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Chapitre 1 Introduction

Table des matières

Le béton est un matériau de construction dont les propriétés à l’état frais et durci permettent son utilisation dans diverses circonstances. Toutefois, dépendant de la qualité de la mise en place du béton et des conditions environnantes, il arrive parfois que les propriétés mécaniques du béton soient plus faibles que celles désirées. Les sollicitations auxquelles le béton est soumis peuvent alors entraîner le vieillissement prématuré de certaines structures. À preuve, au printemps 1998, le Centre d’Expertise et de Recherche en Infrastructures Urbaines faisait état qu’environ 38% des ouvrages d’art avaient besoin d’être réparés dans la région métropolitaine de Montréal, pour un montant annuel de 4,9 millions de dollars, sans compter les 2,4 millions de dollars nécessaires pour le remplacement de certaines structures [Machabée, 2001].

Afin d’atteindre ou d’allonger la vie utile des structures en béton, une ou plusieurs interventions doivent être réalisées dans bien des cas. Certaines structures doivent parfois être rebâties lorsque l’endommagement est trop sévère. Règle générale, l’évaluation de la structure débute par une inspection visuelle pendant laquelle les défauts de surface, la présence d’agents agressifs ou de pathologies telle la RAG peuvent être décelés. Toutefois, l’inspection visuelle ne donne qu’un indice de la gravité de la détérioration de l’élément. Depuis les 30 dernières années, les développements technologiques ont donné lieu à l’élaboration de plusieurs appareils commerciaux permettant l’évaluation des ouvrages en béton [Bungey et Soutsos, 2001]. Il existe des méthodes d’évaluation non destructives, ne portant aucune atteinte à la structure, ou destructives. Une combinaison des méthodes destructives et non destructives est parfois utilisée. Il est alors possible d’avoir une expertise in situ plus générale et approfondie de l’état des structures et de déterminer les endroits critiques devant être réparés.

Lorsqu’un élément endommagé doit être réparé, diverses méthodes de préparations de surface peuvent être utilisées pour enlever le béton détérioré : le marteau pneumatique, l’hydrodémolition, la scarification, etc. Plusieurs études soulignent qu’un endommagement de la surface préparée peut être induit avec certaines préparations de surface (voir section 2.2.1), réduisant ainsi l’adhérence subséquente des réparations. Toutefois, malgré tous les travaux qui ont été réalisés à propos des préparations de surface, il n’y a aucune méthode à l’heure actuelle qui permet de quantifier l’intégrité d’une surface préparée avant la mise en place de la nouvelle chape de béton.

L’objectif principal de ce projet est de développer et valider une technique permettant de quantifier l’intégrité d’une surface en béton préparée avant la mise en place d’une réparation mince sur cette dernière. À cet objectif principal s’ajoutent les objectifs spécifiques suivants :

• Quantifier l’effet des méthodes de préparation courantes sur l’intégrité d’une surface en béton;

• Établir, s’il y a lieu, la corrélation entre la rugosité de la surface préparée et l’adhérence d’une réparation;

• Émettre des recommandations quant à des critères d’acceptation relatifs à la préparation de surface et à l’adhésion d’une réparation.

Afin de répondre aux objectifs précédents, le programme expérimental a été divisé en trois principaux volets. Le premier volet a porté sur l’évaluation de l’intégrité de surfaces en béton préparées avec différentes méthodes de préparation. Dans un premier temps, des observations au microscope binoculaire et des essais d’absorption capillaire ont été réalisés. Ils ont permis respectivement de quantifier l’endommagement des surfaces et de déterminer si la porosité en surface peut être influencée par la méthode de préparation. Dans un second temps, la résistance mécanique des surfaces préparées a été évaluée par des essais de cohésion en traction, qui consistent en des essais d’arrachement (« pull-off ») adaptés à des surfaces irrégulières. Les méthodes de préparation employées sont le polissage, le jet de sable, la scarification, le jet d’eau (hydrodémolition) et le marteau pneumatique.

L’essai de cohésion en traction adapté dans le présent projet à des surfaces irrégulières permet d’évaluer la résistance d’une surface préparée. Toutefois, les précautions nécessaires pour réaliser convenablement l’essai et le temps requis pour coller les pastilles métalliques représentent des inconvénients majeurs sur chantier. De plus, l’essai de cohésion en traction est limité pour l’instant à des surfaces horizontales. Le second volet a donc consisté à développer et valider une nouvelle méthode d’évaluation quantitative des surfaces préparées facile à mettre en œuvre, applicable peu importe l’orientation de la surface et réalisable sur une courte période de temps. Afin de pouvoir valider l’essai développé, trois autres méthodes d’évaluation, dont l’essai de cohésion en traction, ont également été employées. Il est à noter que la nouvelle méthode se doit d’être utilisable tant sur des surfaces horizontales, que sur des surfaces verticales ou surplombantes.

Le troisième et dernier volet expérimental traite de l’influence de l’état du substrat (endommagement et rugosité) sur l’adhérence de la réparation. Il vise notamment à vérifier s’il existe une corrélation entre la rugosité de surface et l’adhérence de la réparation. Les mêmes surfaces préparées que celles utilisées au premier volet expérimental ont été retenues pour caractériser la rugosité de différentes surfaces. Suite à la réparation des surfaces, des essais d’adhérence ont été réalisés. Une modélisation de l’essai d’adhérence a également été effectuée afin de vérifier de quelle manière la rugosité de surface influence les contraintes présentes à l’interface du système de réparation.

Dans un premier temps, le Chapitre 2 présente une revue de la documentation scientifique. La définition d’un système de réparation, la caractérisation de la microstructure et les mécanismes d’adhésion qui caractérisent la zone de transition entre le substrat et le matériau de réparation y sont d’abord explicités. Ensuite, les divers paramètres qui influencent l’adhérence des réparations sont présentés. L’objectif principal du projet étant de développer une méthode de caractérisation quantitative du béton in situ, la revue de documentation évoque également les principales méthodes d’évaluation existantes. Par la suite, un sommaire des méthodes permettant la quantification de la rugosité de surface est présenté. La revue de documentation se termine par un résumé des études qui ont porté sur la modélisation de l’essai d’adhérence.

Le premier volet du programme expérimental, exposé au Chapitre 3, traite de l’effet des méthodes de préparation de surface sur l’intégrité des surfaces préparées et vise également à valider l’essai de cohésion en traction. Le Chapitre 4 présente par la suite les résultats du second volet expérimental qui ont conduit au développement d’une nouvelle méthode d’évaluation quantitative des surfaces préparées, soit l’essai accéléré de cohésion. Pour sa part, le troisième volet du programme expérimental est divisé en deux chapitres. D’une part, le Chapitre 5 expose les résultats expérimentaux de l’étude de l’adhérence des réparations. D’autre part, les calculs par éléments finis, relatifs à l’influence de la rugosité de surface sur les contraintes à l’interface lors de l’essai d’adhérence, sont exposés au Chapitre 6. Puis, le Chapitre 7 présente les conclusions majeures du projet ainsi que les recommandations quant aux choix des méthodes de préparation et de caractérisation quantitative des surfaces préparées. Quelques perspectives de recherche sont finalement proposées.

© Normand Bélair Jr, 2005