zone à reconstituer, pour que les contraintes transitent correctement lors du rechargement.

3.1.2. Respect des matériaux en place

Les traitements de corrosion des armatures du béton armé sont réalisés soit par des apports de matériaux en surface, soit par des reconstitutions de forme après purge, soit par des procédés agissant en profondeur.

Le choix des techniques doit être fait en considérant les matériaux constitutifs de la structure, tant sur un plan physique que chimique. Ainsi, le traitement de la corrosion des armatures ne doit pas entraîner une dégradation du béton en place, qui serait due à l'incompatibilité de deux produits en présence.

L'action des produits de protection des armatures ne doit pas engendrer, vis-à- vis du béton, des actions secondaires préjudiciables au bon fonctionnement de la structure.

Avant la préconisation du traitement, l'ingénieur s'assurera que la solution choisie est en adéquation avec les conditions de fonctionnement et le milieu ambiant de la structure.

3.1.2.1. Les actions irréversibles sur la nature des matériaux

L'application de produits peut changer de façon irréversible la structure interne ou superficielle des matériaux traités. Certains produits de surface bloquent totalement les porosités du béton et « piègent » l'humidité dans les structures, ils les rendent ainsi plus sensibles aux cycles gel / dégel.

Des produits d'imprégnations qui créent des minéraux peuvent modifier l'équilibre chimique du béton en place ou le module d'élasticité des zones fortement imprégnées en surface.

D'autres produits peuvent empêcher à jamais la pose de revêtements ultérieurs, etc.

3.1.2.2. Les effets secondaires après traitement

Certains traitements peuvent avoir des effets secondaires, après leur application sur certains bétons. Par exemple, les traitements électrochimiques qui augmentent le pH du béton d'enrobage, peuvent déclencher des réactions d'alcali-granulats.

De même, l'utilisation de produit à effet gonflant (à long terme) peut créer des contraintes importantes, pouvant aller jusqu'à des fissurations ou des éclatements.

3.1.2.3. Les conséquence du choix des matériaux de remplacement

Le choix des matériaux de remplacement ou de substitution des zones dégradées doit donc tenir compte de l'état de vieillissement des matériaux en place. Si certaines parties doivent être partiellement reconstruites, on devra s'assurer de la bonne compatibilité des matériaux entre eux.

Certains produits, utilisés en ragréages, faciles d'emploi, rapides, et compatibles avec les armatures, ne sont pas toujours compatibles avec les bétons adjacents. Cela peut être le cas des produits dont le liant est à base de ciment alumineux au contact avec des bétons à base de ciment Portland CEM I.

3.2. EXIGENCES A PRENDRE EN COMPTE POUR LES REPARATIONS

L'objet principal d'une réhabilitation est d'arrêter ou d'éviter la corrosion des armatures du béton armé.

Mais le traitement choisi doit aussi répondre aux attentes du client qui peuvent être d'ordre fonctionnel ou esthétique, avec le respect du caractère original ou historique de la structure.

Ces exigences sont traitées au coup par coup. En général, le cahier des clauses techniques particulières fixera les critères de réalisation. Il est recommandé de demander à l'entreprise chargée du chantier, des planches d'essais pour valider les traitements à mettre en oeuvre.

Il peut aussi être demandé de réaliser in situ, une partie de structure qui servira d'essai de convenance.

Cette dernière procédure offre l'avantage de pouvoir valider en une seule fois le matériel, les matériaux et la mise en oeuvre de la « planche » de convenance. Ces validations peuvent concerner des exigences :

4. DURABILITE

La durabilité d'une réhabilitation correspond au fait qu'elle ne doit pas être renouvelée avant un certain délai, qui est précisé dans une garantie. Cette durabilité dépend de la pertinence du choix de la technique retenue, de sa mise en oeuvre et des sollicitations après traitement.

La pérennité de l'ouvrage correspond à son aptitude à remplir les fonctions prévues (mécaniques, esthétiques, etc.). Elle peut être allongée, après traitement de réhabilitation, quand les parements sont de plus revêtus d'un écran protecteur contre les agents agressifs.

La notion de garantie est une notion contractuelle, dont la durée est liée au traitement choisi, pour une structure dans des conditions d'exploitation données. La garantie prend effet après la réception des travaux.

La réception des travaux est un acte de fin de travaux qui atteste que la réalisation est conforme au contrat. Avant cette réception l'efficacité du traitement doit être vérifiée.

4.1. Les contrôle du résultat des traitements

Certaines vérifications sont simples, comme par exemple les couleurs, les formes, la rugosité etc. D'autres demandent des analyses beaucoup plus fines qui sont précisées dans le chapitre 2. Il faut souvent faire appel à des laboratoires spécialisés pour effectuer ces contrôles.

4.2. Le contrôle des revêtements de protection des bétons

Les produits de protection du béton ne sont pas toujours exigés, bien qu'ils constituent une barrière contre les agents agressifs contenus dans le milieu environnant.

La vérification des revêtements se limite généralement à des contrôles de leur adhérence au support, de leur aspect et de leur épaisseur.

Chapitre :03

1. RÉPARATION D'UN OUVRAGE EN BÉTON ARMÉ

La réparation d'un ouvrage est la deuxième étape dans le processus de réhabilitation d'ouvrages en béton armé. C'est l'étape nécessaire pour redonner d'une part les sections d'origine de l'acier et du béton, mais aussi pour rétablir les caractéristiques mécaniques des différents éléments concernés. C'est-à-dire de redonner la possibilité à la structure de reprendre au mieux les efforts qui lui sont appliqués.

Il existe principalement deux méthodes de réparation du béton armé. Il y a la méthode traditionnelle du ragréage ainsi que la technique du béton projeté.

Cependant, une troisième méthode, plus récente, commence à se développer : l'utilisation des Tissus de Fibres de Carbone (TFC).

1.1. LE RAGRÉAGE

La méthode de ragréage est généralement utilisée lorsque la technique traditionnelle de réparation des bétons. à reprendre sont relativement faibles.

Ceci s'explique par le fait que ce type de réparation n'a besoin que de très peu de matériel, mais est assez longue et nécessite beaucoup de main-d'oeuvre.

Lorsque les surfaces à importantes, on privilégiera plutôt le béton projeté, plus rapide, mais nécessitant une part matériel. réparer sont plus importantes, on privilégiera plutôt le béton projeté, plus rapide, mais nécessitant une part plus importante de matériel.

La préparation de surface est une étape très importante pour la pérennité des réparations, elle doit être effectuée avec soins. Il s'agit dans un premier temps d'éliminer toutes les zones présentant une faible cohésion sur l'élément à reprendre.

C'est-à-dire qu'il faut vérifier chaque zone, afin de voir s'il n'y a pas de décollement du béton, de la fissuration apparente, des épaufrures, etc. Les zones de ségrégation doivent elles aussi être éliminées.

S'il y a présence d'un phénomène de corrosion des armatures, il est nécessaire de dégager les aciers corrodés jusqu'à ce qu'une zone saine apparaisse. Pour être sûr de pouvoir effectuer une bonne réparation, il est d'usage d'obtenir un dégagement comme le montre le schéma suivant :

Une fois les armatures corrodées dégagées, il faut les nettoyer afin d'enlever toute trace de corrosion.

Dans certains cas, la perte de section de l'acier peut s'avérer être très élevée, il est alors nécessaire de remplacer l'armature, soit par découpage de la zone atteinte et soudage d'une armature équivalente, soit en scellant une nouvelle armature dans le parement.

Il est important qu'après cette opération, la section d'armatures soit au moins égale à celle présente initialement dans l'élément de la structure concernée.

Afin de limiter les risques d'apparition de la corrosion, les armatures doivent être passivées par application d'un produit convenablement choisi. Cette application peut se méthodes (par brossage, par application au pinceau, etc.)

Une fois les étapes précédentes réalisées, il est possible de commencer le ragréage. Il s'agit de reconstituer manuellement l'enrobage de béton à l'aide d'un mortier de réparation convenablement choisi par une entreprise possédant les compétences nécessaires. Il peut être intéressant de choisir de mettre des inhibiteurs de corrosion directement dans la formulation de ce mortier afin de limiter au maximum l'apparition de corrosion dans les zones réparées.

Dans tous les cas le mortier utilisé doit avoir les caractéristiques suivantes :

- Montée en résistance rapide et de résistance mécanique supérieure au béton support

- De coefficient de dilatation thermique et de module d'élasticité équivalente au béton support

- Les produits doivent être conformes à la norme NF P 18-840 ou être admis à la marque « NF Produits spéciaux destinés aux constructions en béton hydraulique ».

1.2. LE BÉTON PROJETÉ

La méthode du béton projeté est une alternative au ragréage. Elle est généralement utilisée lorsque les surfaces de béton à reprendre sont assez importantes. Ceci s'explique par le fait que ce type de réparation est relativement rapide à mettre en oeuvre, mais nécessite du matériel particulier.

Lorsque les surfaces à réparer sont assez faibles, on privilégiera plutôt le ragréage, plus adapté aux petites surfaces.

1.2.1. HISTORIQUE DE LA MÉTHODE

C'est en 1907 qu'apparut la première machine à projeter, crée par l'américain Carl Akeley. Et c'est dès 1911 que son utilité s'est avérée dans le domaine du génie civil, notamment pour la stabilisation des berges de la tranchée « Culebra cut » du canal de Panama.

En France, la méthode du béton projeté se développa à la fin de la Première Guerre mondiale afin de réparer les ouvrages d'art et des habitations endommagés par les combats. Entre les deux guerres mondiales, le béton projeté été couramment utilisé lors de gros projets.

Cependant, après la Deuxième Guerre mondiale le savoir-faire des entreprises avait pratiquement disparu. Seules la SNCF et EDF savaient que cette technique existait et continuaient de l'employer. Puis EDF a entrepris des recherches afin d'améliorer la composition des mélanges en notant les courbes granulaires de chaque mélange afin de les comparer par la suite avec des essais sur béton durci. Cela a permis à EDF de tracer des fuseaux optimaux à l'intérieur desquels les courbes granulaires des mélanges à projeter devaient se situer.

1.2.2. TECHNIQUE DE PROJECTION

Il existe principalement deux techniques de projection du béton. Elles se différencient par rapport à l'emplacement de l'introduction de l'eau de gâchage dans le matériau.

Il y a tout d'abord la méthode de projection par voie humide, le béton gâché est transporté jusqu'à la lance soit par pompage soit par de l'air comprimé. I

il y a ensuite la méthode de projection par voie sèche pour laquelle le mélange de ciment et de granulats, non additionné d'eau au moment du malaxage, est propulsé par de l'air comprimé, l'eau étant ajoutée au dernier moment, en bout de lance.

Le choix de la technique à utiliser dépend de différents paramètres tels que la nature des matériaux utilisés, de la nature des travaux à effectuer ou encore des habitudes de l'entreprise.

Le principe de la projection reste le même selon la méthode employée. Il consiste à :

- Les transporter par canalisation, rigides ou souples, grâce à des pompes mécaniques ou à de l'air comprimé

- À projeter plus ou moins violemment, grâce à de l'air comprimé ; le matériau sur les supports à revêtir.

Cependant, selon la méthode utilisée les résultats vont présenter quelques différences. Par voie sèche, on obtiendra une résistance plus élevée que par voie humide du fait du faible rapport E/C. Mais on aura une capacité de production plus limitée, un dégagement de poussière plus important, mais surtout un risque de détérioration d'un support fragile.

Dans tous les cas, cette surépaisseur de béton est moins poreuse, plus durable et peu sensible aux attaques chimiques. Le béton projeté n'étant pas encore carbonaté, il stoppe l'évolution de la carbonatation, le temps d'être lui-même complètement carbonaté. Il empêche également la pénétration d'humidité grâce à sa faible porosité, ce qui protège les armatures de l corrosion.

De plus, il est possible d'ajouter des inhibiteurs de corrosion dans la formulation du béton, ce qui permet de rendre plus pérennes les réparations effectuées.

1.2.3. MODE OPÉRATOIRE

Tout comme pour la méthode de réparation par ragréage, il est nécessaire d'effectuer une préparation de la surface avec soins. Il s'agit dans un premier temps d'éliminer toutes les zones présentant une faible cohésion sur l'élément à reprendre. C'est-à-dire qu'il faut vérifier chaque zone afin de voir s'il n'y a pas de décollement du béton, de la fissuration du béton, des épaufrures, etc. Les zones de ségrégation sont aussi à éliminer.

S'il y a présence de phénomène de corrosion des armatures, il est nécessaire de dégager les aciers corrodés jusqu'à ce qu'une zone saine apparaisse. Pour être sûr de pouvoir effectuer une bonne réparation, il est d'usage d'obtenir comme dans le cas du ragréage l'espacement suivant :

Une fois les armatures corrodées dégagées, il s'agit de les nettoyer afin d'enlever toute la corrosion. Dans certains cas, la perte de section de l'acier étant très élevée, il est nécessaire de remplacer l'armature, soit par découpage de la zone atteinte et soudage d'une armature équivalente, soit en scellant une nouvelle armature dans le parement. Il est important qu'après cette opération, la section d'armatures soit au moins égale à celle présente initialement dans l'élément de la structure concernée

Dans le cadre de béton projeté par voie humide, il est possible d'appliquer un passivant sur les armatures réparées afin de limiter les risques d'apparition de la corrosion.

Cette application peut se faire par différentes méthodes (par brossage, par application au pinceau, etc.). Ceci n'est pas possible lorsque l'on projette le béton par voie sèche, car arrivant plus rapidement sur l'élément concerné, la protection serait abimée et ne remplirait plus ses fonctions.

1.2.4 MATÉRIAUX UTILISÉS

Dans le cadre de la réparation d'ouvrages en béton armé, le béton ou le mortier utilisé doit avoir les caractéristiques suivantes :

- Montée en résistance rapide et de résistance mécanique supérieure au béton support

- De coefficient de dilatation thermique et de module d'élasticité équivalente au béton support

- Les produits doivent être conformes à la norme NF P 18-840 ou être admis à la marque « NF Produits spéciaux destinés aux constructions en béton hydraulique ».

	Remplacement du béton par ragréage avec passivant	Remplacement du béton par béton projeté
Avantages	Petites destructions localisées de béton, pas de risque de déstabilisation de la structure. Adapté aux petites surfaces.	Mise en place du mortier de réparation plus rapide. Béton moins poreux, donc moins sensible aux chlorures. Adapté aux surfaces importantes.
Inconvénients	Beaucoup de main d'oeuvre nécessaire pour purger, passiver, ragréer. Délais plus long. Bien dégager tous les aciers corrodés et les passiver sous peine de corrosion rapide. Nécessite un revêtement imperméabilisant.	Risque de déstabilisation suite à une enlevée importante du béton. Bien dégager tous les aciers corrodés et les passiver sous peine de corrosion rapide. Surcharges possibles => recalcul de la structure. Pas adapté aux petites surfaces.
Contraintes phase travaux	Bien éliminer toutes les traces de corrosion des aciers et bien les passiver sur l'ensemble de la zone de désordre et non pas seulement au droit de l'épaufrure sous peine de corrosion accentuée.	Bien éliminer toutes les traces de corrosion des aciers et bien les passiver sur l'ensemble de la zone de désordre et non pas seulement au droit de l'épaufrure sous peine de corrosion accentuée.
Durée de vie estimée	Temps de carbonatation/détérioration du nouveau béton. Limité par rapport à la présence de chlorures. Améliorée si protection complémentaire.	Temps de carbonatation/détérioration du nouveau béton. Limité par rapport à la présence de chlorures. Améliorée si protection complémentaire.

1.3. TISSUS DE FIBRES DE CARBONE

Le renforcement par tissus de fibres de carbone peut se faire sur différents types de structures et sur les différents matériaux usuels de la construction tels que le béton armé ou non, le bois, ou les structures métalliques.

Ce matériau est dit composite, car il s'emploie généralement avec une résine. Il présente beaucoup d'avantages, notamment liés à ses fortes caractéristiques mécaniques pour une masse volumique relativement faible.

Le tableau suivant compare les différentes caractéristiques mécaniques et physiques des construction : fibres de carbone et celles des aciers usuellement rencontrés.

L'intérêt des utilisations de la fibre de carbone dans le génie civil se trouve essentiellement dans :

Cependant, comme tout matériau il a des inconvénients. Les principaux sont les suivants :

Dans le cadre de la réhabilitation d'ouvrages en béton armé, la qualité du support est primordiale. Il convient d'effectuer un sablage à sec en vue d'obtenir un état de surface rugueux et uniforme en tous points avec des reliefs d'impact compris entre 0,5 et 1 mm. Les dépôts de poussières et les particules non adhérentes sont éliminés par un brossage énergique.

Cette technique peut être utilisée dans le renforcement d'un ouvrage, soit dans le cas de perte de section d'acier importante, soit lorsque la structure subit un ajout de charges par rapport à ce qu'elle peut supporter. Ce procédé consiste à placer des bandes de toile de fibres de carbone par collage aux endroits déficients de l'élément concerné. Il est à noter qu'une protection au feu est nécessaire afin de respecter la norme en vigueur.

1.4. CONCLUSION SUR LES RÉPARATIONS

Dans ce chapitre nous avons vu les différentes méthodes de réparation et de confortement d'un ouvrage en béton armé.

Quelle que soit la méthode, le principe est de rendre les sections d'acier et de béton initial ou de combler le manque de section par ajout d'un autre matériau.

Dans tous les cas, le but est de faire en sorte que la structure puisse reprendre à nouveau les charges qui lui sont appliquées voir de pouvoir reprendre un supplément de charge si cela s'avère nécessaire pour que l'ouvrage réponde aux attentes et à l'évolution des besoins des utilisateurs ou des propriétaires.

2. PROTECTION DES OUVRAGES EN BÉTON ARMÉ

Après avoir diagnostiqué les différentes pathologies, puis réparer la structure, il peut être utile de prévoir une protection des ouvrages afin de rendre pérennes les réparations afin d'éviter l'apparition rapide de nouvelles pathologies semblables. Il existe un grand nombre de protections possible. Elles sont à choisir selon ce contre quoi il est nécessaire de protéger la structure.

Chacune de ces méthodes permet soit de redonner au béton de bonnes caractéristiques mécaniques et chimiques soit de les protéger contre des attaques extérieures. Dans tous les cas cela permet à la structure concernée de rallonger sa durée de vie ainsi que ses capacités à absorber les attaques de l'environnement extérieur et de la vieillesse.

2.1. LE REVÊTEMENT IMPERMÉABILISANT

Les revêtements de surface, permettant de protéger la structure contre les attaques, sont décomposés en différentes catégories, elles sont décrites dans la suite. Chaque type de revêtement a son propre mode d'application.

Les revêtements imperméabilisants sont généralement des systèmes multi couches appliqués à titre curatif. Leur fonction principale est de pallier aux désordres affectant la structure en ayant par exemple une fonction d'imperméabilité à l'eau liquide.

Il est nécessaire qu'ils aient une élasticité suffisante afin de pouvoir résister à la fissuration du support.

Les produits utilisé doivent être choisis en fonction des pathologies répertoriées lors du diagnostic. Les produits doivent satisfaire à la norme NF 84-403 quant à leurs caractéristiques (maintien de l'aspect, imperméabilité, isolation thermique).

2.1.1. LES PEINTURES

- Elle permet d'améliorer l'esthétique de l'ouvrage, par la mise en couleur ou la création de motifs décoratifs, en vue de lui donner un aspect particulier, ou d'homogénéiser, lorsque nécessaire, la teinte de ses parements,

^{- Son but peut être d'augmenter le confort et la
sécurité des usagers, tout en facilitant le}nettoyage (exemple : revêtement des tunnels),

- Elle permet aussi de participer à la sécurité de l'ouvrage (exemple : balisage des pylônes),

- Mais avant tout chose, elle permet de contribuer à la protection du béton. En effet, la mise en place d'un système de peinture en couche mince, dans la mesure où il apporte une amélioration de l'imperméabilité du support peut permettre de ralentir la pénétration de l'humidité extérieure et d'améliorer ainsi la durabilité du béton.

Il est à noter qu'il existe une procédure de qualification concernant les systèmes de peinture pour béton de génie civil. Elle donne des notions sur des critères d'adhérence, d'aspect et plus généralement sur des considérations d'ordre esthétique.

Cependant, elle ne se prononce pas sur des critères visant à apprécier la capacité effective à remplir une fonction de protection. L'ensemble de cette procédure est décrit dans le guide « Mise en peinture des bétons de génie civil » (LCPC, Juin 1999).

2.1.2. LES LASURES

Les lasures peuvent être utilisées pour conserver ou mettre en valeur la texture du parement en béton. Il existe des lasures incolores, mais aussi colorées. L'avantage par rapport aux peintures c'est

2.1.3. LES REVÊTEMENTS MINCES

- Les revêtements plastiques épais contenant généralement des éléments à base de résines acryliques ou polyuréthannes

2.1.4. LES ENDUITS DE FAÇADE

- Les enduits traditionnels, exécutés selon le DTU 26.1 en trois couches distinctes

Dans tous les cas ce sont des enduits à base de liants hydrauliques et ou de chaux aérienne.

2.2. LES INHIBITEURS DE CORROSION

Les inhibiteurs de corrosion sont des éléments chimiques permettant de ralentir, voire de stopper le processus de corrosion des métaux sur lesquels ils sont appliqués. Généralement ils sont ajoutés en faible concentration dans le milieu corrosif.

Il est important de noter que ne sont pas inclus dans cette catégorie de produit les éléments présents dans un alliage de métaux tel que le chrome par exemple.

Il existe différents modes d'action des inhibiteurs de corrosion selon leur catégorie. Chaque type réagira différemment selon le milieu dans lequel il se situe. Par exemple, l'inhibiteur peut recouvrir la surface du métal par adsorption et ainsi réduire les surfaces de réaction élémentaires.

Dans un autre cas, il peut former des composés avec le métal et le liquide environnant et modifier ainsi les réactions d'interface. Dans tous les cas la vitesse de corrosion est ainsi ralentie, voire annulée. Cependant pour généraliser, la corrosion étant un processus électrochimique, l'action de l'inhibiteur se ferra au niveau des étapes de réaction électrochimique.

- De pénétrer suffisamment les couches de béton même dans le cas de béton très hétérogène par nature

^{- D'abaisser la vitesse de corrosion du métal,
sans en affecter ses propriétés mécaniques et}chimiques ainsi que celles de son milieu environnant

- De prendre en considération le milieu (basique, neutre dans le cas de la carbonatation, voir acide dans le cas de la présence de chlorures) dans lequel il sera afin d'être compatible avec celui-ci ainsi qu'à la température d'utilisation

Comme il a été souligné plus haut, il existe différentes catégories d'inhibiteurs de corrosion. Il est possible de les classifier selon leur mode d'action, à savoir :

- Les inhibiteurs anodiques qui agissent en diminuant le courant sur la partie anodique de la surface du métal. Cependant, il y a un risque uniquement si son action n'est pas totale sur l'élément, cela peut entrainer localement une augmentation de la densité de courant et ainsi conduire à un processus localement plus intense de corrosion qu'en l'absence d'inhibiteurs de corrosion.

^{- Les inhibiteurs cathodiques agissent en augmentant la
surtension au niveau de la cathode et}ainsi réduisent le courant de corrosion. Les inhibiteurs cathodiques ne stoppent jamais le processus de corrosion, mais ils n'ont pas le désavantage des inhibiteurs cathodiques, à savoir la corrosion localisée.

- Les inhibiteurs mixtes cathodiques. qui ont eux à la fois les propriétés des inhibiteurs anodiques et cathodiques.

Concernant la mise en oeuvre d'un inhibiteur de corrosion, il est important avant de l'appliquer de préparer la surface du béton, à savoir éliminer la peinture ou autre revêtement. Une fois la surface prête à recevoir le produit, l'application se fait directement sur la surface du béton à l'aide d'un rouleau ou d'un pulvérisateur. Il faut veiller à ce que les consommations mises en oeuvre soient conformes aux préconisations. Pour les inhibiteurs de corrosion sous forme liquide, l'application se fait en plusieurs passes.

Pour les inhibiteurs de corrosion sous forme gélifiée, l'application se fait en une seule fois.

Il faudra par la suite vérifier que les quantités minimales d'inhibiteurs de corrosion au niveau des armatures soient atteintes. Cette vérification peut se faire par prélèvement d'échantillons représentatifs de l'ouvrage ou par le suivi des mesures de potentiel ou de courants de corrosion.

Les zones devant recevoir ce type de produit sont les endroits n'ayant pas été repris. En effet, généralement lorsque les bétons sont dégradés par le processus de corrosion, il est d'usage d'insérer un inhibiteur de corrosion dans la formulation du béton de ragréage ou de béton projeté.

Ainsi, les inhibiteurs de corrosion constituent un moyen de lutte contre la corrosion des métaux. Ceci étant possible car le traitement se fait par l'intermédiaire du milieu corrosif et non pas sur le métal lui-même. Cela permet d'éviter de mettre à nu les armatures pour l'application de ce type de produit.

2.3. LA DÉCHLORURATION

Au fil du temps et selon l'environnement ambiant, des éléments chlorures présents dans l'atmosphère pénètrent dans le béton. Ces éléments favorisent l'apparition et le développement de la corrosion des aciers dans le béton armé. Ce phénomène est amplifié lorsque la présence de chlorures est importante par exemple pour les milieux salins, mais aussi dans le cadre de la réfection des bétons du bâtiment « La Saline » de la Compagnie des Salins du Midi et des Salines de l'Est. Cela étant dû directement à l'activité qu'abrite ce bâtiment.

Le principe de la déchloruration est d'extraire ces éléments chlorures du béton afin de limiter leur impact sur les armatures présentent dans l'élément. Pour ce faire, l'extraction des chlorures nécessite de polariser une armature aux alentours du parement en utilisant une anode placée sur le parement et enrobée d'un électrolyte. Ainsi peut circuler un courant de polarisation, de l'anode vers la cathode (l'armature).

Pour l'heure, il existe principalement deux techniques d'extraction des chlorures. Par courant imposé, lorsqu'un générateur électrique est placé entre l'anode et l'armature, ou par courant galvanique lorsqu'un alliage jouant le rôle d'anode est directement relié à l'armature.

Cependant, cette méthode est réalisable seulement dans les cas où il existe une continuité électrique des armatures, il est toujours possible de relier électriquement les armatures isolées à l'aide de pontages électriques. Il est aussi nécessaire d'avoir procédé à la réfection des parements avant l'application de la ré-alcalinisation afin d'éviter toute forme d'hétérogénéité.

Il n'est pas possible d'extraire les chlorures au-delà du premier lit d'armatures.

Dans le cas d'utilisation du système par courant imposé, le principe de mise en oeuvre est le suivant :

- Projeter une couche de pâte (cellulose ou de laine de roche) sur laquelle on appliquera une solution électrolytique (carbonata alcalin)

- Effectuer les raccordements électriques au générateur de courant continu ayant une tension réglable de 10 à 48 volts

- Effectuer un suivi des tensions et courants ainsi que des prélèvements d'échantillons en cours de traitement afin d'effectuer des analyses sur l'efficacité du traitement

Dans le cas d'utilisation du système anodique, le principe de mise en oeuvre est le suivant:

- Mettre en place l'anode métallique fixée d'une part sur une baguette l'isolant du parement béton et d'autre part en contact avec la pâte saturée en électrolyte

- Connecter l'anode au circuit électrique, c'est à partir de la que le traitement se met en route

- Effectuer un suivi des tensions et courants ainsi que des prélèvements d'échantillons de béton pour analyser l'évolution du traitement

Afin de vérifier si l'extraction des chlorures est convenable, il est possible d'effectuer des prélèvements d'échantillons avant et après traitement pour pouvoir quantifier le résultat du traitement.

2.4. LA RÉ-ALCALINISATION

Le principe de base de la ré-alcalinisation est de donner au béton un pH permettant de passiver les aciers. Initialement, le béton lors de sa mise en oeuvre à un pH aux environs de 13. Suite à sa carbonatation, le pH du béton diminue jusqu'aux environs de 9, à ce moment-là, les armatures ne sont plus protégées. Une ré-alcalinisation permet de redonner au béton son pH d'origine. Ce traitement est dit temporaire, car il dure généralement entre une et six semaines selon le degré d'avancement de la carbonatation.

Pour effectuer une ré-alcalinisation, il est nécessaire de polariser une armature aux alentours du parement en utilisant une anode placée sur le parement et enrobée d'un électrolyte. Ainsi peut circuler un courant de polarisation, de l'anode vers la cathode (l'armature).

Tout comme pour la déchloruration, il existe principalement deux techniques de ré-alcalinisation. Par l'armature, ou par courant imposé, lorsqu'un générateur électrique est placé entre l'anode et lecourant galvanique lorsqu'un alliage jouant le rôle d'anode est directement relié à l'armature.

L'action possible de ce traitement est limitée à l'enrobage des armatures. Il n'est pas possible de réalcaliniser au-delà du premier lit d'armatures.

Dans le cas d'utilisation du système par courant imposé, le principe de mise en oeuvre est le suivant :

- Projeter une couche de pâte (cellulose ou de laine de roche) sur laquelle on appliquera une solution électrolytique (carbonata alcalin)

^{- Connecter les fils de l'anode au
treillis}-Projeter une deuxième couche de pâte

- Effectuer les raccordements électriques au générateur de courant continu ayant une tension réglable de 10 à 48 volts

- Effectuer un suivi des tensions et courants ainsi que des prélèvements d'échantillons en cours de traitement afin d'effectuer des analyses sur l'efficacité du traitement

Dans le cas d'utilisation du système anodique, le principe de mise en oeuvre est le suivant:

- Mettre en place l'anode métallique fixée d'une part sur une baguette l'isolant du parement béton et d'autre part en contact avec la pâte saturée en électrolyte

- Connecter l'anode au circuit électrique, c'est à partir de la que le traitement se met en route

- Effectuer un suivi des tensions et courants ainsi que des prélèvements d'échantillons de béton pour analyser l'évolution du traitement

Afin de vérifier l'efficacité de la ré-alcalinisation, il est possible de procéder à des tests sur l'épaisseur de carbonatation avant et après traitement pour pouvoir comparer les résultats. Ce test se fait généralement à la phénolphtaléine.

2.5. LA PROTECTION CATHODIQUE

Pour le cas du béton armé, la protection cathodique des armatures est un traitement, qui contrairement à l'extraction des chlorures ou la ré-alcalinisation, appliqué de façon permanente.

Il a pour but de ralentir, voire même d'arrêter la corrosion. Le principe est d'abaisser le potentiel électrochimique de l'armature jusqu'à une valeur seuil appelée potentiel de protection.

Lorsque cette valeur est atteinte, on peut considérer que la vitesse de corrosion dans l'acier est négligeable. Ceci peut se faire en polarisant une armature présente dans le béton avec une anode placée soit sur le parement soit dans l'enrobage. Puis il faut appliquer un courant de polarisation, circulant de l'anode vers l'armature.

De même que pour la ré-alcalinisation et l'extraction des chlorures, il existe principalement deux méthodes de réalisation. Soit par courant imposé, avec un générateur électrique placé entre l'anode et l'armature, soit par courant galvanique avec une anode sacrificielle directement reliée à l'armature.

Il est tout d'abord important d'effectuer des travaux préalables avant l'application de la protection cathodique. En effet, il est nécessaire d'éliminer le béton dégradé ainsi que les bétons de réparations antérieurs, car ils peuvent présenter une résistivité différente.

Il faut aussi enlever la rouille non adhérente sur les armatures ainsi que de rétablir une continuité électrique des aciers. Enfin, il est nécessaire de reconstituer l'enrobage tout en veillant à avoir une distance millimètres entre l'armature et le parement extérieur.

L'entreprise effectuant ces travaux doit procéder au calcul de dimensionnement des anodes ainsi que de la capacité du générateur. Cela a pour but de déterminer les caractéristiques de l'installation à mettre en oeuvre telle que le type et les quantités d'anodes à mettre en place, le courant total nécessaire, etc. Ces paramètres sont directement fonction de la dimension des armatures à traiter.

Une note de calcul doit indiquer le nombre et l'emplacement des zones anodiques, la consommation en courant pour chaque zone, le type d'anode choisi, le nombre et l'emplacement des capteurs de surveillance et de contrôle.

Les étapes de la mise en oeuvre de la protection cathodique sont les suivantes :

- Forer des trous dans le parement en béton afin de mettre à nu des armatures et les connecter au réseau électrique

- Les anodes sont soit plaquées à la surface du parement soit enfouies dans le béton, il est nécessaire de les enrober avec du mortier

^{- Installer des capteurs afin de pouvoir suivre
l'efficacité de l'installation}

	Revêtement imperméabilisant	Ré-alcalinisation Extraction des chlorures	Inhibiteur de corrosion	Protection cathodique
Avantages	Faible coût.	Passive à nouveau les aciers de manière durable.	Possibilité d'application seule sur béton afin de protéger les aciers.	Empêche l'activité de corrosion.
Inconvénients	Nécessite un revêtement résistant à la fissuration.	N'est efficace que pour la partie située entre l'anode et la cathode. Nécessite une purge du support et réparation des épaufrures. Les armatures doivent former un réseau électrique.	Efficacité contestée. Difficulté de contrôle de mise en oeuvre. Nécessite une purge du support et réparation des épaufrures. Les armatures doivent former un réseau électrique si forçage.	Nécessite une purge du support et réparation des épaufrures. Les armatures doivent former un réseau électrique.
Contraintes phase travaux	Intempéries.	Installation conséquente. Réaliser des pontages entre toutes les armatures.	Installation importante si forçage. Renforcement des contrôles de mise en place. Réaliser des pontages entre toutes les armatures si forçage.	Installation conséquente. Réaliser des pontages entre toutes les armatures.
Durée de vie estimée	10 ans.	10 ans.	10 ans si bonne application.	30 ans.

3. RECAPITULATIF

Plusieurs procédés existent pour réhabiliter le béton armé dégradé par la corrosion. Aucun d'eux n'est applicable dans tous les cas.

Il est rappelé que chaque procédé ou traitement doit comporter les étapes suivantes :

· Compatibilité entre les procédés et les exigences diverses. En effet, la plupart du temps, plusieurs options différentes sont possibles : la solution retenue doit être compatible avec les exigences diverses, les choix techniques et le coût supportable.

Domaine d'action	Réparations, renforcements structurels
Mise en oeuvre	Projection sur la paroi à l'aide d'air comprimé selon deux techniques : voie sèche et voie mouillée
Limites et précautions d'emploi	Respecter la norme NF 95102 pour la composition comme pour les épaisseurs
Efficacité. Contrôle et durée	Réception des armatures, Contrôle d'adhérence, Confection des caisses de convenance avec carottage pour le contrôle des caractéristiques
Effets secondaires. Incidences sur l'ouvrage. Commentaires	Surcharges

Domaine d'action	Ralentissement du processus de corrosion des armatures
Mise en oeuvre	Par pulvérisation en plusieurs passes (forme liquide) sur la surface du béton ou application directe sur la surface (forme gélifiée) ou sur l'acier
Limites et précautions d'emploi	Incompatibilité avec les éléments déjà traités par hydrofuges Limites liées à des teneurs en chlorures trop élevées
Efficacité. Contrôle et durée	Efficacité dépendante de la nature du produit et de la quantité disponible au niveau des aciers (dosage de l'inhibiteur) Contrôle par mesures de potentiels ou de courants de corrosion
Effets secondaires. Incidences sur l'ouvrage. Commentaires	Certains inhibiteurs minéraux interagissent avec le béton Risque d'apparition d'efflorescences devant être nettoyées

Domaine d'action	Amélioration du parement : action esthétique, limitation de l'encrassement, action protectrice du béton.
Mise en oeuvre	Application en plusieurs couches sur un support ne présentant pas d'imperfections trop importantes
Limites et précautions d'emploi	Protection superficielle, non curative L'état du support au moment de l'application a un rôle déterminant
Efficacité. Contrôle et durée	L'efficacité est liée à la qualité de l'adhérence entre le support et le revêtement, Risques de cloquage, craquelage, écaillage. Contrôle de la perméabilité de surface
Effets secondaires. Incidences sur l'ouvrage. Commentaires	Attention à la tenue aux rayons UV dans le choix des produits Risque d'incompatibilité avec certains traitements du béton

Domaine d'action	Amélioration de la surface du béton : esthétique, correction des irrégularités de surface (porosité, fissures), protection vis à vis de l'environnement
Mise en oeuvre	Selon la nature du produit
Limites et précautions d'emploi	Protection superficielle, non curative
Efficacité. Contrôle et durée	L'efficacité est liée à la qualité de l'adhérence entre le support et le revêtement, Risques de cloquage, craquelage, écaillage.
Effets secondaires. Incidences sur l'ouvrage. Commentaires

Traitements électrochimiques : Ré-alcalinisation des bétons, extraction des chlorures

Domaine d'action	Ré-alcalinisation pour les bétons carbonatés Extraction des chlorures pour les bétons pollués en chlorures
Mise en oeuvre	Polarisation des armatures à l'aide d'une électrode placée sur le parement et enrobée d'une pâte saturée d'un électrolyte Durée : quelques semaines
Limites et précautions d'emploi	Continuité électrique des armatures Béton non susceptible à l'alcali-réaction Incompatibilité avec les armatures revêtues Incompatibilité avec les revêtements
Efficacité. Contrôle et durée	Vérification par indicateurs de pH (ré-alcalinisation) ou détermination de la teneur en chlorures (déchloruration). Traitement éventuellement à renouveler, à terme.
Effets secondaires. Incidences sur l'ouvrage. Commentaires	Déséquilibre de la solution interstitielle du béton Risque d'apparition d'efflorescences devant être nettoyées

Domaine d'action	Protection des aciers par abaissement de leur potentiel électrochimique
Mise en oeuvre	Polarisation des aciers à l'aide d'une électrode placée de façon permanente sur le parement ou dans l'enrobage
Limites et précautions d'emploi	Continuité électrique des armatures Réparation éventuelle de la surface, Béton non susceptible à l'alcali-réaction Incompatibilité avec les armatures revêtues Incompatibilité avec les revêtements imperméabilisants.
Efficacité. Contrôle et durée	Efficace si le potentiel de l'acier est maintenu à la valeur exigée Remplacement des électrodes de référence
Effets secondaires. Incidences sur l'ouvrage. Commentaires	Déséquilibre de la solution interstitielle du béton Risque de fragilisation dans le cas des aciers de précontrainte. Modification de l'apparence du parement, Suivi électrique indispensable durant la durée de vie de l'ouvrage.

4- Normes

Les principales normes relatives aux produits de réparation sont les suivantes :

Produits spéciaux destinés aux constructions en béton hydraulique
N° de normes	Titre	Nature du liant	Année
NF P 18-800	Définitions, classification, conditionnement, marquage, conditions de réception	H - R	1989
NF P 18-802	Contrôle sur chantier	H - R	1992
Produits ou systèmes de produits destinés aux réparations de surface du béton durci
NF P 18-840	Caractères normalisés garantis- Normes d'essais garantis - Normes		1993
NF P 18-852	Essais d'adhérence sur surfaces sciées	H - R	1993
NF P 18-853	Essai d'adhérence après cycles thermiques sur surfaces sciées	H - R	1993
NF P 18-854	Essai de tenue aux chocs répétés sur surfaces sciées	H - R	1993
NF P 18-855	Essai de perméabilité aux liquides avec surfaces sciées	H - R	1992
NF P 18-856	Essai de tenue aux rayonnements U.V.	R	1993
NF P 18-857	Essai de tenue aux chocs sur surfaces sciées après cycles	H - R	1993
NF P 18-858	Essai d'adhérence sur surfaces rugueuses	H	1993
NF P 18-859	Essai d'adhérence après cycles thermiques sur surfaces rugueuses	H	1993
NF P 18-860	Essai de tenue aux chocs répétés sur surfaces rugueuses	H	1993
NF P 18-861	Essai après cycles de gel-dégel, de tenue aux chocs répétés sur éprouvettes à surface rugueuse	H	1993
NF P 18-862	Essai de perméabilité aux liquides sur éprouvette à surface rugueuse	H	1993

Chapitre 04

1. CONTROLES DE LA MISE EN OEUVRE

La réhabilitation du béton armé dégradé fait appel à différentes techniques, qui ne sont pas encore toutes codifiées, ni du point de vue des méthodes, ni du point de vue du contrôle.

L'objet de ce chapitre est de préciser ce qu'il y a lieu de faire (c'est-à-dire faire figurer dans les pièces contractuelles et exiger de l'entrepreneur), en matière de contrôle interne, et préciser la nature du contrôle extérieur, qui reste une prérogative du Maître d'oeuvre.

· Point sensible : c'est un point de l'exécution, qui doit particulièrement retenir l'attention.

· Point critique : c'est un point de l'exécution, qui nécessite une matérialisation du contrôle interne sur un document de suivi, ainsi qu'une information préalable du contrôle extérieur pour que celui-ci puisse se faire, le cas échéant. L'intervention du contrôle extérieur n'est pas nécessaire à la poursuite de l'exécution.

· Point d'arrêt : c'est un point critique, pour lequel un accord formel du maître d'oeuvre ou d'un organisme mandaté par lui, est nécessaire à la poursuite de l'exécution. Les délais de préavis et les délais de réponse du maître d'oeuvre sont fixés dans le Cahier des Clauses Administratives Particulières (CCAP), qui doit préciser les dispositions à prendre par l'entreprise, à l'issue du délai de réponse, en l'absence de réaction du maître d'oeuvre.

1.1. PREPARATION DES TRAVAUX

1.1.1. Dossier de consultation des entreprises

Lors de la rédaction du Dossier de Consultation des Entreprises (DCE), il faut :

· indiquer que l'entrepreneur qui propose une variante devra définir les contrôles internes correspondants,

· inclure une clause dans le Cahier des Clauses Techniques Particulières (CCTP) portant sur l'Assurance de la Qualité. Il est rappelé que "l'entrepreneur établit le Plan d'Assurance Qualité (PAQ) dans lequel il décrit l'organisation générale du chantier, les principaux moyens qu'il compte y affecter et les dispositions de contrôle interne associés à ces moyens". Le PAQ est soumis au visa du Maître d'oeuvre, ainsi que le cadre des documents de suivi,

· indiquer, dans le CCTP, les sujétions que le contrôle extérieur impliquera, à l'égard de l'entreprise ; en particulier, cette pièce du marché devra contenir la liste des points d'arrêt ainsi que les délais qui s'attachent à la levée de ces derniers.

L'entrepreneur fait des essais et contrôles, au titre du contrôle interne et les conserve à sa charge.

Le Maître d'oeuvre fait des essais et contrôles au titre du contrôle extérieur et les rémunère sur crédits du Maître d'ouvrage, qu'ils soient prévus ou non au marché.

1.1.2. Mise au point du marché

· modifier le CCTP pour ce qui est relatif au contrôle interne, en fonction des variantes (compléter si il y a lieu la liste des contrôles internes prévus par l'entrepreneur),

· mettre au point le cadre du PAQ qui comprendra les principales dispositions du document d'organisation générale et la liste des procédures d'exécution, et l'annexer au CCTP.

1.1.3. Plan assurance qualité (PAQ)

Au cours de la période de la préparation et lors de l'exécution, l'entrepreneur établit le

· des facteurs contribuant à l'obtention de la qualité : affectation des taches, moyens en personnel matériels et fournitures

Lors de l'examen du PAQ, le maître d'oeuvre devra s'assurer que l'entrepreneur n'aura à se livrer à aucune improvisation sur le chantier.

1.2 .CONTROLE INTERIEUR DE L'ENTREPRISE

Le contrôle intérieur de l'entreprise porte sur des épreuves, des réceptions et le contrôle des travaux finis.

1.2.1. Epreuves

1.2.1.1. Epreuve d'étude

Lorsque le produit est un composite soumis à une formulation explicite (par exemple, cas du béton projeté), un dossier d'étude est fourni par l'entreprise. Ce document comporte les résultats d'une épreuve d'étude.

1.2.1.2. Epreuve de convenance

Elle a pour but de tester, dans les conditions de chantier, l'aptitude de l'entreprise à réaliser les travaux avec les matériaux et les moyens matériels et humains indiqués au PAQ. A cette occasion, les points particuliers sont examinés. Pour toutes les techniques, une attention particulière est portée sur la préparation du support, pour qu'il soit compatible avec la technique proposée.

La planche de convenance est généralement une zone (de l'ordre du mètre-carré) de l'ouvrage à réhabiliter. Elle doit être représentative de l'ensemble de la réhabilitation, sur les plans techniques, difficulté d'accès, sécurité etc.

Les matériaux, les moyens en matériel et la compétence du personnel sont évalués, lors de l'épreuve. Pour certaines techniques, la qualification de l'équipe (exemples : porte lance, aide porte lance et machiniste en béton projeté, ou électricien pour la composante électrique de la protection cathodique) sera exigée.

1.2.2. Réceptions

1.2.2.1. La réception des matériaux

· les matériaux (ciment/granulats, adjuvants/ajouts/eau ou les sacs pré-dosés dans le cas du béton fabriqué sur place),

· les anodes, les autres fournitures électriques et les capteurs de suivi des systèmes pour les traitements électriques.

Des prélèvements conservatoires de matériaux sont réalisés en vue d'analyses éventuelles.

1.2.2.2. La réception du support

· la vérification de l'état du support et des surfaces de reprise entre couches (béton projeté (point d'arrêt),

· la vérification de la mise en place du système de traitement électrique (point critique).

1.2.2.3. La réception des produits

1.2.3. Contrôle de la mise en oeuvre

· contrôle du respect du phasage de la réhabilitation (nombre de couches, délai d'application entre les couches, épaisseur totale) (point critique),

· contrôle d'exécution et de la qualité des produits mis en oeuvre (point critique),

· contrôle d'épaisseur du béton projeté, des revêtements de surface (point critique),

1.2.4. Contrôle des travaux finis

Le contrôle des travaux finis est un point d'arrêt. Il porte sur la vérification des caractéristiques requises et de l'efficacité de la protection et/ou de la réparation.

1.3. CONTROLE EXTERIEUR DU MAITRE D'OEUVRE

Le « Contrôle extérieur » du Maître d'oeuvre est un contrôle de conformité aux exigences du CCTP, en ce qui concerne :

· la réception, le transport et la mise en oeuvre des matériaux et matériels,

· le personnel d'exécution et de support pour l'application des méthodes de réhabilitation.

L'entité "Contrôle extérieur" à partir du Dossier de Consultation des Entreprises (DCE), du Schéma Directeur de la Qualité (SDQ), du Plan d'Assurance Qualité (PAQ) et des procédures des divers intervenants a les tâches suivantes :

a- examiner et formuler un avis sur les propositions de l'entreprise en matière de :

· moyens et qualification en personnel, moyens en matériel de fabrication et mise en oeuvre,

b- proposer au Maître d'oeuvre un programme de contrôle extérieur, en fonction du contrôle intérieur.

· la vérification de l'application du PAQ Entreprise concernant le contrôle interne lié à l'exécution des travaux,

· le contrôle de réception de l'ouvrage (ou de l'élément d'ouvrage) (point d'arrêt).

2. SUIVI D'UN OUVRAGE

Le suivi d'un ouvrage a pour principale fonction de mesurer l'évolution des pathologies dans le temps. Ce suivi peut se faire notamment sur la fissuration d'un ouvrage, mais aussi sur l'avancement du front de carbonatation ou encore l'évolution de la teneur en chlorures.

On distingue deux types de suivi d'ouvrages. Il y a le suivi ponctuel et le suivi continu.

2.1. LE SUIVI PONCTUEL

Le principe de ce suivi est qu'une personne vient relever l'évolution des pathologies à échéances régulières, par exemple deux fois par an, afin d'effectuer des prélèvements pour analyses ou faire des essais sur place. Cela se fait principalement pour la teneur en chlorures, pour laquelle des poudres de béton son prélevées en vue de déterminer la quantité de chlorures présente.

Il est aussi possible de suivre l'avancement du front de carbonatation, en effectuant des tests à la phénolphtaléine sur un élément afin de déterminer la vitesse à laquelle le béton le constituant se carbonate. Il est aussi possible de procéder à ce type de suivi pour l'ouverture de fissures.

Cela permet de déterminer si la fissure est passive, stabilisée ou active. Par contre, la précision sera moindre que pour un suivi continu.

2.2. LE SUIVI CONTINU

Le fonctionnement de ce suivi est de mettre en place des capteurs afin de relever, l'évolution de la pathologie, plusieurs fois par jour sur une période donnée. Cette méthode est généralement employée pour le suivi de l'ouverture de fissures.

Ainsi, il est possible de corréler la variation de l'ouverture avec l'évolution des températures. Cela permet là aussi de déterminer si la fissure est passive, stabilisée ou active, mais avec plus de précision afin d'être sûr que la fissure évolue avec les températures ou non.

J'ai rencontré ce type de suivi sur l'instrumentation et suivi microclimatique du barrage Vauban à Strasbourg. Le principe de l'étude est de voir si les fissures du barrage ont un comportement cyclique correspondant à l'évolution des températures sur une année, ou si elles ont un caractère dégénératif indépendant de la température.

Pour se faire, chaque fissure est équipée de trois capteurs, l'un mesurant la composante perpendiculaire à la fissure sur le plan horizontal, le deuxième mesurant la composante oblique à la fissure sur le plan horizontal, et le dernier mesurant les déformations sur le plan vertical.

Conclusion

es missions menées dans le cadre de ce Projet de Fin d'Études ont permis de recenser les principales techniques d'investigation d'ouvrages en béton armé utilisées. On a pu voir qu'il existait deux types de diagnostic, l'un en utilisant des méthodes destructives et l'autre avec des méthodes non destructives. Il a été souligné l'importance du diagnostic dans le processus de réhabilitation d'ouvrages en béton armé, c'est à ce moment que l'on détermine les pathologies présentes ainsi que leur ampleur. Cela est nécessaire afin de prodiguer les réparations les plus adaptées ainsi que les protections à mettre en oeuvre afin de donner les défenses nécessaires à l'ouvrage

Concernant les différentes techniques de réparation, nous nous somment appuyer sur des recherches menées sur les projets de réhabilitation divers. Il en est ressorti trois techniques particulières, le ragréage, le béton projeté et l'utilisation de tissus de fibre de carbone. Ces trois techniques ont pour buts principaux de redonner à chaque élément ses caractéristiques géométriques et également de redonner à la structure ses capacités à reprendre les efforts qui lui sont appliqués.

Pour les différents modes de protections, la encore nous avons effectué un travaille de recherche sur la réalisation de dossier de consultation des entreprises et de dossier projet bâtiment. On a pu voir les différents modes de protection, leurs utilités, leur mode d'action ainsi que le principe de leur mise en oeuvre. Cependant, il est nécessaire de souligner le fait que ce n'est pas suffisant de simplement protéger l'ouvrage. Il faut avant tout travailler sur l'origine des désordres, afin d'arrêter le problème à la source.

La nécessité de réaliser des fiches, une pour chaque technique, que ce soit de diagnostic, de réparation ou de protection, était nécessaire pour l'entreprise. En effet, certaines de ces techniques ne sont pas utilisées couramment dans les agences et les détails du mode opératoire sont rapidement omis. Pour les techniques qui sont plus couramment utilisées, il est possible qu'elles soient mal appliquées. Dans les deux cas, ce sont des sources d'erreurs et de mauvaise interprétation, ce qui peut engendrer des problèmes lors de la réhabilitation d'un ouvrage.

Ce Projet de Fin d'Études nous a permis de découvrir de nouveaux aspects de l'ingénierie du génie civil. Lors de notre formation, nous étudions principalement les différents modes de construction et les matériaux utilisés dans le neuf, mais très peu de connaissances ont été acquises concernant la réhabilitation d'ouvrages existants. Pourtant, ce domaine tend à se développer surtout dans le cadre du développement durable.

Réhabilitation des ouvrages en béton armé

Introduction