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Solution constructive, 2008-03-01
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Les mortiers de rejointoiement pour les bâtiments de maçonnerie
ancienne : considérations pour la conception
Maurenbrecher, A. H. P.; Trischuk, K.; Rousseau, M. Z.; Subercaseaux, M. I.
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https://nrc-publications.canada.ca/eng/view/object/?id=adad39a0-1878-46a7-b448-fc46aeb3da81 https://publications-cnrc.canada.ca/fra/voir/objet/?id=adad39a0-1878-46a7-b448-fc46aeb3da81Les bâtiments en maçonnerie traditionnelle, soit ceux construits entre le XIXesiècle et
environ 1940, forment l’essentiel du parc de bâtiments anciens du Canada. En effet, plusieurs églises, hôpitaux, musées, palais de justice, pavillons universitaires, édifices gouvernementaux, entrepôts industriels et
immeubles à logement appartiennent à cette catégorie (Figure 1).
Les bâtiments en maçonnerie ancienne nécessiteront inévitablement des travaux de conservation destinés à prolonger leur durée de vie utile. Le rejointoiement des joints de mortier (Figure 2) est une intervention qui s’inscrit généralement dans un programme d’entretien régulier ou de restauration afin de rétablir la résistance aux infiltrations d’eau de la maçonnerie et de préserver son authenticité historique.
Les mortiers de rejointoiement pour les
bâtiments de maçonnerie ancienne –
Considérations pour la conception
Solution constructive n
o
67
Mortier d’assise en place Élément de maçonnerie Mortier de rejointoiement (joint typique de 25 mm)Figure 2.Le rejointoiement consiste à enlever le mortier de surface (endommagé) des joints et à regarnir les joints d’un nouveau mortier
par A.H.P. Maurenbrecher, K. Trischuk, M.Z. Rousseau et M.I. Subercaseaux
Une sélection et une mise en œuvre inappropriées des mortiers de
rejoin-toiement risquent de causer des dommages permanents aux murs de
maçon-nerie ancienne et d’entraîner la détérioration prématurée des mortiers de
rejointoiement. Cet article décrit les principaux aspects de la conception de
projets de rejointoiement de murs de maçonnerie qui contribuent à
pro-longer la durée de vie utile des éléments de maçonnerie et du mortier.
Le présent article devrait être consulté conjointement avecSolution constructive n° 68 : « Les mortiers de rejointoiement
pour les bâtiments en maçonnerie ancienne – Considérations pour l’exécution ».
Figure 1.L’édifice Connaught à Ottawa construit en 1913-1914 est recouvert de grès Wallace et Nepean avec du granit au niveau du sol
Risques liés au rejointoiement
Tous les aspects des travaux de rejointoiement – depuis la pré-paration des joints jusqu’aux conditions de cure, en passant par la sélection du mélange de mortier et l’exécution même – peuvent avoir des effets perma-nents sur l’intégrité visuelle et fonctionnelle d’un bâtiment historique. De fait, un rejoin-toiement inapproprié risque d’altérer l’aspect de la maçon-nerie et d’entraîner la détério-ration prématurée du mortier et de la maçonnerie. Au nom-bre des principaux types de dommages figurent :
• Les épaufrures ou traits de scie sur les arêtes des élé-ments de maçonnerie causés
par le dégarnissage du joint préalable-ment au rejointoiepréalable-ment, en particulier si des outils électriques ont été utilisés. Il en résulte un élargissement des joints et des dommages à la maçonnerie.
• La décoloration des éléments de maçon-nerie causée par le lessivage de la chaux d’un mortier frais à base de chaux qui n’a pas été correctement protégé des intempéries pendant les premières phases de la cure.
• La défiguration de la surface de maçon-nerie imputable à un mauvais agence-ment de la couleur, de la texture ou de la finition des joints;
• L’endommagement des arêtes des éléments de maçonnerie tendres imputable à l’uti -lisation de mortier dur (plus imperméable); • L’endommagement et l’effritement du
mortier causés par une résistance insuffisante aux cycles gel-dégel et des détails de construction vulnérables à l’infiltration d’eau (Figure 3).
Avant de commencer
Avant d’envisager un projet de rejointoiement, il importe d’effectuer une évaluation de l’intégrité structurale et de l’état des murs de maçonnerie et des fondations. Une inspection aidera le concepteur à se faire une bonne idée de la performance du bâtiment au fil des ans, des modifications apportées au bâtiment et des causes de toute détériora-tion. Elle permettra également de situer le caractère patrimonial du bâtiment dans une perspective historique. Il sera ainsi possible de planifier et d’effectuer les travaux de
2
réparation, d’entretien et de conservation de manière à obtenir les meilleurs résultats possibles.
Les éléments de l’enveloppe du bâtiment ne sont pas tous exposés aux mêmes charges environnementales. Ainsi, la base des murs situés à proximité des trottoirs et des routes risque d’être exposée au sel de déglaçage. Pour leur part, les cheminées et les projections horizontales des fenêtres et des parapets sont souvent exposées à des charges environnementales extrêmes, à la neige fondante et aux cycles gel-dégel. Une évaluation des types de charges que subissent les différentes sections de la maçonnerie sera d’une aide inestimable dans la sélection d’un mortier adapté à l’application envisagée. Par ailleurs, les interventions correctives visant à réduire les charges hygrométriques sur les éléments de maçonnerie auront un effet bénéfique sur la durée de vie utile de l’ensemble.
La conservation et le rejointoiement de bâtiments en maçonnerie ancienne, pour la plupart des bâtiments patrimoniaux, est un domaine d’expertise relativement jeune au Canada; il n’est donc pas donné à tous les concepteurs de jouir de l’expérience et des connaissances nécessaires pour réaliser ce genre de travail spécialisé. Si le bâtiment visé revêt une importance particulière, l’équipe de conception doit évaluer les avantages de retenir les services d’un spé-cialiste en conservation des maçonneries anciennes, qui sera notamment en mesure de la guider relativement aux questions
d’authenticité historique, de sélection et de mise en œuvre du mortier, de contrôle de la qualité et de la cure du mortier, et aux essais en laboratoire et sur le chantier nécessaires à une prise de décisions éclairée.
Sélection et conception de mélanges de mortier
Un mortier de rejointoiement doit 1) être compatible avec les caractéristiques des éléments de maçonnerie et du mortier d’origine; 2) présenter une résistance aux facteurs qui risquent de causer une détério-ration prématurée (p. ex., l’action du gel) et 3) être adapté au caractère patrimonial du bâtiment.
Les directives ci-dessous, qui visent à assurer la compatibilité des mortiers de rejointoiement avec la maçonnerie existante, sont pour la plupart qualitatives. Il ne sera possible de formuler des directives quantitatives que lorsque la recherche et l’expé -rience sur le terrain auront généré de plus amples données.
Résistance à la compression. La résistance
à la compression du mortier de rejoin-toiement devrait être inférieure à celle des éléments de maçonnerie existants et égale ou inférieure à celle du mortier d’origine. L’appréciation intuitive qui consiste généralement à croire que « ce qui est plus fort est meilleur » risque de se traduire par l’endommagement des éléments de maçon-nerie ou par la réduction de la durée de vie utile du mortier. Aussi, les spécifications sur la résistance à la compression
devraient-elles préciser une valeur
maxi-male, en plus d’une valeur minimale. Le
mortier de faible résistance tend à être « mou » ou plus souple, et peut ainsi répondre à de faibles mouvements différen-tiels sans se fissurer. Les mortiers de faible résistance ont une qualité « sacrificielle » : ils absorbent les contraintes exercées sur la maçonnerie et subissent, dans le cas d’une contrainte excessive, les dommages éventuels, épargnant ainsi les éléments de maçonnerie. Dans un contexte de durabilité
et de réversibilité des interventions, il est également à noter que les mortiers de faible résistance seront plus faciles à dégarnir lors des travaux d’entretien ou de réparation.
Caractéristiques de mouillage et de séchage.
Le mortier de rejointoiement devrait avoir des taux d’absorption d’eau et de perméance à la vapeur équivalents ou supérieurs à ceux du mortier d’assise et des éléments de maçonnerie. Un mortier plus perméable favorise l’assèchement de l’ensemble, ce qui permet d’éviter une accumulation de l’humidité dans les maçonneries (notam-ment les maçonneries d’élé(notam-ments denses). Par ailleurs, si jamais des sels sont présents dans la maçonnerie, ceux-ci auront ten-dance à migrer à travers le mortier plutôt qu’à travers des éléments de maçonnerie.
Adhérence. L’adhérence du mortier de
rejointoiement avec les éléments de maçon-nerie et le mortier d’assise (liaisonnement continu, mais pas nécessairement très fort) réduit le risque d’infiltration d’eau dans le joint, une caractéristique essentielle pour réduire le risque de dommages posé par les cycles gel-dégel. Un sable propre, bien calibré, sans fines d’argile (conforme à la norme CSA A179) et un mortier de faible rapport eau/liant et à faible teneur en ciment contribuent à réduire le retrait et la fissuration. Les mortiers à forte teneur en chaux sont plus mous et plus souples, ce qui réduit le risque de fissuration. L’adhérence dépend des pratiques sur le chantier telles que la qualité du dégarnissage ainsi que le compactage et la cure du mortier frais.
Apparence. La texture et la couleur doivent
être agencées à celles d’un mortier témoin, pour préserver l’authenticité historique et l’esthétique. Le sable est non seulement le principal constituant de mortier, mais il s’agit également d’un élément qui lui donne l’essentiel de sa couleur et de sa texture. On recourt parfois à des pigments; ceux-ci devraient être des oxydes inorganiques dont la teneur ne risque pas d’altérer sensi-blement les propriétés du mortier (prévoir tout au plus 10 p. 100 de pigments par poids de liant sec).
Résistance à l’action gel-dégel. La plupart
des régions canadiennes sont soumises à d’importants cycles gel-dégel (fluctuations de la température au-dessus et au-dessous du point de congélation). Conjuguée au mouillage, l’action gel-dégel peut causer l’effritement et l’érosion du mortier. En règle Il n’existe pas de mortier qui convienne
à tous les types de maçonnerie et à tous les climats canadiens. De fait, selon les caractéristiques des maçonneries et des charges environnementales, il faudra parfois recourir à plus d’un mortier pour un même projet.
générale, les cheminées, les parapets, les murs autoporteurs, les appuis de fenêtre, les escaliers extérieurs et les maçonneries situées au niveau ou en dessous du sous-sol sont les éléments architecturaux les plus exposés à un mouillage important. L’allonge-ment de la durée de vie utile du mortier de rejointoiement et des éléments de maçon-nerie exige un mortier de rejointoiement doté d’une bonne résistance aux cycles gel-dégel et des détails de construction qui permettent d’éviter la saturation en eau. L’ajout d’entraîneurs d’air au mélange de mortier peut améliorer la résistance à l’action des cycles gel-dégel et la maniabilité. De préférence, un tel additif devrait être incor-poré au mortier prémélangé de manière à éviter les erreurs de dosage au chantier (p. ex., la chaux hydratée SA est la chaux de type S à laquelle un entraîneur d’air a été ajouté). Parmi les facteurs qui contribuent à la résis-tance aux cycles gel-dégel figure une bonne adhérence, qui minimise l’infiltration d’eau dans le joint. Des essais sur de petits échan-tillons de maçonnerie peuvent dégager des données utiles concernant la performance de différents mélanges de mortier avec des éléments de maçonnerie spécifiques.
Résistance aux sels (p. ex., chlorures et sulfates). Un problème courant est la
migra-tion des sels de déglaçage dans les maçon-neries situées à proximité des routes et des chaussées. En effet, les sels peuvent être absorbés par les éléments de maçonnerie (selon leur porosité), puis se cristalliser et prendre de l’expansion à mesure que la maçonnerie sèche, causant des dommages. La meilleure intervention consiste à pro-téger la maçonnerie des sels de déglaçage. Les mortiers destinés à un ensemble de maçonnerie à teneur élevée en sels, comme les sulfates et les chlorures, devraient être évalués avant leur mise en œuvre. Si du ciment Portland entre dans la composition du mortier, ce constituant devrait être résis-tant aux sulfates.
Mélanges de mortier courants Les mélanges de mortier sont généralement définis selon le type de liant. On parlera donc de mortiers à base de chaux (hydratée), de mortiers à base de chaux hydraulique et de mortiers à base de ciment et de chaux. La pratique de l’industrie consiste à décrire les mélanges de mortier par les unités de volume de leurs principaux constituants. Un mélange 1:2:9, par exemple, contient
une unité de volume de ciment, 2 unités de chaux et 9 unités de sable. On peut choisir de mélanger les constituants au chantier ou d’utiliser un mortier prémélangé (commer-cialisé ou dosé sur mesure). Le tableau 1 présente des renseignements sur les dif-férents types de mortier utilisés de nos jours pour le travail de restauration. Ces renseigne-ments devraient être examinés conjointement avec la description précédente des propriétés de mortier, de manière à assurer un choix judicieux quant au mélange de mortier indiqué pour l’application envisagée. La norme A179 de la CSA décrit les dosages les plus couramment acceptés pour les mortiers à base de ciment et de chaux.
Des essais préalables aux travaux peuvent aider le concepteur à déterminer le mortier de rejointoiement indiqué ou à analyser les caractéristiques du mortier à remplacer. L’analyse d’échantillons du mortier de rejointoiement à remplacer peut fournir au concepteur un point de référence dans son choix du mortier de rejointoiement appro-prié. Des méthodes d’essai normalisées (voir la norme A179 de la CSA) permettent de déterminer la résistance à la compres-sion, la gradation du sable et l’adhérence en flexion. On pourra réaliser une analyse plus poussée, notamment de la résistance à l’action gel-dégel, si l’ampleur du projet le justifie. Le cas échéant, on recommande une méthode à cycles gel-dégel unidirec-tionnels, qui offre la représentation la plus fidèle des conditions réelles auxquelles sera soumise la maçonnerie.
4 Solution constructive no67
Les liants peuvent être classés comme suit : 1) Liants aériens (p. ex., chaux en pâte et chaux hydratée). Durcissent au contact de l’acide carbonique dérivé du dioxyde de carbone et de l’humidité de l’air – un processus très lent appelé « carbonatation »; 2) Liants aériens et
hydrauliques (p. ex., chaux hydraulique
[les impuretés d’argile présentes dans le calcaire confèrent à la chaux sa propriété hydraulique] et chaux hydratée con-tenant de la pouzzolane). Durcissent au contact du dioxyde de carbone ou de l’eau; 3) Liants hydrauliques (p. ex., ciment Portland, mortier de maçonnerie et mortier de ciment). Durcissent au contact de l’eau.
Tableau 1.Caractéristiques générales des mélanges de mortier
Mortier à base de chaux Mortier à base de chaux hydraulique
Mortiers à base de ciment Portland et de chaux*
Chaux hydratée (en poudre) ou chaux en pâte et sable dans des propor-tions de 1:2-3
Chaux hydraulique et sable dans des propor-tions de 1:2-3 Type N : 1:1:5-6 Type O : 1:2:8-9 Type K : 1:3:10-12 (voir l’annexe A de la norme A179 de la CSA) Composition • Durcit au contact du dioxyde de carbone et de l’humidité de l’air. • Faible résistance à la compression (0,5-2 MPa) • Taux élevé d’absorption d’eau et de perméance à la vapeur • Pouvoir d’« auto-guérison » des microfissures • Très souple et mou.
Peut absorber de faibles mouvements sans se fissurer. • Faible retrait • Durcit au contact du dioxyde de carbone et de l’eau.
• Les chaux hydrauliques peuvent être faible-ment, modérément ou éminemment
hydrauliques. • Large plage de
résis-tance à la compression (1-10 MPa)
• Durcit plus rapidement que les mortiers à base de chaux et de sable mais beaucoup plus lentement que les mélanges à base de ciment Portland. • Les propriétés des
mélanges peuvent varier considérable-ment selon le fabricant de chaux hydraulique.
• Durcit au contact de l’eau.
• Durcit plus rapide-ment.
• Large plage de résis-tance à la compression (2-15 MPa)
• Un mortier riche en ciment Portland pré -sente une plus grande résistance à la com-pression, un retrait plus important, une plus faible perméance à la vapeur et une moins bonne mania -bilité qu’un mélange riche en chaux
Propriétés
• Sections couvertes, à l’abri des risques de saturation d’eau et du gel • Endroits où le mortier à
base de chaux a fait montre d’une bonne performance, dans la mesure où les condi-tions environnemen-tales sont demeurées les mêmes
• Les rares immeubles historiques rejointoyés avec ce type de mortier au Canada et les essais en laboratoire laissent croire à une résistance adéquate au gel, moyennant une exposi-tion modérée et un contrôle de la qualité rigoureux.
• La pratique et les vastes recherches au Canada ont démontré que le mortier de type O incorporant un entraîneur d’air (résis-tance à la compression de 3-9 MPa) fait montre d’une performance adéquate pour un vaste éventail de conditions.
Usages
• Durcit très lentement. • Très faible résistance
au gel initiale
• Une cure contrôlée est essentielle pour opti-miser la performance et pour éviter que la chaux ne soit lessivée et ne tache la maçonnerie. • Un volume donné de
chaux en pâte contient considérablement plus de chaux qu’un même volume de chaux hydratée.
• Durcit lentement. • Performance peu
docu-mentée sous les climats canadiens
• L’apport d’un spécial-iste en conservation de maçonneries anciennes est recommandé. • Le contrôle de la
qual-ité pendant la mise en œuvre et la cure doit être rigoureux.
• Peut entraîner une résistance à la com-pression excessive par rapport aux éléments de maçonnerie, ce qui risque d’endommager ces derniers.
• Si l’authenticité his-torique est un facteur, ces mortiers peuvent ne pas être indiqués.
Remarques
* Les mortiers de maçonnerie ou de ciment souvent utilisés dans la construction en maçonnerie moderne, (ils contiennent déjà un entraîneur d’air) peuvent être une alternative aux mortiers à base de ciment Portland et de chaux. Les spécialistes de la conservation pour qui il est important de savoir exactement la composition du mortier n’utilisent pas de mortiers commercialisés puisque les fabricants peuvent en modifier la formule à leur gré.
« Solutions constructives » est une collection d’articles techniques renfermant de l’information pratique issue de récents travaux de recherche en construction.
Pour obtenir de plus amples renseignements, communiquer avec l’Institut de recherche en construction, Conseil national de recherches du Canada, Ottawa K1A 0R6.
Téléphone : (613) 993-2607 Télécopieur : (613) 952-7673 Internet : http://irc.nrc-cnrc.gc.ca
© 2008
Conseil national de recherches du Canada Mars 2008
ISSN 1206-1239
Pratiques sur le chantier et entretien
Même un excellent mortier sera peu perfor-mant si sa mise en œuvre et sa cure n’ont pas été bien exécutées. Un rigoureux con-trôle de la qualité est nécessaire au chantier puisque les mortiers de faible résistance pardonnent moins les erreurs d’exécution que les mortiers de maçonnerie moderne. Une fois les travaux terminés, le concepteur devrait proposer au propriétaire de l’ouvrage un programme d’inspection et d’entretien régulier. Solution constructive n° 68 présente certaines considérations d’exécution clés. Sommaire
• Le rejointoiement de maçonneries anciennes peut endommager les éléments de maçonnerie de manière permanente. En revanche, s’il est bien exécuté, il peut restaurer l’esthétique et améliorer la résistance aux intempéries du bâtiment. • Le mortier de rejointoiement doit être
compatible avec les éléments de maçon-nerie existants et avec le mortier d’assise tout en offrant une durabilité raisonnable. Un mélange de mortier utilisé pour une réparation antérieure ne devrait pas être adopté à nouveau sans évaluation préalable.
• Un mortier de rejointoiement universel n’existe pas. Le choix du mortier doit être adapté à la maçonnerie (p. ex., résistance et adhérence) et à la rigueur des condi-tions climatiques. C’est pourquoi une inspection détaillée s’impose avant la planification des travaux.
• Les mortiers de faible résistance pardon-nent moins les erreurs d’exécution et de cure que les mortiers des maçonneries modernes. Il faut tenir compte de ce fait à toutes les étapes du processus, depuis la conception et le dosage du mortier jusqu’au contrôle de la qualité au chantier. Lectures complémentaires
Maurenbrecher, A.H.P., Trischuk, K., Rousseau, M.Z., Subercaseaux, M.I., « Les mortiers de rejointoiement pour les bâtiments en maçonnerie ancienne – Considérations pour l’exécution », Solution constructive
n° 68 , Institut de recherche en
construc-tion, Conseil national de recherches du Canada, mars 2008.
Maurenbrecher, A.H.P., Trischuk, K., Rousseau, M.Z., Subercaseaux, M.I., Les
mortiers de rejointoiement pour la conser-vation des maçonneries anciennes, Rapport
de recherche n° 225, Institut de recherche en construction, Conseil national de recherches du Canada, mars 2007, http://irc.nrc-cnrc. gc.ca/pubs/rr/rr225/index.php?lang=f. Maurenbrecher, A.H.P., « Comment éloigner l’eau des façades en maçonnerie », Solution
constructive n° 23, Institut de recherche en
construction, Conseil national de recherches du Canada, déc. 1998 http://irc.nrc-cnrc.gc.ca/ pubs/ctus/23_f.html.
Norme A179-F04 de la CSA. Mortiers et
coulis pour la maçonnerie en éléments.
CSA, 2004. Cette norme porte sur les mortiers des maçonneries modernes, mais l’annexe A traite des mortiers destinés aux maçon-neries anciennes.
A.H. Paul. Maurenbrecher est un ancien agent
de recherche (retraité) du programme Enveloppe et structure du bâtiment de l’Institut de recherche en construction du Conseil national de
recherches du Canada.
Ken Trischuk est un agent technique et Madeleine Z. Rousseau est une agente du
Conseil de recherches pour ce même programme.
María I. Subercaseaux est une architecte-conseil
en conservation à la Direction de la conservation du patrimoine de Travaux publics et Services gouvernementaux Canada, à Ottawa .
Le site Web sur la maçonnerie de l’Institut de recherche en construction du CNRC contient de plus amples ren-seignements sur les mortiers de rejoin-toiement de même que des liens vers des sites Web connexes : http://irc.nrc-cnrc. gc.ca/bes/hmpe/masonry/index_f.html
