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Réhabilitation des ouvrages en béton armé dégradés par la corrosion des armatures

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par NDZANA AKONGO Grégoire & TCHOUMI Samuel
Université de Douala(Ecole Normale Supérieure de l'Enseignement Technique) ENSET - DIPET2(Diplôme des Professeurs des lycées d'Enseignement Technique 2ème grade) Génie Civil,Option:Bâtiment et Travaux 2007
  

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V.7 - MESURES PREVENTIVES-DEMARCHE A SUIVRE POUR REHABILITER UN OUVRAGE EN BETON ARME DONT LES ARMATURES SONT CORRODEES

V.7.1 - Mesures préventives

Très souvent, il n'y a intervention sur un ouvrage qu'à partir du moment où les désordres deviennent nettement visibles et que les morceaux de béton qui se détachent mettent en jeu la sécurité des usagers et des tiers. Les réparations à effectuer sont donc lourdes et coûteuses (élimination du béton pollué, reconstitution de l'enrobage des armatures,...). Pour remédier à une telle situation, des mesures préventives doivent être prises dans un premier temps lors de la mise en oeuvre de l'ouvrage puis dans un second temps durant la vie de l'ouvrage sous réserve d'effectuer périodiquement quelques campagnes de mesures. Une telle attitude a pour avantages :

- d'empêcher les agents agressifs de pénétrer dans le béton ;

- de détecter les désordres et les défauts que peut présenter le béton ;

- de permettre à l'ouvrage de remplir convenablement les fonctions pour lesquelles il a été conçu pendant longtemps ;

Plusieurs stratégies sont disponibles pour prévenir les ouvrages de la corrosion et une attention particulière doit leur être portées car comme dit un adage populaire, « prévenir vaut mieux que guérir ».

V.7.1.1 - Enrobage des armatures

L'enrobage assure la protection physique en jouant un rôle de barrière vis-à-vis de l'environnement. Sa qualité (compacité, teneur en ciment, etc.) et son épaisseur (3 cm en milieu non agressif et 5 cm en milieu marin) sont des facteurs essentiels à la bonne tenue des armatures face à la corrosion.

Le tableau ci-dessous donne les exigences sur le béton en fonction des classes d'exposition, d'après la norme ENV 1992.1.1 « Eurocode 2 »

Environnement

Classe d'exposition

Dosage minimal en ciment

(kg/m3)

Minimum du Eau/ciment (E/C)

Sec

1

280

0,65

Humide

Avec gel

2a

280

0,60

Sans gel

2b

280

0,55

Humide et gel avec emploi de sel anti-verglas

3

300

0,50

Marin

Avec gel

4a

300

0,55

Sans gel

4b

300

0,50

Chimique

Légèrement agressif

5a

280

0,55

Moyennement agressif

5b

300

O, 50

Fortement agressif

5c

300

0,45

Tableau n°5 : Exigences sur le béton en fonction des classes d'exposition, d'après la norme ENV 1992.1.1 «  Eurocode 2 »

V.7.1.2 - Prévision de la carbonatation

La carbonatation correspond à une valeur particulière de la teneur en dioxyde de carbone dans le béton. Cette pénétration de la carbonatation correspond à une diffusion de dioxyde de carbone.

Pour déterminer la diffusivité D de la carbonatation, la profondeur Xc est mesurée à divers âges t. Dans une première approximation, ces grandeurs sont reliées par la loi de FICK qui donne :

Xc = k (11 )

Cette approximation n'est pas rigoureuse car la loi de FICK ne convient pas en présence de réaction chimique (ici, de carbonatation). Toutefois dans la pratique, c'est cette loi qui est utilisée, surtout pour un béton qui est assez âgé.

Ainsi, pour prévoir l'évolution de la profondeur de carbonatation, il faut déterminer D à une date donnée car la carbonatation est un phénomène progressif qui, avec le temps, atteint des couches de en plus importantes.

La progression de la carbonatation peut être également ralenti en :

- augmentation le dosage en ciment ;

- diminuant le rapport eau/ciment (E/C) ;

- en augmentant le temps de cure (traitement du béton au jeune age pour éviter par exemple la dessiccation.)

V.7.1.3 - Prévision de la pénétration des chlorures

La pénétration des chlorures est un processus de diffusion, lorsque le béton est saturé d'eau et que le ciment ne réagit pas trop avec ces sels. Les armatures sont dans un béton pratiquement saturé d'eau, lorsque leur enrobage est assez épais et se dessèche peu (cas des structures en sites maritimes ou montagneux)

Ainsi, la prévision de la pénétration des chlorures dans le béton utilise les lois de la diffusion (de FICK) qui nécessite la connaissance de la diffusivité D ou coefficient de diffusion.

L'équation de FICK :

(12) permet de déterminer D.

Dans l'équation ( ), C est la teneur en chlorure à une profondeur x et à l'instant t.

Ce coefficient de diffusion D des chlorures dans le béton varie, en toute rigueur au fur et à mesure que ce matériau vieillit. Mais du point de vue, cette grandeur peut être considérée comme constante, surtout lorsque le béton est âgé de plus de six mois.

V.7.1.4 - Revêtements organiques

Parmi les revêtements organiques, le revêtement époxydique (ou époxy) convient le mieux pour protéger les armatures. Ce processus donne un film épais de 150 à 300 mm.

Une autre méthode consiste à immerger dans un lit fluidisé de poudre de résine époxydique, des cages d'armatures, qui peuvent être placées dans le coffrage pour béton immédiatement après leur traitement. Elle permet aussi des revêtements plus épais.

Un revêtement époxydique diminue l'adhérence entre l'armature et le béton, surtout pour les barres de gros diamètres, ou lisses.

Par ailleurs, les spécifications d'utilisation des armatures revêtues d'époxy recommandent de limiter le nombre et la taille des défauts sur le revêtement et de les réparer.

Il est rappelé qu'un revêtement organique est un isolant électrique qui rend difficile, voire impossible, l'application de techniques électrochimiques de diagnostic (mesure de potentiel d'électrode, de vitesse de corrosion) ou de traitement contre la corrosion (protection cathodique, ré-alcalinisation, déchloruration).

V.7.1.5 - Le revêtement par galvanisation

Le revêtement par galvanisation est obtenu en trempant l'acier préalablement nettoyé et décapé, dans un bain de zinc à une température voisine de 450°. A l'immersion de l'acier dans le zinc fondu, il se produit une réaction entre les deux métaux (diffusion entre fer et zinc) qui entraîne de couches d'alliages.

Un revêtement de galvanisation augmente la durabilité des armatures dans un béton qui subit une carbonatation. Par ailleurs, la mise en place des armatures galvanisées est moins critique que celle des aciers nus lorsque l'épaisseur d'enrobage ne peut pas satisfaire les exigences réglementaires.

La teneur en chlorures qui amorce la corrosion des armatures est plus élevée dans le cas des aciers galvanisés que dans celui des aciers nus, mais cet effet protecteur cesse si le taux de chlorures est trop élevé.

La surface des armatures galvanisées est différente de celle des aciers ordinaires. Ainsi, le diagnostic de leur état de conservation ne peut pas se faire par des mesures de potentiel d'électrode. Par ailleurs, il n'est pas conseillé d'appliquer des traitements électrochimiques de déchloruration ou de ré-alcalinisation du béton qui pourraient dégrader le revêtement de galvanisation.

V.7.1.6 - L'utilisation des armatures en acier inoxydable

L'acier inoxydable peut être utilisé soit comme un revêtement d'armatures en acier non allié, soit comme matériau constitutif de l'armature.

En ce qui concerne la corrosion, un acier inoxydable risque de se corroder par piqûre en présence de chlorures, surtout si la nuance a été mal choisie. Les nuances les plus couramment utilisées sont alliées au chrome et au nickel : Z 6CN18-09 à 18% de Ni (d'après AISI 304), et Z2CND17-13 à 17% de cr et 13% de Ni (selon AISI 3/6L). Ces aciers particuliers tolèrent une concentration en cl- au moins 10 fois plus grande que celle pouvant amorcer la corrosion de l'acier ordinaire.

On pourrait utiliser l'acier inoxydable seulement aux endroits qui présentent un risque élevé de corrosion et l'acier ordinaire dans les zones à faible risque. On éliminerait ainsi la nécessité de recourir à d'autres stratégies préventives.

L'acier inoxydable est plus coûteux que l'acier ordinaire mais il peut durer 3 à 4 fois plus longtemps que ce dernier.

V.7.2 - Démarche à suivre pour réhabiliter un ouvrage en béton armé dont les armatures sont corrodées

Il convient de suivre la démarche développée ci-après lorsqu'un ouvrage en béton armé est dégradé par corrosion.

La méthodologie à appliquer pour déterminer la ou les techniques de réhabilitation comprend les quatre étapes suivantes.

Le diagnostic : il a pour but de déterminer la nature des désordres, l'origine de celle-ci et son étendue. Il permet de savoir si la corrosion est localisée ou généralisée ce qui a une très grande importance dans le choix des techniques de réparation.

Les exigences et les contraintes : le maître de l'ouvrage doit préciser dans «  son programme » ses exigences (s'agissant d'une réhabilitation, l'ouvrage doit être livré dans son état originel, en tenant compte de son état de conservation (force portante, etc.) Le maître d'oeuvre devra respecter le programme à la lettre sauf impossibilité technique avérée.

Il doit aussi recenser ou faire recenser les contraintes imposées durant les travaux (maintien en service partiel ou total de l'ouvrage etc.), d'environnement (pollution, bruit, hygiène, sécurité etc. et techniques pour la mise en oeuvre de la méthode de réhabilitation( condition de température et d'hygrométrie à respecter, prise en compte des chocs et vibrations dus au trafic, aux engins de démolition et incidence sur la tenue des produits de réparation en cours d'application, détermination des matériels nécessaires pour accéder à l'ouvrage et pour effectuer les travaux etc...)

L'étude technico-économique : cette étude comparative concerne le choix des actions à entreprendre (fermeture définitive, réparation, remplacement, maintien en état,...) avec leur incidence économique. La décision finale incombant au maître de l'ouvrage. Si cette étude aboutit à la décision d'une étude réhabilitation, elle doit alors permettre de choisir la ou les techniques les mieux adaptées.

La mise au point du marché de réparation : le maître d'oeuvre doit préciser les hypothèses sur l'état de l'ouvrage si cela est nécessaire (contractualisation partielle ou totale des résultats des études effectuées pendant les phases précédentes, visite contradictoire de l'ouvrage avec chacun des candidats de la consultation, état des lieux avec le candidat désigné...), les différentes contraintes imposées, les variantes et les propositions techniques autorisées.

En outre, le maître d'oeuvre doit indiquer quelles garanties ou responsabilités seront demandées à l'entrepreneur (par exemple, responsabilité civile en cours de travaux contre les dommages causés à l'ouvrage à réparer, à d'autres ouvrages, aux usagers et aux tiers, etc.) garanties particulières de durée fixée sur certains travaux de réparation (par exemple, revêtement de protection, inhibiteur de corrosion, etc.).

QUELQUES SOLUTIONS PRATIQUES POUR PROTEGER LES FONDATIONS CONTRE LA CORROSION

Figure n°13 : Principe du drain

Figure n°14 : Dégagement de la coupure de capillarité

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