Fiches Pathologie

STRUCTURES ET GROS OEUVRE

« Corrosion des armatures du béton armé en façades des bâtiments »

Le constatLes désordres affectant les structures en béton armé commencent à la surface du béton par de fines fissures et des légères traces de teinte ocre. Puis l'élargissement des fissures permet à la rouille (hydroxyde de fer) de suinter. Des aciers presque totalement corrodés apparaissent après soulèvement et détachement des éclats de béton.

Le diagnostic des désordres

Porosité

Caractère d'un corps dont la surface présente des pores et par extension, qui présente une structure interne discontinue, à interstices multiples excessive du béton.

Elle peut-être due à la composition du béton (mauvais rapport entre le sable et les gravillons par exemple, excès d'eau,…).

Des insuffisances de vibration du béton au sein du coffrage peuvent également conduire à une importante porosité.

Enfin, les conditions climatiques lors de la mise en œuvre du béton ont une incidence certaine sur la porosité. Une dessiccation rapide, par un temps sec et chaud, du béton jeune dont la surface n'a pas été protégée par un produit de cure approprié peut être à l'origine d'une porosité excessive du matériau.

Mauvaise disposition des armatures

L'enrobage (distance entre l'acier et le mur extérieur du béton) des armatures n'est pas respecté, par suite d'une erreur de lecture de plan de ferraillage ou par suite d'une insuffisance de cales assurant le maintien des barres à l'intérieur des coffrages.

La souplesse des cages d'armatures est alors défavorable sous la pression du béton et celles-ci peuvent se coller contre le coffrage.

Fissures structurelles

Ce type de fissures évoquées en fiche B01 (Les fissures structurelles des maçonneries pavillonnaires), sont des chemins préférentiels pour l'attaque des aciers par l'oxygène et l'entretien du processus électrochimique engendrant la formation des sels de fer (sels gonflants) en couches superposées sur le métal.

Les points sensibles

● L'enrobage : Il est défini par les Règles de l'Art : DTU 21 (P18-201) (Art. 5.2.2), Règles BAEL (Art. A.7.1)

● L'exposition de la structure : L'attaque de l'acier par l'oxygène est accéléré par la présence d'humidité. Les façades exposées à la pluie sont les plus vulnérables.

● La vibration du béton : CCTG - Fasc. 65A (art. 74.2), DTU 21 (Art. 5.3.3), DTU 23.1 (P 18-210) (Art. 3.6)

● La compacité du béton

Les conseils de prévention

● Respecter les valeurs d'enrobage définies par les Règles BAEL, DTU 21 et DTU 23.1.

● Veiller à multiplier les cales de maintien des barres.

● Assurer une vibration suffisante au sein des coffrages.

● Protéger les surfaces avec un produit de cure approprié pour éviter la dessiccation par temps sec et chaud.

Fiche mise à jour : février 2009

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Fiches Pathologie - Glossaire

STRUCTURES ET GROS OEUVRE

« Corrosion des armatures du béton armé en façades des bâtiments »

PorositéCaractère d'un corps dont la surface présente des pores et par extension, qui présente une structure interne discontinue, à interstices multiples.

CorrosionLa corrosion des armatures nécessite que soient réunies simultanément plusieurs conditions :

● Présence d'oxygène

● Présence d'humidité

● Impuretés dans l'acier

● Carbonatation du béton ou présence de chlorures dans le béton.

Le PH (Potentiel Hydrogène) du béton durci est voisin de 12 ou 13. L'acier est " passivé " : il bénéficie d'une couche protectrice contre la rouille.

Le C02 réagit chimiquement sur la chaux libre résiduelle du ciment en formant du carbonate de calcium. Le PH tombe à 9. Il s'agit du phénomène de carbonatation, qui, lorsqu'il atteint les aciers, entraîne la " dépassivation " des aciers.

La vitesse de pénétration du C02 à travers une structure en béton est très liée à la qualité du béton. Elle est plus grande si :

● Le dosage en ciment est faible.

● Le béton est peu compact.

● Le dosage en eau est très important.

● L'humidité relative de l'air est voisine de 70 %.

Toutefois, la vitesse de carbonatation décrit au fur et à mesure que l'épaisseur du béton carbonaté augmente (la formation du premier carbonate freine la diffusion du C02).

Dans la zone carbonatée, l'acier ne bénéficie plus de protection et subit l'attaque de l'oxygène. La réaction de corrosion se développe et conduit à la formation de sels de fer dont la particularité est d'être expansifs (augmentation de 3 à 10 fois de volume). Ce gonflement exerce une pression radiale sur le béton d'enrobage qui éclate progressivement.

Carbonation du béton

Le Processus

Chacun sait qu'une barre d'acier, abandonnée dans un air humide, finira par rouiller. En théorie, l'armature béton armée est enfermée dans un milieu qui semble bien clos. Or, en fait, le béton est UN milieu, certes dense, mais qui comporte des vides, à l'échelle microscopique. Ces vides sont reliés entre eux par des pores très fins formant UN réseau interne et dont UN grand nombre débouche en surface.

Dans UN béton jeune (la première année de vie par exemple), ces vides sont largement occupés par des particules de chaux, qui viennent du ciment, et qui sont le résidu des réactions chimiques ayant abouti à la solidification du béton, quelques jours après son coulage. Cette chaux est bien utile car elle est à l'origine de la formation sur ces armatures de peau du béton, d'une couche protectrice contre la formation de la rouille. On dit alors que l'acier est "passivé". Mais, avec le temps, cette situation va évoluer, d'abord par le fait de la pluie, qui va mouiller la paroi sur les premiers 2 à 3 cm de profondeur, avec des cycles alternés d'humidification-séchage. D'autre part, l'air ambiant contient du gaz carbonique et de l'oxygène, qui ne demandent qu'à prendre le même chemin que l'eau, en diffusant dans les pores du béton. Humidité, gaz carbonique, oxygène : tous les ingrédients pour lancer le processus d'oxydation Nous avons là tous les éléments qui vont investir cette peau du béton et s'en prendre, au bout d'un temps variable, à l'armature qu'elle recouvre, et ce d'autant plus vite qu'elle est peu épaisse.

Le gaz carbonique, d'abord, va entramer ce que l'on appelle la carbonatation du béton, en réagissant chimiquement sur la chaux libre résiduelle. Ceci va conduire malheureusement à la destruction de la couche passivante et protectrice de nos aciers. A partir de ce stade, l'oxygène pourra attaquer l'acier, dans la mesure où le milieu reste en contact avec de l'eau (toujours la pluie...). Alors, la réaction proprement dite de corrosion se développera, en engendrant la formation de sels de fer en couches superposées sur le métal.

La particularité essentielle de ces composés étant de se former avec une forte augmentation de volume (de gonfler), la réaction entraîne successivement la fissuration, puis l'éclatement de la mince couche de béton recouvrant l'armature.Ce processus, qu'illustre le croquis, peut se manifester rapidement dans le cas d'armatures très mal enrobées, car la , carbonatation est capable d'atteindre plusieurs centimètres de profondeur dès la première année, dans certains bétons. Elle progresse ensuite moins vite, le premier carbonate formé freinant la diffusion du gaz. Mais toutefois susceptible de gagner le niveau de l'acier dans UN délai de quelques années seulement, même dans un béton de bonne qualité.

Les phases de dégradation du béton armé

Cure

● Cure n.f. (de l'anglais to cure, durcir)

● Cure du béton : désigne divers procédés qui favorisent un bon durcissement du béton, en empêchant en particulier l'évaporation de l'eau nécessaire.

● GB : curing

● Produit de cure : produit appliqué à la surface des dalles de béton pour empêcher l'évaporation trop rapide de l'eau.

● GB : curing-agent, curing menbrane

5.1.2 Position des armaturesLa position des armatures dans les coffrages est à examiner en relation avec les prescriptions d'enrobage et d'écartement (7) 1 figurant dans les règles de calcul ou de construction en vigueur et avec les indications particulières figurant sur les plans, concernant notamment la protection des armatures.

L'enrobage est défini comme la distance de l'axe d'une armature à la paroi la plus voisine diminuée du rayon nominal de cette armature. L'attention est attirée sur le fait que les règles données ici sont valables pour toutes les armatures, qu'elles soient principales ou secondaires. Les enrobages minimaux fixés en A.7.2.4 doivent en outre être respectés. Il convient enfin de prévoir l'enrobage minimal compte tenu de la dimension maximale des granulats et de la maniabilité du béton.

A cet effet, l'enrobage de toute armature est au moins égal à :

● 4 cm pour les ouvrages à la mer ou exposés aux embruns ou aux brouillards salins, ainsi que pour les ouvrages exposés à des atmosphères très agressives. Les distances de la mer auxquelles il peut y avoir exposition aux embruns ou aux brouillards salins dépendent des circonstances locales (nature et tracé de la côte, conditions d'exposition aux vents dominants). L'attention est attirée sur ce qu'il ne semble pas y avoir intérêt à augmenter, dans les parties tendues, l'enrobage minimal fixé pour les armatures des ouvrages à la mer, sauf pour les pièces massives.

D'autre part, une protection efficace des armatures ne peut être offerte par le seul respect de l'enrobage prescrit ; il est non moins essentiel que le béton soit suffisamment dosé en ciment (350 à 400 kg/m_) et qu'il soit aussi peu perméable et hygroscopique que possible (donc qu'il présente une bonne compacité), ce qui ne peut s'obtenir que par l'étude sérieuse de sa composition et par le soin apporté à sa mise en place ;

● 3 cm pour les parois non coffrées susceptibles d'être soumises à des actions agressives. Il en est notamment ainsi des faces supérieures des hourdis ;

● 2 cm pour les parois exposées aux intempéries ou susceptibles de l'être, exposées aux condensations ou, eu égard à la destination des ouvrages, au contact d'un liquide (réservoirs, tuyaux, canalisations, etc.) ;

● 1 cm pour des parois qui seraient situées dans des locaux couverts et clos et qui ne seraient pas exposées aux condensations.

L'attention est attirée sur le fait qu'un enrobage de 1 cm ne saurait admettre, à l'exécution, des tolérances en moins par rapport à cette valeur nominale. Le strict respect de celle-ci exige en particulier une densité convenable de cales ou écarteurs entre les armatures et le coffrage. Les enrobages des armatures doivent être assurés après enlèvements éventuels de matière postérieurs à la mise en place du béton tels que bouchardage, lavage ou brossage précoce.

Commentaire

Certains aciers doivent être positionnés et maintenus en place avec précision durant le coulage du béton (chapeaux assurant la stabilité des balcons, aciers concernés par la tenue au feu, aciers des parements exposés aux intempéries et autres actions agressives...). D'autres aciers peuvent, par contre, être placés de façon moins précise (aciers de construction, espacement des cadres en zone courante, ...). Sauf justification particulière, aucun écart en moins n'est admis pour la distance minimale des aciers aux parois et pour les distances minimales des aciers entre eux.

Cette exigence de distance minimale concerne d'abord le bureau d'études dont les plans d'exécution doivent avoir été conçus de telle sorte qu'ils permettent le respect de cette clause. Une coordination entre le bureau d'études et le chantier peut être nécessaire à ce sujet. Dans le cas des aciers principaux des éléments fléchis tels que les dalles, poutres-dalles, poutres, linteaux, l'écart admissible en moins sur la hauteur utile est limité au vingtième de celle-ci avec un minimum de 1 cm et un maximum de 5 cm. La tolérance sur le défaut de longueur d'une barre ou sur le positionnement de la barre le long de son axe, ou sur le défaut de longueur de recouvrement de cette barre avec une autre, est habituellement de 3,5 fois le diamètre de cette barre sans excéder 5 cm. Le bureau d'études doit signaler, sur les plans d'exécution, les cas particuliers pour lesquels des tolérances réduites doivent être retenues (par exemple : certaines positions d'ancrages d'armatures sur des appuis étroits...). Des valeurs plus importantes peuvent être admises après avis de l'ingénieur d'études. Dans le cas des aciers principaux des éléments porteurs d'élancement courant, tels que poteaux, murs porteurs..., la tolérance en plus sur la distance des aciers au parement est limitée au vingtième de la plus petite dimension avec un minimum de 1 cm et sans que l'enrobage de ces aciers puisse excéder une valeur maximale de 5 cm.

On peut considérer comme élancement courant un élancement mécanique au plus égal à 50 ou un élancement géométrique au plus égal à 15. Le respect des valeurs mentionnées ci-dessus dispense des justifications de résistance et de stabilité des ouvrages tels que construits. En cas de dépassement, on examine, en vue de déterminer les moyens appropriés pour y remédier, le cas échéant, les conséquences des écarts sur la stabilité de l'ouvrage et sur la possibilité de réaliser les autres ouvrages.

Note : (7) Extrait du chapitre A.7 des Règles BAEL 83 â pour la protection des armatures. En ce qui concerne les écartements, se reporter aux Règles BAEL 83

A.7.1 Protection des armaturesL'enrobage de toute armature est au moins égal à :

● 5 cm pour les ouvrages à la mer ou exposés aux embruns ou aux brouillards salins, ainsi que pour les ouvrages exposés à des atmosphères très agressives (*) ;

● 3 cm pour les parois coffrées ou non qui sont soumises (ou sont susceptibles de l'être) à des actions agressives, ou à des intempéries, ou des condensations, ou encore, eu égard à la destination des ouvrages, au contact d'un liquide (**) ;

● 1 cm pour des parois qui seraient situées dans des locaux couverts et clos et qui ne seraient pas exposées aux condensations.

Commentaire

L'enrobage est défini comme la distance de l'axe d'une armature à la paroi la plus voisine diminuée du rayon nominal de cette armature. L'attention est attirée sur le fait que les règles données ici sont valables pour toutes les armatures, qu'elles soient principales ou secondaires. Les enrobages minimaux fixés en A.7.2,4 â doivent en outre être respectés. Il convient enfin de prévoir l'enrobage minimal compte tenu de la dimension maximale des granulats et de la maniabilité du béton.

* Cet enrobage de 5 cm peut être réduit à 3 cm si, soit les armatures, soit le béton sont protégés par un procédé dont l'efficacité a été démontrée.

** La valeur de 3 cm peut être ramenée à 2 cm lorsque le béton présente une résistance caractéristique supérieure à 40 MPa. En effet, l'efficacité de la protection apportée par l'enrobage est fonction de la compacité du béton, laquelle croît avec sa résistance.

Les enrobages des armatures doivent être strictement assurés à l'exécution, c'est-à-dire qu'ils ne comportent aucune tolérance en moins par rapport à la valeur nominale ; ceci implique qu'il faut tenir compte des enlèvements éventuels de matière postérieurs à la mise en place du béton. D'autre part, il y a lieu de s'assurer par des dessins de détail comportant toutes les armatures secondaires non calculées que ces conditions d'enrobage peuvent être satisfaites.

Le respect de l'enrobage exige une densité convenable de cales ou écarteurs entre les armatures et le coffrage, ainsi que des carcasses rendues suffisamment rigides par l'adjonction d'armatures secondaires qui ne résultent pas forcément des calculs réglementaires.

CCTG - Fascicule n° 65-aExécution Des ouvrages en béton armé ou en béton précontraint par post-tension

74.2 Vibration du béton

Sauf éventuellement dans le cas d'emploi de béton fluidifié(*), les bétons pour béton armé ou précontraint sont mis en œuvre par vibration ; la vibration interne ou les procédés utilisés doivent assurer le remplissage des moules ainsi Que. L'homogénéité et la compacité du béton en place.

** La vibration superficielle peut être exécutée à l'aide de dames, règles ou taloches vibrantes. En dehors de l'exécution Des dalles minces, elle est recommandée pour la finition Des dalles épaisses.

*** Voir aussi le commentaire *** de l'article 53.2.3.

DTU 21 - 5.3.3 Mise en placeLe béton ne doit être mis en place qu'au contact de surfaces et dans des volumes débarrassés de tous corps étrangers.

Lorsque les coffrages sont susceptibles d'absorber l'eau ou d'activer son évaporation, ils doivent être convenablement humidifiés.

Le béton doit être mis en place avant tout commencement de prise par des procédés lui conservant son homogénéité.

Le serrage du béton autre qu'autoplaçant, peut être obtenu par damage ou pervibration par couches d'épaisseur appropriée.

DTU 21 - Art. 5.2.2 : Mise en place et fixation des armaturesAu moment du bétonnage, les armatures doivent être sans plaques de rouille ni de calamine non adhérentes et ne doivent pas comporter de trace de terre, ni de graisse.

Les armatures doivent être mises en place conformément aux dispositions définies dans les plans, compte tenu des prescriptions des 7.1 et 8.

Ces armatures doivent être fixées entre elles et calées au coffrage, de manière à ne subir aucun déplacement ni aucune déformation notable lors de la mise en place du béton.

La nature des cales et leur positionnement dans le béton doivent être compatibles avec le bon comportement ultérieur de l'ouvrage, notamment en ce qui concerne la protection des armatures contre la corrosion et, le cas échéant, pour la résistance au feu.

3.6 Mise en place du bétonlocalisation des reprises et joints

Avant tout début de travaux, les emplacements de reprise de bétonnage et joints de préfissuration tant verticaux qu'horizontaux doivent être définis dans tous les murs extérieurs dont les caractéristiques de résistance à la pénétration de l'eau peuvent être affectées par la fissuration du béton.

Commentaire

● Les murs visés sont les murs des types I, II et III du " Guide de choix ".

● Lorsque les reprises et joints débouchent en façade, il est rappelé qu'ils doivent être traversés par les armatures minimales prévues pour les murs extérieurs.

● En ce qui concerne les murs intérieurs et murs extérieurs du type IV du " Guide de choix " â, bien qu'aucune prescription ne soit formulée pour les reprises et joints, il est conseillé d'étudier leur emplacement de façon à réduire ou localiser les effets des variations linéaires.

● Les joints de préfissuration font normalement partie des éléments inclus dans le dossier des plans d'exécution.

Bibliographie

Textes de référence

● Règles BAEL91 : Règles techniques de conception et de calcul des ouvrages et constructions en béton armé suivant la méthode des états limites.

● DTU 21 Exécution des travaux en béton.

● DTU 23.1 Murs en béton banché.

● NF P18-011 : Classification des environnements agressifs.

Fiche mise à jour : mai 2009

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