1. RÉPARATION OU RENFORCEMENT D’UN PONT EN BÉTON
Suivant l’importance et les causes des désordres ou des insuffisances affectant un pont en béton, le projet de réparation et/ou de renforcement repose, en général, sur la mise en œuvre d’une combinaison de plusieurs techniques que l’on peut ranger dans l’une des cinq catégories suivantes (auxquelles s’ajoute, dans les cas extrêmes, la solution de la démolition-reconstruction) :
• les traitements de surface : ragréages et injection des fissures ;
• la protection du béton et des armatures ;
• la régénération des matériaux ;
• l’ajout de forces (ou de déformations) ;
• l’ajout de matière.
Dans ce qui suit, les principes généraux sont examinés pour les ponts en béton armé et en béton précontraint, puis les principales techniques sont décrites en détail.
1.1 Principes généraux pour les ponts en béton armé
La réparation ou le renforcement de la structure d’un pont en béton armé fait appel le plus souvent à « l’ajout de matière »,...
1 Contexte
2 Principes généraux pour les ponts en béton armé
2.1 Désordres du matériau béton
2.2 Corrosion des armatures
2.3 Insuffisance de capacité portante de la structure
1 Contexte
Parmi les normes européennes de la série NF EN 1504-00 relatives aux produits et systèmes pour la protection et la réparation des structures en béton, parues au début des années 2000, les deux normes suivantes NF EN 1504-9 et NF EN 1504-10 traitent des méthodes de réparation et de renforcement (cf. Projet de renforcement ou de réparation d'un pont [Doc. C 7 803]).
La norme NF EN 1504-9 donne, mais sans rentrer dans les détails :
la démarche à suivre pour déterminer les origines des défauts constatés et évaluer ainsi une structure en béton existante ;
la démarche à suivre pour choisir la méthode de protection ou de réparation à mettre en œuvre ;
les fonctions (appelés « principes ») au nombre de 11 auxquelles doivent satisfaire les méthodes de protection ou de réparation listées dans la norme.
La norme NF EN 1504-10 :
reprend la notion des 11 fonctions de la norme NF EN 1504-9 et classe en deux catégories les méthodes de protection et de réparation :
la première catégorie regroupe dans des tableaux toutes les méthodes, au nombre de 30, qui relèvent de la norme et satisfont aux 11 fonctions, sachant que ces méthodes font appel aux produits et systèmes relevant des autres normes de la série (NF EN 1504-2 à NF EN 1504-7), et que le contrôle qualité de ces produits et systèmes, lors de leur élaboration en usine, relève de la norme NF EN 1504-8. Il est à noter que certaines des méthodes assurent plusieurs fonctions à la fois (par exemple, un revêtement de surface pour béton protège contre la pénétration des agents agressifs (première fonction) et préserve la passivité des armatures (deuxième fonction),
la seconde catégorie regroupe les méthodes, au nombre de 12, qui ne relèvent pas de la norme, car traitées par d'autres normes européennes (cas du béton projeté), par aucune norme (cas de la précontrainte additionnelle) et qui, de toute façon, n'utilisent pas forcément les produits et systèmes susvisés ;
traite également :
des méthodes de préparation du support (béton et armatures) avant l'application des produits et systèmes,
de la préparation et de la mise en œuvre des produits et systèmes,
dans le tableau numéro 4, des contrôles à effectuer sur le support avant et après préparation (béton et/ou armatures), sur les produits et systèmes (réception, préparation) avant et après leur mise en œuvre. Le nombre total des essais de contrôle s'élève à 45. Dans ce tableau, figurent le nom de l'essai et, si elle existe, le numéro de la norme correspondante ;
développe un peu et décrit (quelques lignes à une page) dans une annexe informative :
les méthodes utilisables pour la préparation du support et la mise en œuvre des produits et systèmes avec des conseils sur les bonnes pratiques,
les 45 essais et, surtout, l'interprétation des résultats de ces essais pour valider ou invalider les réparations effectuées.
Dans le texte qui suit, une simplification a été effectuée pour regrouper les diverses fonctions en 4 classes principales et y associer les principales méthodes et techniques capables d'y satisfaire. Les quatre classes sont les suivantes :
méthodes de restauration du béton qui ont pour but de traiter le béton endommagé par des agents physiques ou chimiques ;
méthodes de renforcement structurel sous forme d'ajout de matière (béton, armatures passives...) et/ou de forces (armatures de précontrainte, déformations imposées...) ;
méthodes de préservation ou de restauration de la passivité des armatures afin d'empêcher la corrosion des armatures ou de traiter les armatures corrodées ;
méthodes de protection du béton pour empêcher la pénétration des différents agents agressifs. Elles sont utilisées seules, pour empêcher l'attaque du béton et/ou des armatures, ou en complémentarité des trois méthodes précédentes.
Dans ce qui suit, les principes généraux relatifs aux réparations et/ou renforcements sont examinés pour les ponts en béton armé et en béton précontraint, puis les principales techniques sont décrites en détail.
2 Principes généraux pour les ponts en béton armé
Dans le texte ci-dessous sont listées les principales techniques de réparation à utiliser en fonction du (ou des) désordre(s) constaté(s) :
2.1 Désordres du matériau béton
Les ponts en béton armé peuvent présenter des désordres affectant le matériau béton en surface ou en profondeur et qui sont dus à des phénomènes physiques : retraits, gel, incendie, érosion..., ou chimiques : eaux pures, eaux acides, sulfates... Ils peuvent aussi présenter des désordres qui affectent le matériau béton à l'intérieur de la structure, comme les réactions de gonflement internes (RGI) que sont l'alcali-réaction (AR) et la réaction sulfatique interne (RSI) :
si le béton présente des fissures qui ne marquent pas une insuffisance de capacité portante vis-à-vis de la flexion, de l'effort tranchant..., la réparation va consister simplement à boucher ces fissures comme suit pour empêcher la pénétration des agents agressifs :
mettre en œuvre un revêtement à la surface du béton qui est utilisable si les fissures sont très fines, peu profondes et de positionnement anarchiques,
réaliser un pontage ou un calfeutrement des fissures lorsqu'il n'est pas nécessaire que leur remplissage soit complet,
injecter les fissures avec un produit souple (fissure active mais sans insuffisance de capacité portante) ou rigide (fissure considérée comme morte) ou gonflant (fissures dans un réservoir laissant passer l'eau...) lorsque le remplissage doit être complet ;
si le béton présente des vides en profondeur, la réparation consiste à injecter le vide par une résine ou un coulis de ciment à base de ciments sur-broyés adaptés pour l'injection ;
si le béton présente une désorganisation du matériau plus ou moins profonde, des vides en surface, des nids de cailloux..., la réparation consiste à :
purger le béton désorganisé,
puis, en fonction de l'importance et de la profondeur des dégradations, à le restaurer par différentes techniques : ragréage manuel, béton coulé, béton projeté...,
enfin, d'appliquer un revêtement sur toutes les surfaces exposées pour des raisons d'aspect et/ou pour protéger le béton contre les agents agressifs.
Les techniques utilisables pour tenter de prolonger la durée de vie des ouvrages atteints par les RGI ne sont pas traitées dans le présent texte, il convient de se reporter aux documents et .
2.2 Corrosion des armatures
La corrosion des armatures, due à la carbonatation du béton et/ou aux chlorures..., provoque le gonflement des barres qui entraîne la fissuration, puis l'éclatement du béton. Bien entendu, les désordres du matériau béton dus à d'autres causes peuvent se combiner aux effets de la corrosion ce qui complique d'autant la réparation.
Si la corrosion est en période d'incubation ou à ses débuts, la réparation porte sur la conservation de la passivité des armatures comme suit :
cas où les agents agressifs n'ont pas encore atteint les armatures :
mettre en place un revêtement de protection,
augmenter l'enrobage qui va offrir une barrière supplémentaire et un ajout d'alcalins par diffusion,
mettre en œuvre une prévention cathodique ;
cas où la corrosion est tout juste amorcée :
déchlorurer le béton,
ré-alcaliniser le béton,
mettre en œuvre une protection cathodique...
La conservation de la passivité des armatures peut être rattachée à un entretien préventif. Elle impose un suivi particulier de l'ouvrage pour contrôler, au fil du temps, la pénétration des agents agressifs afin de pouvoir intervenir à temps et, le plus souvent, par la mise en place d'un revêtement de protection d'un coût sans commune mesure avec une restauration de la passivité.
Si la corrosion est en cours de développement ou est généralisée, la réparation va consister à restaurer la passivité des armatures comme suit :
purger le béton désorganisé ;
enlever la rouille ;
traiter, si nécessaire, les armatures par un passivant ;
ajouter des armatures pour remplacer les barres corrodées, si besoin est ;
reconstituer l'enrobage des armatures (dans le cas où l'épaisseur à mettre en œuvre est importante, il faut ajouter des armatures de peau pour limiter la fissuration) ;
et enfin mettre en place, ou non, un revêtement de protection.
À la suite du traitement curatif, des traitements complémentaires peuvent être appliqués, comme la protection cathodique...
Remarque : lorsque certaines parties d'un ouvrage (corniches des ponts en zone montagneuse...) sont soumises à un environnement particulièrement agressif, et s'il faut remplacer les armatures corrodées, il est possible d'utiliser des armatures en acier inoxydable dont la composition doit être compatible avec l'environnement. Des dispositions particulières sont à prévoir pour éviter une corrosion bimétallique entre les deux sortes d'armatures.
2.3 Insuffisance de capacité portante de la structure
Modalités
La réparation, ou le renforcement, de la structure d'un pont en béton armé fait appel, le plus souvent, à « l'ajout de matière », plus rarement à « l'ajout de forces ».
Les techniques d'ajout de matière sont utilisées pour les renforcements structuraux. Elles consistent à augmenter la section résistante d'une structure par ajout de béton ou d'acier, voire, plus simplement, à reconstituer la section résistante endommagée. Mais, pour qu'il y ait renforcement, il faut que la partie ajoutée participe effectivement à la reprise des efforts.
Dans les cas courants, la matière ajoutée ne participe qu'à la reprise des effets des charges d'exploitation (parfois du poids des équipements lorsqu'ils sont remplacés). En effet, pour que la matière ajoutée assure, à la fois, la reprise des charges permanentes et celle des charges d'exploitation, il faut recourir à des méthodes lourdes comme la mise sur cintre de l'ouvrage pendant les travaux de renforcement, l'introduction de déformations par vérinage, l'ajout d'une précontrainte additionnelle, etc.
Les trois techniques classiques d'ajout de matière sont :
l'ajout d'armatures passives internes au béton ;
l'ajout de béton ;
l'ajout d'armatures passives extérieures au béton, sous forme de tôles collées (parfois collées et boulonnées) ou d'armatures composites à base de fibres de carbone ou de verre.
L'ajout de béton peut être envisagé pour un renforcement local ou un renforcement général.
Renforcement local
Exemple
Un renforcement local, assimilable à une réparation locale, se justifie dans le cas d'un tablier de pont en béton armé à poutres multiples heurté par un camion hors gabarit. La réparation comporte alors les opérations suivantes :
mise sur cintre (si nécessaire) ;
purge du béton désorganisé ;
scellement d'armatures de couture ;
réfection du ferraillage (remplacement des barres de béton armé endommagées, avec recours à la soudure, si besoin est, et si les armatures sont soudables) ;
mise en place d'un béton, soit par projection, soit par coulage en place ou injection (à l'intérieur d'un coffrage, parfois confectionné dans des conditions acrobatiques) ;
injection de résine, si nécessaire, dans la zone de contact, entre le béton de la structure et le béton rapporté après durcissement de ce dernier, de façon à améliorer la qualité de la reprise de bétonnage ;
réalisation d'un revêtement de protection pour des raisons d'aspect et, surtout, de protection contre les agents agressifs à cause de la fissure de retrait qui se développe au niveau de la reprise de bétonnage.
Les redistributions d'efforts par déformations gênées visées ci-après sont en général négligeables sauf, par exemple, s'il y a eu modification du schéma statique de la structure et des déformations importantes.
Renforcement général
Un renforcement général est nécessaire, par exemple lorsqu'il s'agit d'élargir la dalle de couverture d'un pont ou d'en augmenter l'épaisseur, de renforcer la section d'une pile non conçue pour résister au choc d'un camion...
Les déformations gênées dues au retrait du béton entraînent des redistributions d'efforts (effets isostatiques et hyperstatiques) dont il convient de tenir compte lors des vérifications vis-à-vis des états limites de service.
Par contre, vis-à-vis des états limites ultimes de résistance, il est possible d'admettre qu'il y a eu adaptation.
Exemple
Lorsque les travaux de renforcement général conduisent à démolir certaines parties de la structure et à transformer son schéma statique comme supprimer l'articulation centrale d'un portique à trois articulations, le recalcul de l'ouvrage doit tenir compte de toutes les phases de démolition et de renforcement et, en sus, dans le cas cité, des effets hyperstatiques dus au retrait et aux variations thermiques qui se développent dès la suppression de l'articulation.
Le renforcement général peut être réalisé par ajout :
de béton (béton coulé ou projeté, béton contrecollé) ;
d'armatures passives intérieures au béton (barres de béton armé, armatures galvanisées, armatures en acier inoxydable ou armatures composites à base de fibres noyées dans une matrice à base de résine) ;
d'armatures passives extérieures au béton, sous forme de tôles collées ou de plaques et de tissus composites ;
de force, par l'intermédiaire d'armatures de précontraintes ou de déformations imposées.
Il est noter que l'ajout de béton (par exemple pour épaissir une dalle de couverture) augmente le bras de levier des armatures de la dalle, des poutres et des entretoises éventuelles, et accroît le moment résistant des différentes sections. Cette technique est donc utilisable également pour renforcer une structure lorsque la section des armatures est légèrement insuffisante, bien que cet ajout de béton apporte un supplément de poids propre (l'emploi de béton léger peut être envisagé).
Les tôles collées fournissent une méthode de renforcement dont l'efficacité a été prouvée à de nombreuses reprises. Elle est néanmoins onéreuse à cause de la mise en pression de la colle durant sa prise. De plus, les tôles disposées en sous-face d'un tablier, dégageant une hauteur libre un peu faible, résistent mal aux chocs (bâches flottantes de camions, véhicules hors gabarit, etc.).
Depuis une bonne vingtaine d'années, les produits composites collés, sous forme de plaques ou de tissus dont la mise en œuvre est relativement simple, se sont substitués aux tôles collées.
Une insuffisance de résistance vis-à-vis de la flexion ou de l'effort tranchant d'une structure en béton armé peut être compensée par un ajout de forces sous forme d'une précontrainte additionnelle. Ainsi, les sections, soumises au départ à une sollicitation de flexion simple, sont amenées à supporter une sollicitation de flexion composée. C'est selon ce mode qu'il convient de les justifier, c'est-à-dire en suivant les règles du béton armé et non pas celles du béton précontraint.
L'attention est attirée sur le fait que, lorsqu'un pont en béton armé est renforcé par précontrainte, celle-ci est totalement extérieure. Il convient de la protéger efficacement vis-à-vis de chocs accidentels, des risques de vandalisme et, parfois même, du feu.
L'ajout de forces par déformations imposées est utilisé, par exemple, pour régler la poussée d'un arc ou d'un portique à trois articulations. Il faut tenir compte du fait que le fluage du béton, même pour un béton très âgé, va réduire l'effet de la déformation imposée dans de fortes proportions (rappel ~ 2/3 dans le cas d'un béton âgé de 28 jours).
Le présent dossier est complété par le qui détaille les techniques de réparation et de protection du béton et des armatures.
