Fissuration en béton avec référence particulière au béton à haute performance

2.3. DIFFÉRENTS TYPES DE FISSURATION

Puisque la fissuration peut compromettre la durabilité du béton en permettant aux agents agressifs d'y pénétrer, il est pertinent de passer brièvement en revue les différents types de fissuration.

On peut classer la fissuration du béton en deux catégories [32] :

?1^ère catégorie : les fissures causées par les charges externes appliquées à la structure (action (b) et (c)).

Exemple : fissures dues à la flexion, fissures inclinées dues à l'effort tranchant.

?2^ème catégorie : les fissures causées par le retrait et celles causées par les effets thermiques.

2.3.1. FISSURES INDUITES PAR LES CHARGES EXTERNES

La fissuration peut être provoquée par l'application d'une charge excessive compte tenu de la résistance du béton, mais, dans ce cas la fissuration est la conséquence soit d'une erreur de conception, soit d'une réalisation non conforme aux spécifications du projet. Il est important de se rappeler que, dans les conditions normales d'utilisation du béton armé, les armatures ainsi que le béton d'enrobage subissent des efforts de traction. La fissuration de surface est par conséquent, inévitable, mais, avec une conception structurale et des détails de construction adéquats, les fissures demeurent très fines et sont à peine perceptible. Les fissures causées par les contraintes présentent une ouverture maximale à la surface du béton et une ouverture effilée presque nulle prés des armatures, mais la différence de largeur peut diminuer avec le temps. La largeur des fissures en surface augmente avec l'épaisseur de l'enrobage de béton.

Nous noterons que, sur le plant des efforts, il est plus facile d'ouvrir une fissure existante que d'encrée une nouvelle. Ceci explique pourquoi, sous l'action d'une charge, chaque nouvelle fissure apparaît à une charge plus élevée que la fissure précédente. Le nombre total de fissure apparues est déterminé par la dimension de l'élément en béton et l'espacement entre fissure dépend de la dimension maximale des granulats utilisés. Puisque, pour des conditions physiques données, la largeur totale des fissures par unité de longueur de béton demeure constante et que l'on souhaite que les fissures soient aussi fine que possible,il est souhaitable d'avoir un nombre élevé de fissures. Pour cette raison, toute entrave à la fissuration devrait être uniformément répartie sur toute la longueur de l'élément de béton. La disposition des armatures permet de contrôler la fissuration de retrait, notamment en réduisant la largeur des fissures individuelles, mais non pas la largeur totale de l'ensemble des fissures.

Les charges externes conduisent à des fissures de flexion, des fissures de traction diagonales ou des fissures d'adhérence.

Quand la contrainte de traction dans le béton atteint sa résistance à la traction, des micro- fissures ou fissures d'interface se forment à l'intérieure de l'élément. Ce sont des fissures courtes très fines, réparties entre la pâte de ciment et le long des granulats.

Plusieurs études ont montré qu'il existe, même avant l'application de toute charge, de très petites fissures à l'interface pâte de ciment-granulat Ces fissures sont probablement attribuables aux différences inévitables entre les propriétés mécaniques existant entre les gros granulats et la pâte de ciment hydraté, couplées au retrait ou aux déformations d'origine thermique. La microfissuration a été observée, non seulement pour les bétons de résistance normale, mais également des bétons mûris à l'eau ayant un rapport eau / ciment aussi faible que 0.25, et ce, avant tout chargement. Les fissures présentes dans le béton avant le chargement sont en grande partie responsables de la faible résistance à la traction du béton.

Il n'existe pas, à l'heure actuelle, de définition universelle au sujet de l'ouverture des microfissures, mais une limite supérieure de 0,1mm a été suggérée, ce qui correspond en fait à la dimension minimale pouvant être détectée à l'oeil nu.

Avec l'augmentation de la charge, ces microfissures demeurent stable jusqu'à environ 30 % de la charge maximale, après quoi elles commencent à s'allonger, à s'élargir et à se multiplier. La contrainte totale sous laquelle ces microfissures se développent est sensible au rapport

eau/ciment de la pâte. Ceci correspond au stade de la propagation des fissures.

Avec l'augmentation de la charge, entre 70 et 90 % de la résistance maximale, les fissures s'ouvrent à travers le mortier (pâte de ciment et granulat fin) et s'interconnectent de manière à former un réseau continu de fissurations. Ceci correspond au stade de la propagation rapide de la fissuration, le niveau de contrainte à partir duquel la fissuration se propage rapidement est plus élevé pour les béton à haute résistance que pour les bétons usuels.Cependant, les bétons à haute résistance présentent une longueur cumulative de microfissures plus petite que les bétons de résistance normale du fait que les Bétons à Haute Performance sont moins déformables que les Bétons Ordinaires. Les microfissures peuvent s'orienter dans n'importe quelle direction, être disposées en forme de réseau ou avoir une orientation précise (fig.2.1).

Il ressort de ce qui précède que la microfissuration est une particularité du béton. Rapidement, ces microfissures se développent en macro fissures qui se propagent vers l'extérieur et peuvent être classifiées de manière simplifiée en fissures d'effort tranchant et fissures de flexion.

Figure 2.1 : Réseau de fissures de surface [54].

Après développement complet de la première fissure dans un élément en béton armé, la contrainte dans le béton de la zone fissurée est réduite à zéro et est redistribuée aux aciers.

La formation de la fissure repousse l'axe neutre vers le haut, réduisant ainsi la zone de compression (figure 2.2).

Figure 2.2 : Réduction de la zone de compression et redistribution

des contraintes de bétons aux aciers [32]