Le béton comme matériau de construction

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Le béton est un matériau artificiel composé principalement de sable, de granulat de pierre (gravier), de ciment Portland et d'eau. La proposition de ces matériaux détermine la résistance et le comportement du béton. Parce que le béton n'a pas véritablement de résistance à la traction, une armature, souvent sous la forme d'une cage de barres de métal déformées ou de treillis métallique, est noyée dans la masse du béton pour permettre à celui-ci de soutenir des charges en étant appuyé sur des supports. Cette armature permettra également à la masse de béton de subir des dilatations et des contractions thermiques sans fissuration excessive.

La fissuration du béton, la corrosion de l'armature, l'éffritement du béton, et l'écaillage de la surface sont les quatre plus courants et importants types de détérioration du béton armé. La détérioration du béton peut résulter :

• de facteurs environnementaux, y compris le niveau d'humidité, la température, et la présence de chlorures et de bioxyde de carbone;
• des matériaux et l'exécution d'origine, y compris les granulats, le niveau de consolidation du béton pendant la mise en place, l'importance de l'armature, la présence de joints froids, l'emplacement et le nombre de joints de fissuration;
• d'un entretien non approprié, comme une exposition prolongée à l'humidité, l'application de revêtements étanches qui emprisonnent l'humidité par inadvertance, la saturation par les chlorures en raison de l'épandage de sels de déglaçage routier sur le béton.

Les ouvrages de béton dont la construction remonte au début du XXe siècle étaient souvent construits selon des normes peu élevées, par rapport aux normes actuelles. Les concepteurs et les fabricants de cette période connaissaient peu les propriétés et les caractéristiques du béton. Les ouvrages en béton de cette période sont souvent en mauvais état et peuvent exiger un travail de conservation considérable.

Presque tous les bétons se fissurent avec le temps. Les fissures peuvent être le résultat d'un retrait naturel du béton pendant son séchage, de la dilatation et de la contraction thermiques, de la flexion ou du cisaillement causés par les surcharges, et des réactions négatives entre les alcalis dans le ciment et certains granulats. Une conception et une mise en place appropriées de l'armature peuvent fournir la résistance à la tension nécessaire pour contrer la fissuration due au retrait, aux réactions thermiques et aux surcharges. Des joints de fissuration peuvent également être prévus à intervalles réguliers pour forcer le béton à se fissurer en des points déterminés et permettre le retrait. Les fissures de retrait sont dormantes et ne changent pas avec le temps. Les fissures thermiques ont tendance à s'élargir et à rétrécir en fonction de la température ambiante. Les fissures structurales sont actives seulement si la surcharge est continue ou si un tassement se produit. La fissuration due à la réactivité alcalis-silice a l'apparence de lignes sur une carte routière et produit avec le temps une croûte blanche sur la surface.

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Le béton est un matériau poreux qui absorbe l'eau. Pour protéger l'armature de métal contre la corrosion, on la noie dans la masse de béton et on la recouvre d'une chape de béton d'une épaisseur minimale. L'épaisseur de recouvrement de béton fournit une barrière physique contre l'humidité pour protéger le métal et l'alcalinité élevée du béton assure elle aussi un degré de protection. La fissuration du béton peut exposer l'armature et entraîner la corrosion prématurée du métal. L'insuffisance de recouvrement du béton est elle aussi une cause fréquente de corrosion prématurée. La corrosion du métal de l'armature par suite de contacts avec l'humidité mènera à une réduction de la résistance de la structure de béton, à une perte de matériau de recouvrement et à une coloration possible du béton. L'exposition du béton au bioxyde de carbone peut également neutraliser l'alcalinité du béton et éliminer ainsi la protection chimique fournie au métal. Ce processus porte le nom de carbonatation. Dans les années 1970, l'utilisation d'armatures en acier revêtues d'un époxyde destiné à augmenter la résistance à la corrosion des armatures est devenue relativement fréquente dans les cas d'exposition élevée.

Un effritement est une perte de matériau superficiel et est typiquement un symptôme de la corrosion de l'armature métallique sous-jacente. À mesure que le métal se corrode, de la rouille est produite, laquelle occupe beaucoup plus d'espace que le métal et génère des forces de dilatation, dans le recouvrement du béton, qui peuvent produire les éffritements. Ceux-ci peuvent réduire la résistance structurale par suite de la perte de béton et de la perte de liant entre le béton et l'armature, et peuvent exposer l'armature à un risque encore plus grand de corrosion.

L'écaillage de la surface peut résulter des cycles de gel-dégel de l'humidité emprisonnée à la surface du béton. Lorsque l'humidité se dilate sous l'action du gel, elle peut briser des épaisseurs de béton et produire une surface piquée inégale. L'écaillage peut également être causé par l'introduction de contraintes élevées dans le béton, engendrées par la dilatation thermique agissant en un point précis du béton.

Pour des renseignements complémentaires, le lecteur peut consulter le document Preservation of Historic Béton Problems and General Approaches publié par le United States National Park Service, Technical Preservation Services. Ce document est disponible en ligne à l'adresse : http://www.cr.nps.gov/hps/tps/briefs/brief15.htm - en anglais seulement.