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1 SOMMAIRE INTRODUCTION GENERALE 1 PARTIE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE 4 CHAPITRE 1: PROCESSUS DES REPARATIONS DES OUVRAGES DEGRADES EN BETON INTRODUCTION DEGRADATION DU BETON Origines et causes de dégradation du béton Dégradations d origine physique Dégradations d origine mécanique Dégradations d origine chimique Autres causes de dégradation Facteurs d influences sur la dégradation des ouvrages Facteurs liées à la conception de la structure Facteurs liées à la construction de la structure Facteurs liées à la nature des matériaux Facteurs liées aux conditions climatiques et environnementaux Symptômes et manifestations de dégradation REPARATION DES OUVRAGES Définition Système de réparation Préparation des surfaces a réparé Enlèvement du béton dégradé Nettoyage de la surface Humidification de la surface Protection et remplacement des aciers CRITERES DE SELECTION DES MATERIAUX DE REPARATION Présentation des produits de réparation Les liants hydrauliques Les polymères (Produits a base de résines de synthèse) Les liants mixtes (liants hydrauliques associés a des polymères) Les latex Choix des produits PROBLEME DES REPARATIONS Les phénomènes agissants sur le comportement des réparations minces Le retrait Le retrait plastique Le retrait thermique Le retrait de carbonatation Le retrait endogène Le retrait de séchage i

2 Le Fluage Paramètres influençant le fluage Fluage en traction Capacité d adaptation par fluage Durabilité d une réparation en béton Définition d une réparation durable L interface béton vieux- béton neuf Mécanismes d adhérence Paramètre influençant l adhérence Rugosité et intégrité du substrat L utilisation d un agent de liaison Propriété du matériau de réparation Mouillage préalable du substrat CONCLUSION 61 CHAPITRE 2: LES BETON DE SABLE INTRODUCTION ORIGINES DES BETONS DE SABLE DEFINITION LES COMPOSANTS DU BETON DE SABLE Sables Les fines d ajouts (filler) Filler calcaire Fumé de silice Les ciments L eau Les adjuvants Autres ajouts Les fibres Les gravillons Les colorants PROPRIETES DES BETONS DE SABLE Résistance et maniabilité Granulométrie- Résistance Durabilité FORMULATION DES BETONS DE SABLE DEFORMATION DES BETONS DE SABLE Le retrait des bétons de sable 76 ii

3 Comportement des bétons de sable au fluage EXEMPLES D APPLICATIONS DES BETONS DE SABLE CONCLUSION PARTIE II : ETUDE EXPERIMENTALE CHAPITRE 3: MATERIAUX, MELANGES ET PROCEDURES INTRODUCTION MATÉRIAUX UTILISÉS Sable Ciment Eau de gâchage Les ajouts minéraux Filler calcaire Fumée de silice Superplastifiant Latex Fibres polypropylène MÉLANGES Formulation du béton de sable Formulation du béton de sable de réparation COMPOSITION DES BETONS MODE OPERATOIRE CONFECTION DES EPROUVETTES ESSAIS RÉALISÉS Essai réalisé à l état frais Essais réalisée à l état durci CALCULE DU MODULE D ELASTICITE PROCEDURE DE REPARATION DES EPROUVETTES Préparation des surfaces Réparation des surfaces CONCLUSION CHAPITRE 4 : PRESENTATION ET DISCUSSION DES RESULTATS INTRODUCTION FORMULATION DU BETON DE SABLE Effet d ajout de filler calcaire Résistance mécanique a la compression Résistance mécanique a la traction Effet d ajout du superplastifiant Maniabilité Résistance à la compression Résistance à la traction Influence de la réduction du rapport E/C Maniabilité Résistance à la compression Résistance à la traction. 113 iii

4 Retrait du béton de sable (BS-SPE2) FORMULATION DU BETON DE SABLE DESTINEE A LA REPARATION Addition du fumée de silice Effet de fumé de silice sur le béton frais Effet de fumée de silice sur la résistance à la compression Effet de fumée de silice sur la résistance à la traction Effet de fumée de silice sur le retrait et la perte de masse Addition de fibres polypropylène Effet de fibres polypropylène sur le béton frais Effet de fibres polypropylène sur la résistance à la compression Effet de fibres polypropylène sur la résistance à la traction Effet de fibres polypropylène sur le retrait et la perte de masse Addition de latex Effet de latex sur le béton frais Effet de latex sur la résistance à la compression Effet de latex sur la résistance à la traction Effet de latex sur le retrait et la perte de masse Addition d une combinaison (fibres polypropylène + latex) Effet d une combinaison (fibres+latex) sur le béton à l état frais Effet d une combinaison (fibres+latex) sur la résistance a la Compression Effet d une combinaison (fibres+latex) sur la résistance a la traction Effet d une combinaison (fibres+latex) sur le retrait et la perte de masse CAPACITE D ABSORPTION D EAU DES DIFFERENTES FORMULATIONS DE BETONS DE SABLE MODULE D ELASTICITE DES DIFFERENTS MATERIAUX REPARATION DES ELEMENTS EN BETON Procédure de réparation Evaluation de la compatibilité déformationelle Réparations soumises au séchage seule Réparations soumises à une contrainte de compression CONCLUSION. 144 CONCLUSION GENERALE. 147 PERSPECTIVES 150 BIBLIOGRAPHIE ANNEXE. 154 iv

5 Liste des figures N Figure Page 1.1 : Stratégie d intervention à réparer [9] : Les trois principales étapes d une bonne réparation. [9] : Facteurs affectant la compatibilité des matériaux de réparation [1] [13] : Déformation endogène de la pâte de ciment [9] : Résistance en compression des différents matériaux de réparations [9] : Retrait endogène des différents matériaux de réparations [9] : Développement de la résistance en compression des différents matériaux [14] : Développement de du module de Young des différents matériaux [14] : Développement de la résistance en traction par fendage [14] : Résultats des essais de retrait endogène [14] : Relation entre retrait et perte de masse en conditions contrôlées de température et d humidité [14] : Processus de fissuration due au séchage [9] [13] [14] : Prisme de séchage uniaxial [9] : Retrait de séchage des différents bétons [9] : Perte de masse des différents bétons [9] : Résultats de pertes de masse au séchage des matériaux de réparation [14] : Résultats de retrait avec séchage des matériaux de réparation [14] : Relaxation de la contrainte de compression sous l application d une déformation constante de 360 µm/m [9] : Déformation d un béton soumis à une charge constante dans le temps. Principe de sommation du fluage propre, du fluage de séchage et du retrait libre [9] : Fluage à 28 jours en fonction de la teneur en granulats pour un béton chargé à 14 jours à une contrainte représente 50% de la résistance ultime en compression [9] : Influence de l age au moment du chargement sur la cinétique du fluage [9] : Fluage d un béton exposé `a différents degrés d humidité [9] : Rapport fluage total spécifique/ retrait total [9] : Indicateurs de durabilité d une réparation en béton [14] : Système de réparation à trois phases [9] : Mécanismes d adhérence [8] [9] 55 v

6 1.27 : Influence de la technique d enlèvement du béton détérioré [9] : Effets possibles du retrait différentiel entre deux bétons [8] : Test de traction directe sur éprouvettes bicouches constituées d un substrat en béton ordinaire et d un matériau de réparation [9] : Effet du dosage et de la finesse de l addition sur la résistance [24] : Effet de la granularité sur la résistance [24] : Evolution de la compacité en fonction du dosage en fines pour deux types de sable [27] : Effet du dosage et de la finesse d un correcteur calcaire même dosage en ciment [27] : Amélioration des résistances par synergie de différents ajouts [27] : Retrait d'auto-dessiccation (BS-BO) [32] : Retrait total en fonction du taux de séchage BS [22] : Evolution de la perte en poids (%) dans le temps (jours) [32] : Fluage propre (BS et BO) [34] : Taux de déformation du fluage propre (BS et BO) [32] : Modèle du fluage propre du BS [34] : La courbe granulométrique du sable concassée : La courbe granulométrique du filler calcaire : L évolution de la résistance a la compression en fonction du temps et du dosage en FC : Effet du dosage de FC sur la résistance mécanique à la compression à 28 jours : Effet du dosage de FC sur la résistance mécanique à la compression à 90 jours : L évolution de la résistance à la traction en fonction du temps et du dosage en FC : Effet du superplastifiant sur l affaissement : L évolution de la résistance à la compression en fonction du temps et du SP : Effet du superplastifiant sur la résistance à la compression à 28jours : Effet du superplastifiant sur la résistance à la compression à 90jours : L évolution de la résistance à la traction en fonction du temps et du SP : Effet du rapport E/C sur l affaissement : L évolution de la résistance à la compression en fonction du temps et du SP : Effet du rapport E/C sur la résistance à la compression a 28jours : Effet du rapport E/C sur la résistance à la compression à 90jours : Effet du rapport E/C sur la résistance à la traction à 28jours : L évolution de la résistance à la traction en fonction du temps et du E/C : Déformation du retrait du béton de sable BS-SPE vi

7 4.17 : Pertes de masse du béton de sable BS-SPE : Effet du Fumée de silice sur la résistance à la compression en fonction du temps : Effet du Fumée de silice sur la résistance à la traction en fonction du temps : Effet du Fumée de silice sur la déformation du retrait : Effet du Fumée de silice sur la perte de masse : Effet de fibres polypropylène sur la résistance à la compression en fonction du temps : Effet de fibres polypropylène sur la résistance à la traction en fonction du temps : Effet de fibres polypropylène sur la déformation du retrait : Effet de fibres polypropylène sur la perte de masse : Effet du latex sur la résistance à la compression en fonction du temps : Effet du latex sur la résistance à la traction en fonction du temps : Effet du latex sur la déformation du retrait : Effet du latex sur la perte en masse : Effet d une combinaison fibre+latex sur la résistance à la compression en fonction du temps : Effet d une combinaison fibre+latex sur la résistance à la traction en fonction du temps : Effet d une combinaison fibre+latex sur la déformation du retrait : Effet d une combinaison fibre+latex sur la perte de masse : Capacité d absorption d eau des différentes formulations : Variation du module d élasticité des différents matériaux 137 vii

8 Liste des tableaux N Tableau Page 1.1 : Principaux symptômes de la dégradation de béton [2] : Propriétés des matériaux de réparation de béton typique [10] : Propriétés types* du béton modifié aux résines et du béton de ciment Portland [3] : Tableau comparatif des caractéristiques des produits les plus utilisés [12] : Résistance et module en compression et résistance en traction à 28jours : Relation entre la granulométrie et le dosage en ciment [24] :Amélioration d un béton de sable par ajouts successifs avec un dosage en ciment 350Kg/m 3 [27] : Composition des bétons d essais (BS-BO) [32] : Caractéristiques mécaniques des bétons d essais (BS-BO)[32] : Formulation et caractéristiques mécaniques des bétons de sable de réparation de quelques ouvrages : Caractéristiques physiques du sable : Caractéristiques physiques du ciment : Composition chimique du ciment : Composition minéralogique du ciment : Caractéristiques physiques du filler calcaire : Caractéristiques physiques de la fumée de silice : Compositions du béton de sable : Composition des trois séries des bétons de sable : Composition des quatre séries des bétons destinée a la réparation : Caractéristiques mécaniques du B.S à l age de 28jours : Composition du béton de sable BS : Composition du béton de sable BS-SP : Caractéristiques du béton de sable témoin BS-SPE : Composition du béton de sable témoin BS-SPE : Affaissement du béton de sable témoin avec F.S. 117 viii

9 4.7 : Affaissement du béton de sable avec fibres polypropylène : Affaissement du béton de sable avec latex : Résultats d essais de traction pour deux modes de cure de béton de latex : Affaissement du béton de sable avec (fibres+ latex) : Valeurs du Module d élasticité des matériaux de réparation : Béton de Réparation et conditions de surface : Etat d adhérence des réparations sous chargement. 142 ix

10 Liste des photos N Photo Page 1.1 : Exemple de dommages causé par le gel-dégel : Intrados des ponts dégradés : Barrières de retenue dégradée : Carbonatation du béton : Différents types de dégradation [6] : Fissuration caractéristique en faïençage causée par la réaction alcalis- silice dans un mur de soutènement à Ottawa : Faïençage lié a une attaque sulfatique : Dégradation causé par incendie : Dégradation causé par surcharge : Différent types de fissures : Ecaillage : Désintégration : Nettoyage de la surface : Enlèvement des aciers corrodés : Microstructure du fumé de silice (forme sphérique) : Fumé de silice forme de poudre : Corps d éprouvettes à réparés : Surfaces préparés après nettoyage : Etat d éprouvettes avant et après réparation de surface : Eprouvettes réparés sur le site d exposition : Position des éprouvettes réparés après 4 mois : Etat de fissures pour chaque réparation 143 x

11 Abréviations BO BS BS.FB BS.FS BS.SP BS.SPE BS.LFB BS.LTX E/C FC FS SP SSS Béton ordinaire. Béton de sable normal Béton de sable témoin additionné aux fibres polypropylène Béton de sable témoin additionné au avec fumée de silice Béton de sable normal avec superplastifiant Béton de sable normal avec superplastifiant avec E/C réduit Béton de sable additionné au latex + fibres Béton de sable additionné au latex Rapport massique de l eau efficace sur le ciment. Filler calcaire Fumée de silice. Superplastifiant Saturé surface sèche xi

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