Mécanismes de décollement et de propagation à l’interface

Le mode de propagation de la fissuration dans une réparation en béton soumise au séchage est encore mal connu. Le mécanisme de propagation des fissures lorsqu’elles atteignent l’interface est pourtant un phénomène majeur pour la durabilité des réparations. En effet, nous ne savons pas si les fissures, lorsqu’elles atteignent l’interface, vont se propager dans le support ou bien si elles vont se propager le long de l’interface et ainsi provoquer le décollement de la réparation. Peu d’études traitent de cet aspect du comportement mécanique des réparations en béton et la majorité d’entre elles sont des études numériques, comportant des hypothèses selon les modèles numériques mis en œuvre.

Il semble que, dans le cas de fissuration de séchage, la valeur de l'adhérence entre la réparation et son support soit déterminante sur le mécanisme de propagation des fissures au niveau de l’interface (Sadouki et coll., 1997)(Bernard et coll., 2000). En effet, il est possible qu'une adhérence minimale existe, en dessous de laquelle les fissures de retrait se propageraient le long de l'interface en décollant la réparation, alors qu'au-dessus de cette valeur critique, les fissures se propageraient dans le support (Figure 3.10).

Considérons le cas simplifié d’une poutre réparée séchant par une seule face parallèle à l’interface entre la réparation et le support. Dans le cas d’un chargement uniquement hygrothermique, les contraintes de retrait empêché sont orientées perpendiculairement à la direction de séchage, c’est à dire parallèlement à l’interface dans notre cas. Pour provoquer le décollement de la réparation ou pour générer de la fissuration le long de l’interface, il faudrait que les contraintes normales soient perpendiculaires à l’interface. Seules des conditions limites particulières peuvent faire en sorte que l’orientation des contraintes normales soit modifiée et devienne telle que l’interface se trouve sollicitée en traction. Ces conditions limites sont d’une part les zones de régularisation des contraintes que sont les extrémités de la poutre (Figure 3.11), mais d’autre part les pointes de fissure (Figure 3.13).

Figure 3.10: Mode de fissuration au niveau de l’interface selon la valeur de l’adhérence. Seuls le cas de référence et le cas dont l’adhérence vaut 90% de 2,5 MPa ne présentent aucun décollement (d’après Bernard et coll., 1998)

Figure 3.11: Figure 3.11: Décollement dans les zones de régularisation aux extrémités d’un élément réparé

Figure 3.12: Figure 3.12: Décollement dans les zones de régularisation (d’après Kabele et coll., 1999)

Dans le cas d’un début de délamination dans les zones de régularisation aux extrémités de la poutre, nous ne savons pas si celle-ci peut se propager le long de l’interface et provoquer le décollement total de la couche de réparation ou si elle se stabilise une fois propagée suffisamment loin des bords Figure (3.12).

En pointe de fissure, les conditions limites « locales » pourraient également induire un décollement par propagation de fissures le long de l’interface. En effet, lorsqu’une fissure se propage jusqu'à l’interface, une poursuite du séchage peut induire un tuilage de la réparation entre deux fissures et ainsi générer des contraintes perpendiculaires à l’interface de la même façon qu’aux extrémités de la poutre (Figure 3.13). Un décollement pourra alors survenir tout dépendant de l’espacement des fissures et de l’épaisseur de la réparation et bien sur de la résistance du collage entre les deux matériaux.

Figure 3.13: Décollement par tuilage en pointe de fissure

Le décollement de la réparation dans les zones de régularisation a été observé expérimentalement à plusieurs reprises (Bernard, 2000). En revanche, le second mécanisme de décollement par tuilage entre deux fissures n’a pas encore été observé expérimentalement et demeure pour l’instant une hypothèse qui reste à vérifier.

OBJECTIFS ET MÉTHODOLOGIE DU PROJET DE RECHERCHE

Ce chapitre décrit les objectifs du projet de recherche et la méthodologie adoptée pour y répondre. Un exposé détaillé des objectifs fixés est tout d’abord réalisé puis le programme de recherche est décrit dans son ensemble. Dans ce cadre, les paramètres de l’étude sont présentés ainsi que les différents essais et techniques employés ou mis en œuvre lors de la réalisation du projet.

4.1 CONTEXTE GENERAL DU PROJET

Actuellement, les réparations constituent un important problème en génie civil. En effet de nombreux ouvrages en béton nécessitent des réparations, que ce soit des trottoirs, des routes, des tabliers ou des piliers de ponts. Les maîtres d’ouvrages sont donc confrontés à un important problème aussi bien financier que technique. Il s’agit d’un problème financier car le volume d’ouvrage nécessitant des réparations est important. Par exemple selon une étude récente, sur 22000 pont recensés aux États Unis, 17000 requièrent des réparations (Montagnon, 1999). Cela constitue également un problème technique car il faut réaliser des réparations rapides à mettre en œuvre et avec un coût minimum, mais aussi des réparations durables. Ce problème nécessite donc de développer à la fois de nouvelles techniques de réparation, comme le béton projeté ou le béton autonivelant, mais également de mieux comprendre la problématique générale des réparations en béton afin de concevoir des matériaux qui soient les mieux adaptés possible.

Dans ce contexte, le Centre de recherche interuniversitaire sur le béton de l’Université Laval à Québec mène des recherches dans le domaine des réparations depuis environ 10 ans. Les principaux sujets de recherche ont porté jusqu’à maintenant sur les thèmes suivants :

• Les techniques de préparations de surface et leur incidence sur l’adhérence de la réparation à son support.

• L’influence de l’état hydrique du support au moment de la mise en place de la réparation sur l’adhérence développée.

• L’effet délétère du séchage sur la durabilité de l’adhérence entre le support et le matériau de réparation.

• La capacité d’adaptation par fluage des matériaux de réparation.

Actuellement, plusieurs projets de recherche sont en cours sur la problématique des réparations. La plupart s’insèrent dans le cadre de la Chaire industrielle sur le béton projeté et les réparations en béton de l’Université Laval. Ce sont notamment des projets visant l’étude du comportement mécanique des réparations sous chargement statique et différé, ainsi que l’étude du comportement des réparations sous sollicitation dynamique.

Le présent projet de recherche s’intéresse pour sa part au comportement sous chargement hydrique des réparations minces en béton. Le terme « réparation mince » fait référence au travail de réfection superficiel qui consiste à restaurer la surface d’un ouvrage en ajoutant une couche de béton non armée après en avoir dégagé la partie endommagée (Figure 4.1). L’épaisseur d’une réparation mince est de l’ordre de 50 à 100 mm. Une réparation mince diffère donc d’une reconstruction partielle qui est parfois envisagée pour certains ouvrages pour lesquels l’endommagement est tel que la capacité structurale est affectée.

armature non dégagée armature dégagée

Figure 4.1: Schématisation d’une réparation mince avec armature exposée ou non