Introduction

« Dur comme du béton ! », cette expression, qui fait désormais partie du langage courant, met en évidence son extrême résistance ! Le saviez-vous ? Le béton peut devenir aussi cassant que du sucre si certains facteurs sont réunis. Contrairement aux matériaux comme le bois, dont les faiblesses face à l’eau et au feu sont bien connues, les vulnérabilités du béton restent moins évidentes. Zoom sur les vulnérabilités particulières du béton.

Le béton, aussi résistant soit-il, peut devenir vulnérable s’il est exposé à de fortes sollicitations, à des chocs ou à des séismes. L’armature en acier d’un béton armé représente également à la fois sa force et sa faiblesse, car malgré la résistance additionnelle qu’elle lui procure, elle peut également le détruire ! C’est le cas notamment d’un béton armé qui a subi une infiltration d’eau douce ou d’eau de mer. À terme, la corrosion fragilisera la structure porteuse ! De même, un béton situé proche d’une route est plus facilement sujet à des impacts accidentels de projectiles qui peuvent réduire la couche d’enrobage, et donc causer d’importants dommages par la suite.

Pour permettre au béton d’obtenir une bonne durabilité, celui-ci doit faire l’objet de nombreux contrôles sur site et d’une surveillance permanente dès les premiers signes (visibles ou non) de dégradations. Les avancées technologiques et les essais menés en laboratoire permettent aujourd’hui de conférer sans cesse de meilleures propriétés au béton. Pour ce qui est des ouvrages déjà bâtis, le mot d’ordre est l’anticipation !

Pour garantir une durabilité optimale, le béton nécessite des contrôles réguliers sur site et une surveillance dès les premiers signes de dégradation, qu’ils soient visibles ou non. Les avancées technologiques et les essais en laboratoire améliorent continuellement les propriétés du béton. Matériauthèque.fr examine les vulnérabilités spécifiques de ce matériau, largement utilisé en construction pour sa capacité à supporter des charges lourdes. Plusieurs facteurs déterminent sa résistance, notamment l’eau, les variations de température, les cycles de gel et dégel, ainsi que l’exposition à des produits.

Dans cet article, Matériauthèque.fr vous propose de découvrir quelques vulnérabilités particulières

L’Effet de l’Eau sur la Durabilité du Béton

Bien que le béton contienne de l’eau dans sa composition initiale, il peut se détériorer par une exposition prolongée à l’humidité. L’eau, en pénétrant dans les pores du béton, peut entraîner :

• La corrosion des armatures en acier : Lorsque l’eau s’infiltre jusqu’à l’acier à l’intérieur du béton, elle peut déclencher un processus de corrosion. Cette réaction produit des oxydes de fer qui, en prenant du volume, exercent une pression sur le béton, provoquant des fissures et des éclats.
• La lixiviation des constituants : En lessivant certains composants minéraux, l’eau affaiblit la structure du béton. Ce phénomène, observable à travers des efflorescences blanches, fragilise progressivement la résistance du matériau.
• La pénétration de contaminants : L’eau peut introduire des agents agressifs, tels que les chlorures (présents dans les zones côtières ou dans les sels de déneigement). Les chlorures accélèrent la corrosion des armatures et affaiblissent les structures en béton.

Pour plus d’informations, n’hésitez pas à consulter l’article sur la régulation de l’humidité des bétons.

Le Gel et le Dégel : Un Ennemi Caché

Les régions soumises à des cycles de gel et dégel imposent un défi particulier au béton. Lorsque l’eau présente dans les pores du béton gelé, elle prend du volume et crée des pressions internes qui endommagent le matériau. Ce processus, répété de manière cyclique, provoque :

• Des fissures et des éclatements : Le béton, sous pression, commence à se fissurer. Ces microfissures permettent à davantage d’eau de pénétrer, aggravant le problème à chaque cycle.
• La dégradation de la surface : Les couches superficielles du béton se détachent peu à peu, notamment l’épaisseur protectrice des structures et exposant l’armature à l’eau.

Les Attaques Chimiques : Un Risque Invisible

Certaines substances chimiques, présentes dans l’environnement ou introduites dans des environnements industriels, peuvent réagir avec les composants du béton. Parmi les attaques chimiques les plus courantes :

• La réaction sulfatique : Les sulfates présents dans le sol ou l’eau attaquent le béton, provoquant un gonflement qui se traduit par des fissures internes. Ce phénomène diminue progressivement la solidité du matériau.
• La carbonatation : En contact avec le dioxyde de carbone (CO₂), le béton subit un processus de carbonatation. Ce phénomène abaisse le pH du béton, ce qui réduit sa capacité à protéger les armatures de la corrosion.
• Les acides : Contrairement aux bases, le béton ne résiste pas bien aux milieux acides. Les acides attaquent directement les liants du béton, affaiblissant et désintégrant lentement le matériau.

L’Usure Mécanique : Le Risque d’Érosion

Les structures exposées à des charges mécaniques répétées ou à de l’abrasion, comme les routes, les ponts ou les sols industriels, subissent une érosion constante. Cette usure se manifeste par :

• L’abrasion et la réduction de l’épaisseur : Le trafic constant use les couches de surface, notamment l’épaisseur et, par conséquent, la capacité de charge du béton.
• Les impacts répétés : Des charges dynamiques, telles que celles exercées par les véhicules lourds ou les machines industrielles, provoquent des microfissures qui se propagent et possèdent la durabilité.

La Faible Résistance à la Tension : Une Limite Structurelle

Le béton est solide en compression mais faible en tension. C’est pourquoi il est souvent associé à de l’acier pour créer du béton armé. Cependant, lorsqu’il est exposé aux forces de traction, le béton seul peut facilement se fissurer ou se casser. Cette vulnérabilité se manifeste notamment dans les applications où des contraintes de flexion ou de torsion sont présentes.

Vulnérabilité des ouvrages en béton sous impact

Les bétons proches des zones de circulation routière, des passages fréquents ou des risques de chutes de blocs rocheux subissent des dommages réguliers. La gravité de ces dommages dépend de l’impact exercé sur la structure du matériau.

Ainsi, 7 phénomènes sont observables (selon Kennedy, 1976).

1. La pénétration : le projectile s’introduit dans le béton, à une distance plus ou moins proche de l’impact selon la vitesse du choc et selon ses propriétés (classe de résistance, rapport eau/ciment, type de béton, etc.) ;
2. La rupture en cône : l’impact crée une cassure en surface en forme de cône dont la profondeur varie également selon la vitesse du projectile et le type de béton.
3. La cratérisation : le choc provoque l’éjection de fragments de béton en surface sur la face avant.
4. La fissuration radiale : l’impact fragilise le béton en générant des fissures tout autour de l’empreinte de choc et à l’arrière de l’ouvrage en béton.
5. L’écaillage : ce phénomène est assez comparable à celui de la cratérisation, sauf que l’éjection des morceaux de béton se produit sur la face arrière.
6. La perforation : dans ce cas, le projectile traverse totalement l’élément en béton impacté.
7. La réponse structurelle globale : le choc altère sensiblement la résistance du béton en traction (contrainte de membrane), en flexion et en cisaillement, avec des déformations visibles.

Il est à noter que ces effets peuvent se combiner et mener jusqu’à la destruction de l’élément en béton. Cela peut notamment se produire en cas de perforation totale du béton qui aurait été occasionnée par une fissuration interne sous l’effet de l’écrasement d’un projectile et d’un écaillage, par exemple.

Comment rendre un ouvrage en béton moins vulnérable ?

Grâce à une préalable et complète évaluation du bâtiment, les forces et faiblesses de l’ouvrage à bâtir sont connues d’avance. Lorsque l’on consolide un bâtiment existant, la démarche devient délicate. Il faut d’abord identifier tous les « points critiques ». Cela permet d’évaluer la faisabilité des renforcements possibles.

• Utiliser des additifs : Les adjuvants hydrofuges et les agents imperméabilisants diminuent l’absorption d’eau. Ils renforcent également la résistance aux cycles de gel et de dégel.
• Choisir des matériaux de haute qualité : Les bétons de haute performance (BHP) et les bétons renforcés de fibres supportant des conditions extrêmes. Ils réduisent aussi les fissurations.
• Appliquer des revêtements protecteurs : Les traitements de surface et les peintures spéciales créent une barrière contre l’eau et les agents chimiques. Cela augmente la durabilité du béton.
• Améliorer la régularité du bâtiment : Cette méthode cible les contreventements. S’ils sont mal répartis, ils créent des points faibles, surtout dans les bâtiments vitrés. Cependant, cette solution nécessite des travaux lourds et modifie l’esthétique.
• Diminuer la masse du bâtiment : Cela implique des travaux significatifs. On peut réduire le poids en supprimant des cloisons lourdes ou en modifiant la toiture.
• Prévoir une isolation parasismique : La structure porteuse repose sur des amortisseurs parasismiques. Ces dispositifs absorbent les mouvements du sol lors des séismes. Plusieurs types existent : élastomères, systèmes de glissement, hydrauliques, hystériques (matériaux ductiles) ou à frottement (mécaniques).
• De renforcer les planchers par coulage d’une dalle
• D’effectuer un chaînage horizontal et vertical
• De réaliser un chemisage en béton armé des poutres, des voiles et des murs
• D’ajouter ou de créer des linteaux et des montants
• De consolider les fondations et de renforcer les portiques
• De solidariser la structure porteuse par ajout de précontrainte extérieure, etc.

Renforcer un ouvrage en béton contre les impacts : Deux solutions utilisées améliorent sa résistance.

1. La projection de béton en faible épaisseur. Cette technique permet d’effectuer une réparation rapide, mais efficace. Pour un renforcement plus fort de la structure, il est possible d’ajouter des fibres.
2. Pose de Tissus de Fibres de Carbone (TFC) ou de plats carbones collés à l’aide de résine époxydique. Ces matériaux confèrent une grande résistance et une grande ductilité à la structure.

Il est important de protéger le béton des infiltrations d’eau et de l’humidité. Pour cela, il faut reprendre les parties de béton dégradées. Il est également essentiel de traiter les fissures, notamment par injection.

Conclusion : Comprendre et Renforcer la Résistance du Béton

Le béton, malgré ses vulnérabilités, reste un matériau central pour la construction. Connaître ses faiblesses permet de mieux protéger les structures en béton et de les rendre plus résistantes aux conditions environnementales. Grâce aux progrès des matériaux et aux innovations technologiques, il est possible de renforcer la durabilité du béton et de garantir des infrastructures plus sûres et durables.