Pathologie des constructions

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1 CENTRE UNIVERSITAIRE D AIN-TEMOUCHENT BP N 284 RP AIN-TEMOUCHENT, ALGERIE Institut des Sciences et de la technologie Département des Sciences fondamentales, appliquées et de la technologie Pathologie des constructions Cours dispensé aux étudiants de master 2 de Génie Civil) Masters de Génie Civil : Structures et Travaux publics C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 1

2 Chapitrer 3 Pathologie du gros œuvre et de la structure C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 2

3 Les fissures structurelles L analyse des sinistres montre en effet que, si la fonction «porteuse» ne donne guère lieu à désordres, par contre la fonction «paroi» est, elle, victime de fréquents problèmes d origines diverses, que l on peut répertorier selon quatre familles principales : Les désordres par tassements de fondation ; Les fuites des liaisons fenêtres-gros œuvre ; Les désordres des enduits ; Les fissures de la maçonnerie, liées au fonctionnement de la paroi -et dites pour cela «structurelles» sous l effet de certaines sollicitations (internes ou externes). C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 3

4 1. Les trois catégories de fissures structurelles d un mur extérieur : Ces fissurations relèvent, pour l essentiel, de trois grandes catégories, en fonction de leur origine mécanique : 1. Les fissures de retrait différentiel des matériaux ; 2. Les fissures de mouvements hygrothermiques, saisonniers ou ponctuels, qui affectent cette même paroi ou ses constituants. 3. Les fissures dues à la flexion du plancher supérieur du pavillon, quand il est réalisé en béton armé (fluage) ; 4. Les fissures dues aux ponts thermiques. 5.Les fissures dues aux erreurs de conception ou d exécution ; C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 4

5 1 Le retrait des mortiers et bétons de ciment est un phénomène de rétraction du matériau lors de la perte d une partie de son eau de fabrication (par séchage et évaporation). Il se manifeste très rapidement et avec une intensité d autant plus grande que la quantité d eau utilisée excède par trop le minimum nécessaire à la «prise» de ce mortier ou de ce béton. Des fissures peuvent alors naître au contact de deux éléments d âges différents, tels les blocs et les joints de montage, notamment lorsque le mortier qui les constitue est «étalé» par temps très sec et que, parallèlement, les blocs ne sont pas «mouillés» avant pose. 2 Les variations de température ou d humidité peuvent de leur côté, affecter la paroi de plusieurs manières : C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 5

6 a) Lorsque celle-ci est formée de matériaux hétérogènes, par exemple : briques et linteaux/chaînage en béton armé. Le comportement différent de ces matériaux peut créer des fissures à leur jonction. b) On sait, par ailleurs, que ces matériaux présentent, du fait des changements de température, des variations dimensionnelles non négligeables (dilatation en été, rétraction hivernale). Ainsi, la paroi d un mur-pignon, de quelques mètres de longueur, tend en période froide à se rétrécir de plusieurs millimètres. Mais du fait de sa liaison rigide avec les planchers, elle subit des contraintes de traction, susceptibles d engendrer des fissures verticales. C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 6

7 3 Le plancher haut du pavillon est généralement réalisé en béton armé. Un tel plancher peut prendre une légère déformation de flexion dans sa partie centrale. Elle ne nuit pas à sa solidité, mais peut s accompagner d une rotation de l appui sur le mur de façade et d un soulèvement de la rive du plancher. Cela génère une fissure horizontale sous son arête basse d appui. 4 Le plancher bas et/ou haut d un pavillon peut générer des ponts thermiques si dans sa mise en œuvre certaines dispositions ne sont pas prises. C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 7

8 2. Fissures de mouvements hygrothermiques : A. Elévation de température ou gonflement uniforme. Soit une pièce de section A libre de s allonger Elévation de température Δt Allongement par unité de longueur, avec acier & béton Allongement empêché Allongement effectif Pour réaliser ε =0 Appliquer une contrainte de compression σ = ε t E = αδt E Force totale C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 8

9 2 solutions: - libre déformation - ou résistance adéquate C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 9

10 Exemple 1 : Poutre de pont dont l appui mobile est bloqué Poutre de section A = 0,2 m 2 t passe de - 20 C à + 30 C=> Δt =50 C Appui mobile bloqué. Effet du blocage? Force horizontale S max. estimée: S = α Δt E A = , = N=3000kN (300 t) Cause de blocage de l'appui - Défaut de conception C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 10

11 - Défaut d entretien => Graviers, boues (Blocage, au moins partiel) Conséquence :force horizontale non prévue en tête de pile ou de culée Ecrasement local & fissuration du béton de culée Accès de l eau aux armatures et ruine de l'appui C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 11

12 Exemple 2 : Désordre de façade par poussée thermique de dalle de toiture (pont thermique) Planchers ou dalles en béton siège de dilatations thermiques non libres variation de température = fissures en façade. C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 12

13 Solutions : Réduire l'action thermique isolants en face supérieure de la couverture. Permettre le libre mouvement de l'élément porteur de toiture : Appui à glissement tôles galvanisées Appui déformable néoprène Augmenter la rigidité/résistance de la maçonnerie : Chaînages horizontaux et verticaux aptes à résister aux forces thermiques Note: même problème possible aux étages intermédiaires C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 13

14 Exemple 3 : Troubles: joints de dilatation fermés C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 14

15 Autres Troubles Déformation garde corps & rail sécurité Déplacements visibles aux appuis Culée C1 (campagne) C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 15

16 Autre trouble: fissures horizontales à l appui fixe Pile P1 sur 30 à 50% sections Déformations => flèche horizontale estimée 30 mm Conclusion: le talus en remblais côté campagne se déforme et pousse le pont C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 16

17 B.Diminution de température ou retrait uniforme Pièce de section A libre de se raccourcir Soumise à une diminution de température Δt => ε t = α Δt Raccourcissement empêché: ε = 0 C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 17

18 Pour réaliser ε = 0: appliquer des contraintes de traction σ=ε t E=αΔt E Force totale S=αΔt EA 2 solutions: - libre déformation - ou résistance adéquate Exemple 1 : Raccourcissement thermique empêché d un mur en béton Δt =15 C entre le mur et sa semelle (enterrée et qui bloque le raccourcissement thermique du mur) C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 18

19 ε t =αδt = = 1, σ=αδte= = 4,5N/mm 2 Résistance à la traction d'un béton f ct 10% résistance à la compression f c Béton C25: σ=4,5n/mm 2 >25/10=2,5N/mm 2 fissuration C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 19

20 Exemple 2 : Retrait empêché d un mur en béton Retrait, au minimum: ε r = 0,2mm/m= => Fissuration du béton ε t = 1, de l exemple précédent C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 20

21 Armature minimum en béton armé => répartir en nombreuses petites fissures Vaut pour des situations standard Calcul nécessaire si des situations plus exigeantes prévisibles Exemple 3 : Logements groupés par blocs de 6 Façades de longueur 48 m Aucun joint de mouvement => fissuration de la maçonnerie Conclusion : Pour réduire le risque de fissuration: C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 21

22 - Limiter le retrait et la dilatation En évitant l'emploi de matériaux dont le retrait n'est pas terminé ; En réduisant leur humidification ; En employant des matériaux de faible coefficient de dilatation ; En limitant les écarts de température. - Employer des matériaux à grand allongement à la rupture, bas module d'élasticité, ou grande résistance à la traction -Armer la maçonnerie - Permettre la libre dilatation des éléments de constructions => joints de dilatation - Permettre le glissement aux appuis C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 22

23 Exemple 4 : Poutre de parking. Au voisinage d un joint de dilatation les poutres d un bloc s appuient sur des corbeaux de l autre bloc. Appui mobile bloqué. Retrait /Froid/Raccourcissement empêché => fissures & rupture C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 23

24 3. Fissures dues à la flexion du plancher(fluage) : Les cloisons montées sur une structure en béton armé peuvent mal supporter les étreintes de ce dernier dues au retrait et au fluage. C est ainsi que : Une dalle qui fléchit au plafond prend appui sur la cloison sous-jacente et risque de l écraser, soit par cisaillement des briquettes, soit par flambement d ensemble. Le phénomène est aggravé si les briques, de leur côté, sont gonflantes, Le retrait du béton, couplé à un gonflement anormal de la terre cuite, peut provoquer des éclatements locaux du fait des mouvements différentiels. C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 24

25 C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 25

26 4. Fissures dues aux erreurs de conception Exemple 1: Un bâtiment scolaire s effondre partiellement en cours de construction par écrasement de la maçonnerie. S agissant d un bâtiment à deux niveaux et 9,0 mètres de large, prolongé d un autre bâtiment à Rez-de-chaussée de même largeur, l architecte avait prévu un joint de retrait -tassement- entre les deux édifices. C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 26

27 Le plancher d étage portait de façade à façade et une poutre plus raide est contiguë au joint, du côté des deux niveaux, pour porter le mur pignon de l étage et la croupe de la toiture. Tous les murs étaient en blocs creux de béton de 20 cm d épaisseur. La toiture n était même pas encore posée quand le pignon s effondra avec sa poutre porteuse, entraînant dans sa chute une partie du plancher et des façades. Par bonheur, L accident survint la nuit et ne fit aucune victime. Causes : la charge concentrée appliquée par les deux extrémités de la poutre, directement sur les parpaings, y avait développé des contraintes atteignant la valeur de rupture. Moralité: Il est dangereux d appliquer une charge concentrée sur une maçonnerie formée d éléments creux peu résistants. On doit dans ce cas : Soit interposer une semelle de répartition si la maçonnerie règne de part et d autre, C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 27

28 Soit réaliser un poteau qui reportera la charge plus bas, sur un élément capable de la supporter sans risque (poutre, dalle, fondation). C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 28

29 Exemple 2: Une façade de garage à large ouverture en RDC s effondre. Le garagiste souhaitait, avec juste raison, une très large ouverture sur la rue pour faciliter la manoeuvre des véhicules. L architecte projeta alors de faire reposer la façade sur une poutre de 15m de long appuyée sur 2 poteaux, l un de largeur confortable et l autre mince. C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 29

30 Le projeteur conçut une poutre de 25x110 cm, et l arma fort correctement avec chapeaux se retournant dans le gros pilier par contre l autre est traité comme un poteau ordinaire. Vers la fin de la construction, l ouvrage s effondra. Causes : l examen des décombres révéla que le pilier mince avait fléchit vers l extérieur. Sous les charges, la poutre avait pris sa flèche, avec rotation aux appuis. Cette rotation amenant un moment de flexion, vient s ajouter à la charge contrée au niveau du pilier mince où les contraintes atteignirent la rupture. Ce sinistre ne se serait pas produit si le pilier en question avait été équipé de 2 articulations. C.U. Ain-Temouchent Les fissures structurelles 30