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17-09-2019

Pourquoi le béton se fissure-t-il ? Voici les principales raisons

Le béton est le matériau de construction le plus utilisé à travers le monde. Depuis l’invention du ciment moderne par Louis Vicat en 1817, les efforts de recherche et de développement ont contribué à l’amélioration de ses propriétés : ses applications ont été optimisées, sa résistance mécanique et sa résistance chimique ont été renforcées et de nouveaux matériaux comme le béton précontraint ont été développés. Le béton est-il devenu le matériau parfait au fil des années ? Si l’on regarde attentivement les nombreuses structures en béton qui nous entourent, y compris les bâtiments les plus récents, on constate qu’aucune de ses structures n’est totalement intacte. Cela met l’accent sur l’incontournable faiblesse du béton : sa tendance à se fissurer.

Cette tendance est accentuée par ce qui rend le béton si populaire, à savoir sa compatibilité avec l’acier et la capacité du béton renforcé à répondre aux critères d’un matériau de construction avancé. Mais les fissures sont-elles toutes les mêmes ? Bien sûr que non ! En réalité, les fissures peuvent être dues à plusieurs facteurs différents, comme la déformation, la rétraction hydraulique, la rétraction thermique ou le gonflement. Les principales différences sont expliquées ci-dessous.

Fissures causées par une déformation

Les forces exercées sur la structure, les forces de traction, de compression ou de cisaillement exercées sur le béton : ces forces entraînent une déformation qui peut être à l’origine de fissures. L’emplacement et la géométrie de la fissure sur la structure sont souvent caractéristiques ; il est donc possible d’identifier la cause des fissures rien qu’en les observant.

Les fissures de compression sont parallèles
à la force appliquée ;

Les fissures de traction sont perpendiculaires
à la force appliquée ;

Les fissures de cisaillement sont perpendiculaires à la tension de traction.

La force de traction du béton ne représente environ que 1/10 de sa force de compression, ce qui explique pourquoi on n’utilise presque jamais de béton non renforcé. Le type de renforcement le plus largement utilisé consiste à incorporer des barres d’armature en acier dans les zones exposées à une tension de traction. Ce type de béton est communément qualifié de « béton renforcé ». Les fibres synthétiques constituent un autre type de renforcement. Les fissures de déformation sont généralement causées par un tassement du sol ou par la présence de charges trop lourdes pour la structure.

Fissures causées par une rétraction hydraulique

Un morceau de béton placé à l’air libre a tendance à se rétracter durant son durcissement. Cette rétraction est due à l’évaporation d’une partie de l’eau contenue dans le béton. Des fissures se forment lorsque les forces de rétraction sont supérieures à la résistance du béton. Cela peut être considéré comme une course contre la montre entre deux phénomènes : l’évaporation de l’eau et l’augmentation de la résistance du béton. C’est également vrai pour les éléments en béton qui ne peuvent pas se déformer. Dans le cas d’une rétraction, la déformation est impossible. Ces conditions créent une tension interne qui, lorsqu’elle dépasse la résistance du béton, aboutit à la formation de fissures. Il est à noter que toute structure en béton immergée ou placée dans une atmosphère saturée en humidité ne connaît qu’une très faible variation dimensionnelle. Les fissures peuvent se former avant que le béton ait durci. Ce n’est dès lors pas vraiment le résultat d’une rétraction hydraulique, mais plutôt d’une rétraction due à l’évaporation d’une partie de l’eau ou à l’absorption du support. Ce phénomène touche principalement les trottoirs coulés par temps chaud et sec ou le béton coulé par temps froid dans des pièces chauffées ou sur un support poreux. Les fissures se forment dans des zones spécifiques comme les joints de reprise de bétonnage et à proximité des renforts.

Fissures causées par une rétraction thermique

Ce problème concerne principalement les structures de grande taille. L’hydratation du ciment est une réaction exothermique produisant de la chaleur qui se dissipe au fil du temps. La variation de température, qui n’est pas identique dans toutes les parties de la structure, génère une déformation différentielle qui peut être à l’origine de fissures.

Fissures causées par un gonflement

Plusieurs facteurs peuvent entraîner le gonflement du béton. Les plus pertinents sont les suivants. Le béton peut gonfler à cause de sels comme les sulfates pouvant être contenus dans la terre en contact direct avec le béton. Cela entraîne une réaction chimique avec l’aluminate du ciment, une réaction qui se traduit par la formation d’une substance expansive. Ce gonflement peut également être dû au gel de l’eau qui est contenue dans le béton et qui gagne en volume quand elle se transforme en glace. Enfin, il peut être causé par l’oxydation du renforcement interne du béton, un phénomène accéléré par la présence de fissures ! L’ensemble de ces phénomènes, même s’ils sont tous de nature différente, aboutissent au même résultat : la création de forces de traction internes qui entraîneront la formation de fissures si elles sont supérieures à la résistance du béton.

Fissures causées par la corrosion des renforts en acier

Le béton étant hautement alcalin, il protège les renforts en acier. Le béton renforcé est donc un matériau incroyablement durable. Néanmoins, sous certaines conditions, les barres d’armature peuvent être rongées par la corrosion, ce qui occasionne la formation de rouille. Le volume des produits de corrosion (rouille) étant supérieur au volume de la barre d’armature initiale, le béton est soumis à une tension de traction. En cas de corrosion avancée, le béton peut se fissurer et se décoller. Les principales causes de corrosion de l’acier dans le béton sont :

la carbonatation du béton. En présence d’humidité, cela peut déclencher le processus de corrosion ;

la présence de sels marins ou de sels de déglaçage dans le béton et autour des barres d’armature. Une fois encore, la présence d’humidité déclenche la réaction
de corrosion.   

Tekst: Basf
Beeld: Basf
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