8.4 Fissures

 

8.4.1 Introduction

 

Généralités

Des fissures peuvent se développer dans le béton frais suite à une diminution brusque du volume de la zone superficielle du béton par la dessiccation. Ce dessèchement rapide est favorisé par une faible humidité de l’air, le vent, l’ensoleillement et des températures défavorables. Par contre après la prise, dans le béton au jeune âge, des fissures se forment lorsque la résistance à la traction est dépassée par les tensions de traction résultant des autocontraintes et des contraintes imposées, ainsi que des contraintes induites par des charges externes.  

Malgré sa haute résistance à la compression, le béton ne possède qu’une très faible résistance à la traction, de l’ordre de 2 à 3 N/mm2. Dans un élément soumis à une contrainte de traction ou de flexion, le béton reprend les contraintes de compression, et l’armature celles de traction. Une fois fissuré, le béton peut transmettre des contraintes significatives à l’acier d’armature.

Les ouvertures des fissures doivent être limitées afin de ne pas entamer la durabilité, l’étanchéité et l’aspect de l’ouvrage. Les exigences relatives à la fissuration, notamment l’ouverture admissible des fissures, sont à définir dans les documents contractuels avant l’exécution des travaux, entre les parties. La limitation de la fissuration joue un rôle essentiel dans le projet, pour la définition du taux d’armature et des étapes de bétonnage et, de ce fait, aussi vis-à-vis des coûts de la construction.

 

Aptitude au service

Durabilité

Les fissures représentent des points faibles dans la structure du béton. Les substances corrosives, néfastes pour le béton et l’armature pénètrent selon l’épaisseur et la profondeur des fissures plus ou moins rapidement dans le béton. Pour assurer la durabilité de l’ouvrage, les largeurs maximales des fissures admissibles pour les classes d’exposition XC et XD figurent au tableau 8.4.1.

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Tab. 8.4.1: Largeurs maximales des fissures admissibles pour les classes d’exposition XC et XD.

Apparence

Les fissures avec des ouvertures > 0.5 mm sont visibles, même à une distance d’observation importante (> 5 m) de l’élément d'ouvrage, et sont le plus souvent perçues comme gênantes. La limitation de l’ouverture des fissures selon des critères esthétiques dépend directement de la distance d’observation, de l’éclairage, de la texture de la surface et du niveau d’exigence de l’observateur. La figure 8.4.1 offre une évaluation de l’ouverture des fissures en fonction du niveau d’exigence esthétique et de la distance d’observation (béton de parement).

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Fig. 8.4.1: Evaluation de l’ouverture des fissures en fonction du niveau d’exigence esthétique et de la distance d’observation.



8.4.2 Typologie apparente
Le tableau 8.4.2 récapitule les types de fissures les plus importants et leur typologie apparente avec une courte description dans l’ordre de leur apparition au cours du temps dans l’ouvrage. Les points suivants sont essentiels pour la caractérisation des fissures:
  • le moment de la formation des fissures
  • la largeur des fissures (ouverture et changements)
  • la profondeur et le cheminement dans la structure du béton (p. ex. en forme de V)
  • les mouvements le long des lèvres des fissures
  • les venues d’eau dans les fissures
  • la coloration des bordures des fissures
  • les dépôts dans ou le long des fissures



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Tab. 8.4.2: Types de fissures et leurs typologies apparentes.

 

8.4.3 Causes et mesures préventives

 

Généralités

Les causes principales parmi les nombreuses raisons qui peuvent mener à une fissuration du béton sont résumées dans le tableau 8.4.3:

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Tab. 8.4.3: Causes de la fissuration du béton en rapport avec les sollicitations.

Les fissurations induites par des charges, des gradients de température et un tassement différentiel ne seront pas traités plus en détail (fig. 8.4.2).

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Fig. 8.4.2: Fissures de tassement dans une culée de pont (indiquées par des flèches rouges).

Les fissures induites par l’attaque par le gel ou par des sulfates, par la réaction alcalis-granulats ainsi que par la corrosion
de l’armature seront traitées séparément dans les chapitres 8.5 et 8.7 à 8.9.

 

Tassement du béton frais

Causes

Le tassement du béton frais est provoqué par la sédimentation des particules solides et la remontée simultanée de l’eau à la surface sous l’effet des différences de masse volumique (efflorescences). Il se produit avant la prise du ciment, c.-à-d. juste après la mise en place et le compactage du béton. Dans des cas défavorables, le tassement peut atteindre 1 % de l’épaisseur de l’élément de construction. Puisque le béton au jeune âge ne possède qu’une faible rigidité, il peut se fissurer au-dessus des décalages au niveau de la structure ou au droit des barres d’armature, surtout si l’épaisseur d’enrobage est faible (fig. 8.4.3).

Les fissures se formants dans le béton frais peuvent être evitées par un compactage et un traitement ultérieur. Cette mesure n’est cependant efficace que si elle est réalisée au bon moment, c.-à-d. avant le début de la prise.

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Fig. 8.4.3: Réseau orthogonal de fissures de tassement.

Mesures préventives

La fissuration induite par le tassement du béton frais peut être évitée ou limitée par les mesures suivantes:
  • le choix d’une consistance du béton frais plus raide
  • la diminution de la quantité d’eau de gâchage
  • l’augmentation de la teneur en farines et utilisation d’un ciment moulu plus finement, afin d’élever le pouvoir de rétention d’eau et de réduire le ressuage
  • le bétonnage des éléments de construction massifs en plusieurs couches frais sur frais ou un bétonnage lent.

 

Retrait précoce ou capillaire

Causes

Par temps ou vent chaud (foehn), des fissures marquées peuvent apparaître pendant les premières heures après le bétonnage, en particulier dans les éléments d'ouvrage horizontaux de grande dimension. Ces fissures caractérisées par leur répartition et leur moment de développement typiques (fissures de retrait précoce) sont causées par le retrait précoce ou capillaire avant la prise du béton (retrait et gonflement). Le développement des fissures peut être décrit en trois phases (fig. 8.4.4):

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Fig. 8.4.4: Evolution de la résistance à la traction du béton et de la tension de retrait.

Phase 1:
béton plastique: Le béton fraîchement mis en place et compacté libère de l’eau par le ressuage. Il apparaît alors à la surface du béton une pellicule d’eau. Cette pellicule d’eau s’amincit par évaporation. Dès que la pellicule d’eau disparait, c.-à-d. lorsque la surface commence à sécher, les espaces remplis d’eau dans le béton frais commencent également à se vider. Il se crée alors des tensions capillaires, aussi appelées tensions de retrait. Le béton frais se contracte en adoptant une structure plus dense. La perte d’eau s’accompagne d’une diminution de volume par le tassement du béton encore plastique.

Phase 2:
béton rigidifié: Les tensions capillaires sont inoffensives tant que le béton reste dans sa phase plastique. En se rigidifiant, la déformabilité plastique du béton se perd et les tensions de retrait peuvent dépasser la résistance à la traction du béton. De grandes fissures, en partie traversantes peuvent apparaître.
Phase 3: béton durci: A la fin de la prise, le développement de la résistance du béton commence, accompagnée du retrait lié à la dessiccation progressive du béton.

Les fissures de retrait précoce se distinguent par leur ouverture, leur profondeur et leur cheminement, comparées aux fissures de retrait de dessiccation. Ces dernières se forment dans le béton durci. Au lieu de se caractériser par un réseau de fissures, elles sont singulières et longues, et se développent souvent à partir des angles et des réservations. En général, les fissures de retrait précoce sont superficielles. Elles peuvent malgré tout présenter des ouvertures de 1 à 2 mm et au pire traverser l’élément de construction (fig. 8.5.4). Les éléments d'ouvrage horizontaux (dalles et radiers) présentent des surfaces exposées à une forte évaporation et sont particulièrement menacés par le retrait précoce ou capillaire. Les fissures représentent non seulement une atteinte à l’esthétique, mais aussi un affaiblissement de la résistance au gel. De plus, la perte d’eau peut affecter une hydratation suffisante du ciment à la surface du béton, lequel subit une diminution de résistance, montre une porosité élevée et une tendance au sablage. Dans des conditions sévères, un tel béton ne possède pas de durabilité suffisante.

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Fig. 8.4.5: Fissure profonde due au retrait précoce dans une carotte en béton.

Mesures préventives

Plus le taux d’évaporation à la surface est élevé, plus grand le risque de fissuration dû au retrait sera précoce. Ce risque est augmenté par le vent, les températures élevées et une faible humidité relative de l’air. La mesure préventive la plus importante est une cure immédiate et adéquate, telle qu’elle est décrite ici cureet ici monobéton. Il est recommandé de réaliser également cas échéant une cure intermédiaire. 

 

Dissipation de la chaleur d’hydratation

Causes

Les fissures dues à la dissipation de la chaleur d’hydratation se forment pendant les premiers jours après le bétonnage, dès que les tensions induites par les autocontraintes et les contraintes imposées dépassent la résistance à la traction du béton.

Les éléments de béton en train de durcir peuvent être entravés dans leur déformation. Ceci dépend du type de construction, du raccord aux éléments de construction préexistants déjà durcis, des dimensions et du déroulement du chantier. Il en résulte un risque de fissuration (tab. 8.4.4). Les fissures dues à la chaleur d’hydratation dissipée sont surtout observées dans des éléments de construction massifs d’une épaisseur supérieure à 50 cm. Pour la plupart des éléments de dalles ou de mur de bâtiment, le risque de ce type de fissuration est négligeable.

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Tab. 8.4.4: Entrave à la déformation et fissuration induite par la dissipation de la chaleur d’hydratation.

Mesures préventives

Les fissures dues à la dissipation de la chaleur d’hydratation peuvent être évitées ou limitées par des mesures de technologie du béton et des mesures supplémentaires.

Mesures liées à la technologie du béton:

Les mesures liées à la technologie du béton visent à réduire la température maximale Tmax et la différence de température ΔTmax (tab. 8.4.4). Il est recommandé de ne pas dépasser une température maximale Tmax de 60° C et de limiter la différence de température ΔTmax à 20 Kelvin.

Mesures à prendre pour la réduction de la température maximale Tmax:
  • l’utilisation d’un ciment à faible chaleur d’hydratation (LH) ou d’une classe de résistance inférieure
  • l’utilisation d’un ciment Portland composé ou la substitution du ciment par des additions réactives telle que la cendre volante
  • la limitation de la température du béton frais (conservation du granulat à l’ombre et arrosage avec de l’eau, bétonnage tôt le matin)
  • le stationnement des camions malaxeurs à l’ombre et arrosage du tambour malaxeur avec de l’eau
  • le refroidissement du béton par l’insertion de conduites permettant la circulation d’eau froide (effet sur Tmax et ΔTmax si les serpentins de réfrigération sont disposés au coeur du béton)
  • l’abaissement de la température du béton frais dans le camion malaxeur par refroidissement à l’aide d’azote 
Mesures de limitation de la différence de température ΔTmax:
  • éviter le décoffrage du béton au moment du pic de la température, afin d’empêcher un choc thermique (refroidissement rapide de la surface du béton). Ceci est particulièrement important en cas de basses températures de l’environnement immédiat ou d’éléments de construction massifs.
  • Utilisation de nattes isolantes. De cette manière, les différences de température dans l’élément de construction diminuent et la baisse de la température est ralentie. Les contraintes surviennent plus tard lorsque la résistance à la traction est déjà plus élevée . Il peut être judicieux d’attendre la culmination de la température (1 à 2 jours) avant de poser des nattes isolantes sur des éléments d'ouvrage massifs.
Mesures supplémentaires:
Les mesures supplémentaires servent à prévenir la fissuration par une réduction du degré d’entrave à la déformation et de délimiter l’ouverture des fissures si une certaine fissuration est tolérée. Ces mesures sont identiques à celles recommandées pour réduire le retrait et sont traitées plus en détail dans le chapitre suivant «retrait».

 

Retrait

Causes

Si le retrait endogène et le retrait de dessiccation sont entravés ou si le retrait de dessiccation ne se développe pas de façon régulière sur toute la section de l’élément d'ouvrage, des contraintes de traction apparaissent et peuvent conduire à une fissuration (retrait et gonflement). Le développement des fissures dépend fortement de la géométrie et du degré d’entrave de l’élément d'ouvrage. L’ouverture et la répartition des fissures sont déterminées par des aspects géométriques et l’armature.

Mesures préventives
Les fissures de retrait peuvent être évitées ou limitées par des mesures de technologie du béton.

Mesures de technologie du béton:
  • le choix d’une courbe granulométrique continue, afin d’améliorer le degré de compactage et de réduire la demande en eau du granulat
  • la réduction de la teneur en eau par l’emploi de fluidifiants
  • l’utilisation de produits réducteurs de retrait
  • une cure soignée au moment opportun

Mesures supplémentaires:
  • éviter les entraves et frottements avec le terrain en prévoyant une couche de glissement p. ex. faite de sable ou d’une feuille doublée (fig. 8.4.6)
  • l’absorption des contraintes aux angles saillants et aux ouvertures par une armature supplémentaire (fig. 8.4.7)
  • la délimitation de la fissuration à l’aide de joints. La disposition des joints dépend de nombreux facteurs, p. ex. le type de substrat du terrain, les mouvements prévus des éléments d'ouvrage, le déroulement du chantier et l’ordre des étapes de bétonnage, le terrain de fondation sous l’élément, l’armature et le développement de la chaleur d’hydratation du béton
  • la planification des joints de clavage (fig. 8.4.8 et fig. 8.4.9). Il s’agit d’une mesure très efficace également en cas de dissipation de la chaleur d’hydratation pendant un intervalle de temps de 5 à 15 jours.
  • la planification méticuleuse des étapes de bétonnage. Le nombre et les délais entre les différentes étapes de construction doivent être réduits le plus possible, afin de minimiser les déformations de retrait différentielles des étapes voisines qui s’entravent mutuellement.
  • la limitation des ouvertures des fissures par la pose d’une armature minimale pour une meilleure répartition des fissures (des fissures fines, mais réparties dans tout l’élément de béton affectent moins la durabilité du béton et sont, en règle générale, mieux tolérées que quelques grandes fissures isolées)

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Fig. 8.4.6: Disposition d’une couche de glissement sous une dalle de radier afin de réduire le frottement avec le terrain.

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Fig. 8.4.7: Fissuration d’une dalle en béton au pied d’un pilier induite par des concentrations de contraintes dans des angles rentrants (en haut), armature supplémentaire pour prévenir la fissuration (en bas).

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Fig. 8.4.8: Joint de clavage durant la construction d’un grand bâtiment.



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Fig. 8.4.9: Etapes de bétonnage d’un mur de soutènement (élévation) a) Solution non appropriée: risque de fissuration élevée. b) Solution appropriée: faible risque de fissuration.

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Tab. 8.4.5: Efficacité des différentes mesures visant à réduire le risque de fissuration.

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