Les fissures liés à l’affaissement de l’assise (dallage) d’une maison & La fissuration du béton,
Le phénomène d’affaissement provoque l’abaissement d’une surface (fondation, dalle de béton, plancher, etc.) lorsqu’elle n’est plus suffisamment soutenue, ainsi que la rupture, avec les autres éléments structurels. Bien que l’affaissement se déroule généralement de manière progressive, des tensions se produisent et des fissures ou lézardes peuvent alors apparaître.
Fissuration du béton
Le béton est un matériau utilisé depuis des siècles. Il est surtout réputé pour sa solidité et sa résistance. Cependant, le béton présente des fissures à long terme, ou lorsqu’il est soumis à des efforts de traction.
En tant que matériau de construction obtenu à partir d’un mélange de graviers, de sable et de l’eau, le béton peut parfois être fissuré. Cette situation se produit généralement lorsque les éléments qui le composent ne sont pas en quantité proportionnelle.
Le béton seul, est un matériau très cassant lorsque soumis à un effort de traction.
Cette fragilité du béton s’exprime par l’apparition quasi obligatoire de fissures dans la vie de l’ouvrage dès qu’il sera soumis à la plus minime des contraintes de traction.
Seul le béton précontraint ne se fissurera jamais.
Par contre, il est tout à fait possible de limiter la fissuration dans nos ouvrages en connaissant bien les causes de celle-ci et en cas de gros problèmes des moyens existent pour traiter ce problème après coup.
Les causes de la fissuration du béton
De nombreuses réactions physico-chimiques sont la cause de fissuration dans le béton, en voici la liste :
• Le ressuage : lors de son séchage, le béton se tasse et une pellicule d’eau vient se former à sa surface. Les gros granulats ou les armatures peuvent faire office d’obstacle à ce tassement et ainsi fissurer le béton avant sa prise complète. Ce phénomène est très léger et ne causera pas de désordres dans vos constructions.
• Le retrait : il en existe de différents types et à divers stades de la vie du béton, mais tous mènent au même résultat, une réduction du volume du béton par réaction chimique. Ce phénomène, s’il est empêché par frottement, mènera inévitablement à des fissures. Pour limiter le retrait endogène un brunissement régulier du béton durant le séchage est envisageable. Un béton composé avec beaucoup de ciment aura plus tendance à se retirer, faites donc attention à vos formulations.
• Les conditions de mise en œuvre : un béton contenant une quantité d’eau trop importante perdra énormément en résistance et donc sera sujet à une fissuration plus importante.
• Les conditions climatiques : sont toutes aussi importantes, une température trop élevée entrainera un séchage trop rapide du béton et une forte dessiccation donc des fissures. Si la température est trop basse, le béton risque alors de geler et de devenir beaucoup plus cassant, d’où l’apparition de fissures dans les bétons soumis à des cycles gel/dégel. Si vous habitez en zone où les sels de déverglaçage sont courants et où il gèle beaucoup, pensez à utiliser des adjuvants entraineur d’air qui empêcheront une fissuration due au gel/dégel. Et surtout, surtout ne rajoutez pas d’eau à vos formulations où vous serez surs que les fissures apparaitront sous peu !
• La vibration : si votre béton est trop vibré, le phénomène de ressuage se trouve accentué et ainsi la fissuration plus importante. S’il l’est trop peu alors de nombreuses bulles d’air sont présentes facilitant ainsi la fissuration interne ou externe.
Une vibration adaptée, attention il ne faut pas la laisser tremper des heures dans votre coffrage, une quinzaine de seconde sur toute la hauteur et tous les 30 cm sont bien suffisants.
• La carbonatation : le béton sain a classiquement un pH basique de 13, mais lorsqu’il réagit avec le CO2 ce pH baisse au fur et à mesure jusqu’à 9 et lorsque la zone carbonatée atteint les armatures celles-ci se corrodent et prennent donc en volume, provoquant ainsi un éclatement local du béton créant de grosses fissures et mettant à nu les armatures. Ce phénomène peut être limité en recouvrant votre béton d’un enduit ce qui réduira sa zone de contact avec le CO2.
• Les efforts de traction : Comme évoqué plus haut le béton ne supporte pas la traction, le moindre effort de ce type mènera donc à la formation de fissures. Ces fissures sont observables au milieu des poutres sur la partie inférieure et sont verticales.
Etape indispensable quand on coule des dalles, l’isolation garantit la durée de vie de votre ouvrage et assure la salubrité de votre intérieur. L’isolation doit être intelligente, c’est un jeu avec l’eau. Il faut prévoir une solution pour son écoulement sinon elle remontera là où vous ne l’attendiez pas.
Méthodes de diagnostic
La première chose à savoir est que les fissures ne sont que très rarement préjudiciables à la tenue d’un ouvrage. La contrainte à la traction ayant été négligée lors du calcul, le béton fissuré n’a donc pas été compté lors du dimensionnement et les fissures ont donc été très largement prises en compte à cette étape.
Les problèmes que peuvent posés les fissures se situent plus au niveau de la corrosion des armatures. Les fissures sont les chemins idéaux pour les chlorures et autres agents agressifs pour aller attaquer les aciers, provoquer un gonflement et donc un éclatement de l’enrobage du béton qui est très peu esthétique et qui peut réduire considérablement la capacité de l’ouvrage.
Une fissure est à considérer comme anormale dès qu’elle dépasse 0,3 mm de largeur, elle témoigne alors d’un mauvais état de santé du béton qu’il faudra soigner tout en envisageant un suivi de l’évolution de la fissure.
Pour comprendre l’influence des fissures dans l’ouvrage et en effectuer le diagnostic,
Il existe deux grandes techniques :
- Le scléromètre : la hauteur de rebond d’une bille sur la surface du béton est mesurée, cette hauteur est proportionnelle à la résistance de surface de votre béton et vous pourrez ainsi estimer si l’élément est en bon ou mauvais état. Attention à bien préparer la surface étudiée et à prendre de nombreuses mesures à moyenner.
- Les méthodes destructives, consistant au prélèvement de carottes de béton dans l’ouvrage à étudier qui sont acheminées en laboratoire pour subir une batterie de tests.
Les traitements
Les fissures étant inévitables elles sont donc traitées a posteriori par diverses méthodes de cures ayant pour but de rétablir une liaison et une étanchéité pour éviter la corrosion des armatures par la suite :
- L’injection : Une « colle » (classiquement du coulis de ciment) est injectée dans la fissure et vient la boucher. Une liaison est ainsi créée et l’étanchéité est conservée,
- Le calfeutrement : La fissure est colmatée par des matières non solides offrant ainsi une étanchéité tout en laissant la fissure libre d’évoluer,
- Le pontage : Pose d’éléments au-dessus des fissures pour les protéger du ruissellement ou de l’infiltration d’eau,
- La protection superficielle : Recouvrement superficiel des fissures par du mortier, attention, car les fissures réapparaissent très rapidement avec cette technique,
- Le traitement général : Pose de plusieurs revêtements étanches, imperméabilisants et esthétiques pour cacher les fissures.
La cure des pathologies menant à ces phénomènes de fissuration.
Certaines méthodes préventives existent tout de même et permettent de réduire l’apparition des fissures dans le temps, parmi celles-ci on trouve :
- L’installation de joint de dilatation permettant au béton de se dilater dans le temps sans fissurer. Ces joints doivent recouper les dalles béton en surfaces ne dépassant pas les 30/35 m².
- Le bon dimensionnement d’armatures de « couture » permet de minimiser la fissuration dans la vie l’ouvrage.
- L’utilisation des nouveaux bétons auto-réparant contenant des bactéries qui reboucheront les fissures en formant du plâtre dans celles-ci.
- Rappelez-vous donc que peu importe ce que vous ferez, votre béton présentera des fissures à long terme. Mais il ne faut pas s’inquiéter, ça ne signifie pas que votre maison va vous tomber sur la tête pour autant.
- Il faudra juste faire attention à l’évolution de ces fissures dans le temps et si elles vous inquiètent alors faites appel à des experts du diagnostic des structures du cabinet J.D.T.G qui vous diront vers qui vous tourner pour remédier aux problèmes, s’il y en a.
La corrosion des armatures
La corrosion des armatures danger majeur pour la durabilité des ouvrages en béton armé
La corrosion des armatures est un paramètre fondamental de la durabilité des bétons dans les ouvrages, nous passons donc ici rapidement en revue ses causes, ses mécanismes et les solutions qu’il est possible d’y apporter.
L’objet de ce thème n’est pas d’être exhaustif sur cette question.
Pourquoi des armatures dans le béton ?
S’il résiste très bien à la compression, le béton résiste mal à la traction. C’est pour lui faire acquérir cette résistance spécifique que l’on a eu l’idée de l’armer de barres d’acier. Le béton armé conjugue ainsi la résistance à la compression du béton et la résistance à la traction de l’acier. Extrêmement répandu, le béton armé a pourtant un talon d’Achille, c’est la corrosion de ses armatures. On estime en effet à 70% les pathologies du béton liées à cette problématique.
La durabilité des ouvrages en béton passe donc par la maîtrise de la corrosion,
Béton et corrosion
En raison de son pH élevé, le béton, quand il est sain, est un milieu naturellement protecteur pour les armatures. Il se forme autour de celles-ci un film passif (solution solide Fe3-Fe2O3) qui empêche quasiment le développement de la corrosion.
Dans certaines conditions (carbonatation du béton d’enrobage, teneur importante en chlorures), cet équilibre peut être rompu. Consécutif à une dépassivation de l’acier, un phénomène de corrosion peut s’amorcer.
La destruction du film passif et la dégradation du métal mettent en jeu un mécanisme de piles électrochimiques avec zones anodiques, zones cathodiques et milieu électrolytique constitué par la solution interstitielle du béton elle-même.
Au niveau de l’anode, le métal est dissous avec production d’électrons qui sont consommés au niveau de la cathode, par réduction de l’oxygène. Cette réaction entraîne la libération d’ions hydroxyle OH–.
Ces derniers réagissent ensuite avec les ions ferreux produits au niveau de l’anode pour former, en présence d’oxygène, des oxydes et hydroxydes de fers gonflants.
La corrosion ne se développe qu’en présence d’oxygène. C’est une des raisons pour laquelle la cinétique de corrosion dans les structures en béton immergées est faible.
Mécanismes de la corrosion
La corrosion des armatures peut être initiée par la carbonatation du béton d’enrobage au contact du CO2 atmosphérique ou par la pénétration des ions chlorures du milieu environnant.
Dans le cas de la carbonatation et quand son front atteint les armatures, le métal est dépassivé par la diminution du pH aux environs de 9, diminution due à la réaction entre les hydrates de la pâte de ciment et le CO2 atmosphérique.
Dans le cas des chlorures, la dépassivation est initiée lorsqu’une teneur critique en chlorures arrive au niveau des armatures. Le seuil critique est généralement admis pour un rapport de concentration Cl– / OH– compris entre 0,6 et 1 soit une teneur en chlorures de 0,4% par rapport à la masse du ciment.
Le produit de corrosion expansif induit une fissuration puis un éclatement du béton d’enrobage. Cette nouvelle dégradation accélère alors le processus jusqu’à la ruine complète de l’ouvrage.
Les solutions anticorrosion
Diverses solutions permettent de retarder ou même d’empêcher la corrosion des armatures du béton.
- Attention à la qualité du béton lui-même : augmentation réfléchie des enrobages et amélioration de la compacité du béton pour limiter les échanges avec le milieu extérieur
- Protection des armatures : anodes de zinc, protection cathodique, inhibiteurs de corrosion, revêtements époxydiques, barres d’acier galvanisé.
- Entretien et réparation réguliers de l’ouvrage pour réduire ou éviter les fissurations.
- Usage d’armatures qui résistent à la corrosion, comme l’inox.
Protection des armatures
L’enrobage de toute armature (C ou Ct) doit être au moins égal à :
- 4 cm pour les ouvrages à la mer ou exposé aux brouillards salins ou exposé à une atmosphère très agressive ou ayant trait à un problème d’étanchéité (cas de fissuration très préjudiciable ou très nuisible)
- 3 cm pour les parements non coffrés exposés aux intempéries agressives (ex : face supérieure des hourdis des ponts)
- 2 cm pour les parements exposés aux intempéries normales ou aux condensations ou encore situés au contact des liquides (cas de fissuration préjudiciables ou nuisibles)
- 1 cm pour les ouvrages situés dans les locaux couverts ou clos (à l’intérieur) non exposé aux condensations cas de fissuration peu ou non préjudiciable.
Tableau des risques de fissurations en fonction du type de retrait
Retrait de tassement
Le tassement du béton frais (tassement plastique) est provoqué par la sédimentation des particules solides et la remontée simultanée de l’eau à la surface sous l’effet des différences de masse volumique (ségrégation). Il se produit avant la prise du béton, c.-à-d. juste après la mise en place et le compactage.
Dans des cas défavorables, le tassement peut atteindre 1 % de l’épaisseur de l’élément de construction. Puisque le béton au jeune âge ne possède qu’une faible rigidité, il peut se fissurer au niveau des différences d’épaisseur ou de géométrie de la structure ou au-dessus des barres d’armature, surtout si l’épaisseur d’enrobage est faible.
Retrait plastique
Le retrait plastique, dénommé parfois aussi retrait précoce ou retrait capillaire (parce qu’il se produit avant la fin de la prise du ciment), est dû à une déperdition rapide de l’eau, aussitôt après la mise en place du béton.
Cette perte d’eau est imputable à une évaporation excessive ou à une forte absorption par les coffrages et le fond. Il en résulte un retrait notable (le retrait plastique peut aller jusque 4mm/m dans des conditions sévères) dans les couches où la perte est importante, alors que le reste du béton est peu affecté.
Des tensions internes se développent alors entre les couches soumises à ces retraits différents.
Si ces tensions dépassent la résistance du béton à la traction (faible au début, par définition), elles produisent des fissures de quelques centimètres de profondeur et en générales non traversantes, qui peuvent mesurer 1 mm d’ouverture, voire davantage.
Les éléments horizontaux (radiers, planchers, dallages, dalles de compression, …) sont les plus menacés par le retrait plastique.
Le risque inhérent au retrait plastique est d’autant plus grand que le béton présente des performances élevées grâce au choix d’un rapport E/C faible. Plus la quantité d’eau est faible, plus le béton est sensible à une dessiccation précoce.
Outre l’altération esthétique du béton qu’elles constituent, ces fissures peuvent aussi être à l’origine d’une désagrégation du béton, en cas d’infiltration d’eau suivie de gel par exemple.
De plus, la déperdition d’eau peut empêcher une bonne hydratation du ciment. La surface du béton présentera alors une perte de résistance et une porosité élevée. Dans un environnement défavorable, ce béton aura un comportement insatisfaisant : infiltrations d’eau, descellement des gros granulats, aspect farineux et éclats en surface.
Ces fissures peuvent être refermées en surface lors du lissage du béton. Si esthétiquement le résultat est satisfaisant, elles subsistent cependant à l’intérieur du béton et sont des amorces pour une fissuration ultérieure du béton en surface
Fissures de retrait plastique, dues à l’absence ou à la mise en œuvre trop tardive de cure.
Retrait de dessiccation
Le retrait de dessiccation ou retrait hydrique est dû à la diminution de volume du béton que l’on observe au fur et à mesure de son séchage dans le temps. Plus la quantité d’eau non liée s’évapore, plus le retrait du béton est élevé. Ce processus de séchage et le retrait qui en résulte sont d’autant plus importants que l’humidité du milieu environnant est faible.
Le retrait de dessiccation est d’autant plus élevé et rapide que l’excès d’eau non liée est important, car la porosité et la perméabilité du béton augmentent, ce qui accélère encore le phénomène de séchage. La valeur finale du retrait de dessiccation se situe généralement entre 0,3 et 0,8 mm/m. La maitrise du retrait de dessiccation passe donc principalement par une réduction de la quantité d’eau dans le béton. Une granulométrie bien serrée du squelette du béton favorise également la diminution du retrait de dessiccation.
Retrait endogène
En l’absence de tout contact avec l’extérieur et donc de perte d’eau vers l’extérieur, le béton est soumis au retrait endogène, qui a une double origine.
Le retrait chimique est une contraction volumique (appelée contraction Le chatelier) au cours de l’hydratation du ciment, le volume des hydrates formés étant en effet plus petit que la somme des volumes initiaux occupés par l’eau et le ciment anhydre. Cette réduction de volume est de l’ordre de 8 à 12%, et est notamment à l’origine de la structure poreuse du béton.
L’hydratation progressive lie chimiquement l’eau libre. Lorsqu’il n’y a plus d’eau libre dans les pores capillaires, l’eau présente dans les pores de gel est consommée. Les pores se vident et l’humidité relative interne baisse. Cette « dessiccation interne », induite par l’hydratation, est appelée auto-dessiccation.
Le retrait endogène dépend du rapport E/C. Plus le rapport E/C du béton est faible, plus la part du retrait endogène sera élevée. Pour des bétons usuels, dont le E/C est ≥ 0,45, il est pratiquement négligeable, de l’ordre de 0,1 mm/m. Pour les BHP, et plus encore pour le BUHP, il peut atteindre des valeurs allant jusqu’à 1 mm/m.
Retrait thermique
La chaleur dégagée par l’hydratation du ciment est à l’origine de gradients de température. Ces gradients peuvent encore être accentués par l’hydratation accélérée à température plus élevée.
Après la nette élévation de température qui accompagne la prise, le béton au jeune âge se refroidit au contact de son environnement et, de même que la plupart des matériaux, il diminue de volume quand sa température s’abaisse. Comme le béton refroidit naturellement plus vite en surface qu’en profondeur, des tensions internes peuvent naître entre la zone interne qui se contracte moins et la zone externe qui se contracte plus. Ces tensions peuvent provoquer des fissures superficielles.
D’autre part, comme pour le retrait hydrique, si le béton n’est pas libre de se raccourcir, le retrait dû au lent refroidissement général peut souvent occasionner une fissuration profonde plus ou moins importante, parfois traversante.
