Un joint de construction est une interface intentionnelle entre des coulées de béton successives, créée lorsqu’une coulée de béton est arrêtée puis reprise ultérieurement. Une préparation appropriée du joint, incluant le nettoyage, la rugosification et l’application d’agent de liaison, est essentielle pour la continuité structurelle. Les joints froids — où aucune liaison n’existe — constituent un défaut du béton. Couvre les types de joints de construction, les méthodes de préparation, la détection des joints froids, l’inspection, l’étanchéité et la réparation.
Un joint de construction est une interface délibérée et planifiée entre deux coulées successives de béton. Selon l’ACI CT-16 (Terminologie du béton) , il est défini comme « la surface où deux coulées successives de béton se rencontrent ; généralement planifié et positionné pour faciliter la construction, ou survenant à la suite de retards imprévus dans les opérations de mise en place du béton. » L’ACI 224.3R-95 (Joints dans la construction en béton) — le principal rapport d’état de l’art de l’ACI sur la conception, la construction et l’entretien des joints — définit en outre les joints de construction comme « des joints placés pour délimiter l’étendue des coulées individuelles, généralement conformément à un plan de joints prédéterminé. Ils permettent un glissement dans le plan à moins d’être liés par conception. »
L’objectif fondamental d’un joint de construction est de permettre à la construction en béton de se dérouler en coulées discrètes et gérables tout en maintenant la continuité structurelle entre les coulées. Aucune structure en béton de taille significative ne peut être coulée de manière monolithique — les limitations pratiques des taux de livraison du béton, de la capacité des coffrages, de la taille de l’équipe et des équipements de mise en place nécessitent toutes des interruptions planifiées. Un joint de construction correctement conçu et exécuté transfère les forces de cisaillement, axiales et de flexion à travers l’interface par une combinaison de trois mécanismes : le verrouillage des granulats grâce à la surface intentionnellement rugosifiée, le cisaillement-friction grâce aux armatures traversant le plan du joint, et la ** liaison chimique** entre le béton nouveau et l’ancien.
Les joints de construction doivent être clairement distingués des autres types de joints. Les joints de retrait (également appelés joints de contrôle) sont des plans de faiblesse créés par sciage ou formage pour contrôler la fissuration due au retrait de séchage et à la contraction thermique — ils sont conçus pour fissurer. Les joints de dilatation (joints d’isolation) assurent une séparation complète entre les éléments structurels adjacents pour permettre un mouvement indépendant en réponse à la dilatation thermique, au fluage et au retrait. Les joints de construction se situent entre ces deux catégories — ce sont des interfaces structurelles qui doivent maintenir la continuité du transfert de forces à travers le plan. Selon l’ACI 224.3R-95, les distinctions clés sont que les joints de construction permettent un glissement relatif dans le plan sauf s’ils sont liés par des armatures, tandis que les joints de retrait fissurent intentionnellement et les joints de dilatation assurent une séparation complète.
La disposition de conception critique pour les joints de construction se trouve dans l’ACI 318-19 Section 26.5.6. Le code exige que les joints de construction soient positionnés pour minimiser leur effet sur la résistance de la structure, que les joints soient conçus selon les dispositions de cisaillement-friction de la Section 22.9 lorsque le cisaillement doit être transféré, que la surface du béton durci soit nettoyée de la laitance, de la saleté et des contaminants, et que lorsque le cisaillement-friction est requis, la surface soit intentionnellement rugosifiée à une amplitude d’environ 1/4 de pouce (6 mm) . Les conséquences d’une préparation de surface inadéquate sont quantifiées dans l’ACI 318, Tableau 22.9.4.2, qui liste les valeurs du coefficient de cisaillement-friction. Pour le béton mis en place contre du béton durci avec rugosification intentionnelle, le coefficient est de μ = 1,0λ. Pour le béton mis en place contre du béton durci sans rugosification, le coefficient chute à μ = 0,6λ — une réduction de 40 % de la capacité de cisaillement de conception.
Les joints de construction se répartissent en deux catégories selon les circonstances de leur création.
Les joints de construction planifiés sont indiqués sur les dessins contractuels et sont incorporés dans la conception structurelle. Leurs emplacements sont choisis pour satisfaire aux exigences structurelles tout en facilitant les opérations de construction. Selon l’ACI 318-19 Section 26.5.6.1(a), les joints dans les poutres sont généralement décalés d’une distance égale à deux fois la largeur de l’élément intersectant depuis la face des poutres ou des colonnes. Dans les dalles, les joints sont situés près des points de quart de portée où les moments de flexion sont les plus faibles. Dans les colonnes, les joints sont placés à au moins 2 pouces (50 mm) en dessous de la sous-face la plus basse des poutres ou des longerons s’encadrant dans la colonne. La continuité des armatures à travers le joint est conçue et détaillée dans les dessins structurels, et la préparation de surface est spécifiée comme une exigence contractuelle. Le mécanisme de cisaillement-friction selon l’ACI 318-19 Section 22.9 est explicitement vérifié lors de la conception, avec les armatures requises calculées comme Avf = Vu / (φ fy μ).
Les joints de construction d’urgence (non planifiés) sont créés lorsqu’une interruption inattendue force l’arrêt de la mise en place du béton. Les causes courantes incluent les retards de livraison du béton dépassant 30 minutes, la panne de pompe ou de convoyeur, la défaillance du vibrateur, les changements météorologiques soudains incluant les fortes pluies, la défaillance ou la fuite du coffrage, ou le béton atteignant sa prise initiale avant la fin de la coulée. Lorsqu’un délai force un joint d’urgence, l’ingénieur ou l’inspecteur doit immédiatement évaluer si l’emplacement de l’interruption est acceptable. Selon l’ACI 302.1R (Guide pour la construction de dalles et planchers en béton), l’entrepreneur doit former une cloison à l’endroit où le béton est encore ouvrable. Le joint résultant doit ensuite être traité avec la même préparation de surface qu’un joint planifié — élimination de la laitance par sablage ou hydrodémolition et rugosification à l’amplitude requise de 1/4 de pouce. L’ingénieur en structure doit vérifier que l’emplacement du joint d’urgence est adéquat pour les forces à cette section et peut exiger des armatures ou des goujons supplémentaires à travers le joint.
La distinction critique entre un joint planifié ou d’urgence et un joint froid est de savoir si le béton avait atteint sa prise initiale avant la mise en place ultérieure. Si la surface est encore plastique et peut être remélangée avec du béton frais (dans un délai d’environ 30 à 45 minutes par temps normal), aucun joint n’existe — le béton reste monolithique. Si la surface a dépassé la prise initiale (généralement 2 à 4 heures après le malaxage) et que la surface est correctement préparée, un joint de construction acceptable est créé. Si la surface a dépassé la prise initiale et qu’aucune préparation n’est effectuée, le résultat est un joint froid — un défaut.
Selon l’ACI 318-19 Section 26.5.6.2(d) : « Les joints de construction doivent être nettoyés et la laitance retirée avant la mise en place du nouveau béton. » La laitance est définie par l’ACI CT-16 comme « une couche de matériau faible provenant du matériau cimentaire et des fines de granulats, transportée par la ressuée à la surface, ou séparée du mélange lors de la mise en place. » Cette couche, typiquement de 1 à 3 mm d’épaisseur, a une résistance à la traction ou au cisaillement négligeable et doit être complètement retirée pour obtenir une liaison structurelle entre les coulées.
Le décapage à vert est appliqué 2 à 6 heures après la mise en place du béton, alors que le béton est encore dans son stade de durcissement précoce mais suffisamment rigide pour résister à l’arrachement des granulats. La méthode utilise un brossage métallique ou un léger jet d’eau après l’évaporation de l’eau de ressuée. La fenêtre de timing est critique — trop tôt, elle arrache les granulats et endommage la surface ; trop tard, elle nécessite des méthodes mécaniques. Le décapage à vert produit les meilleurs résultats d’adhérence de toutes les méthodes car il élimine la laitance alors que les granulats sont encore bien ancrés dans la pâte, exposant des granulats propres pour un verrouillage mécanique avec la coulée suivante. Il élimine le besoin d’une préparation de surface secondaire et est la méthode préférée pour les joints de construction horizontaux dans les dalles et les murs.
Le sablage utilise de l’air comprimé pour propulser un milieu abrasif contre la surface du béton. Les paramètres d’application typiques incluent une pression d’air de 90 à 100 psi à la buse, un milieu tel que du sable siliceux (calibré #8 à #30), du laitier ou du grenat, et un taux d’application de 2 à 5 pi² par minute par buse pour un nettoyage léger. Le profil de surface résultant varie de CSP (Profil de surface du béton) ICRI 3 à 7, avec un nettoyage léger atteignant CSP 3-5 et un nettoyage modéré atteignant CSP 5-7. La profondeur d’enlèvement est typiquement de 1/16 à 1/8 de pouce (1,5 à 3 mm). Le Rapport des meilleures pratiques USBR (MERL 12-17) recommande le sablage humide pour les joints de construction horizontaux afin de contrôler les poussières en suspension et d’améliorer la finition de surface. Le sablage à sec est efficace mais génère d’importantes émissions de silice cristalline en suspension et nécessite une protection respiratoire selon les normes OSHA.
L’hydrodémolition utilise des jets d’eau à ultra-haute pression de 10 000 à 40 000 psi (70-275 MPa) avec des débits de 15 à 40 GPM pour éliminer sélectivement le béton détérioré ou faible tout en laissant les granulats sains exposés. Cette méthode est reconnue par l’ACI 546R (Guide de réparation du béton) comme la méthode préférée pour la préparation de joints à grande échelle. Le contrôle de la profondeur est excellent, éliminant sélectivement 1/4 à 1 pouce (6-25 mm) de matériau de surface. Le profil de surface résultant est CSP 5-9 selon la Directive ICRI n° 03732. Les taux de production efficaces varient de 5 à 30 yards carrés par heure selon la pression d’eau et la qualité du béton. L’hydrodémolition produit la meilleure surface d’adhérence de toutes les méthodes mécaniques car elle expose des granulats propres et fracturés sans microfissurer le substrat — contrairement au marteau-piqueur ou au burinage qui causent des dommages sous la surface.
Les agents de liaison sont appliqués sur les surfaces de joint préparées immédiatement avant la nouvelle mise en place du béton. Les options de matériaux incluent les agents de liaison époxy (ASTM C881 Type I/II, Grade 2/3), efficaces pour les revêtements minces et les réparations structurelles ; les coulis cimentaires (rapport ciment-sable de 1:1 ou 1:2), qui doivent être appliqués dans leur délai de séchage ; les agents de liaison acrylique/PVA (modifiés par polymères), acceptables pour les applications non structurelles ; et la pâte de ciment pur, qui n’a aucune valeur de liaison une fois sèche.
Une conclusion critique du USBR MERL 12-17 (Meilleures pratiques pour la préparation des surfaces en béton avant réparations et revêtements) est que les agents de liaison sont non recommandés pour les réparations structurelles et les revêtements où un transfert de cisaillement est requis. Le verrouillage mécanique par rugosification de surface — et non la liaison chimique — est le principal mécanisme de transfert de cisaillement à travers les joints de construction. Le CSP ICRI optimal pour les joints structurels est CSP 5-9. Si la surface est trop lisse (CSP 1-3), la liaison de cisaillement est réduite jusqu’à 50 %. Si la surface est excessivement rugueuse (CSP 9+), des vides d’air et des nids d’abeille peuvent se former à l’interface. La profondeur moyenne de texture au sable ASTM D5820 doit être d’au moins 0,5 mm pour les joints non structurels et jusqu’à 3 mm pour les joints critiques en cisaillement.
| Type de joint | Méthode de préparation préférée | Méthode alternative | CSP ICRI cible |
|---|---|---|---|
| Horizontal (dalle-à-mur) | Décapage à vert | Sablage | CSP 3-5 |
| Vertical (mur-à-mur) | Sablage ou grenallage | Hydrodémolition | CSP 5-7 |
| Joint de cisaillement structurel | Hydrodémolition | Sablage intensif | CSP 7-9 |
| Joint non structurel | Brossage métallique et lavage | Sablage léger | CSP 1-3 |
Un joint froid est défini comme « un plan de faiblesse dans le béton causé par la mise en place de béton frais contre du béton qui a déjà commencé à prendre (la prise initiale a eu lieu), entraînant un mauvais mélange ou une absence de mélange entre les deux lots. » Alors qu’un joint de construction est planifié, avec préparation de surface et conception pour le transfert de cisaillement, un joint froid est non planifié — causé par des retards, une planification inadéquate ou une panne d’équipement, et généralement dépourvu de toute préparation de surface.
La fenêtre de temps critique pour la formation d’un joint froid est régie par le temps de prise initiale du béton. Par temps normal à 70 °F (21 °C), le délai maximal acceptable entre des coulées de béton successives est de 30 à 45 minutes. Par temps chaud à 90 °F (32 °C), la fenêtre se réduit à 20 à 30 minutes. Par temps froid à 40 °F (4 °C), la fenêtre s’étend à 45 à 60 minutes. Pour le béton à prise accélérée, la fenêtre peut être aussi courte que 10-20 minutes. Pour les mélanges retardés, elle peut s’étendre à 60-90 minutes. La règle directrice est : si le béton précédemment mis en place a atteint sa prise initiale (généralement 2 à 4 heures après le malaxage selon la température, le type de ciment et le rapport eau-ciment), un joint froid se formera indépendamment du timing.
Les conséquences structurelles des joints froids sont sévères. La réduction de la résistance d’adhérence varie de 40 à 60 % par rapport aux joints de construction correctement préparés, comme documenté par les recherches de l’USBR et des comités de l’ACI. L’augmentation de la perméabilité atteint jusqu’à 10 fois les valeurs normales car le joint froid crée un chemin capillaire continu le long du plan d’interface, fournissant une route directe pour l’eau, les chlorures et autres agents agressifs dans le béton. La corrosion des armatures est accélérée car les chlorures et l’humidité migrent le long du plan du joint pour atteindre l’acier enrobé. Lors d’événements sismiques, les joints froids créent des plans de défaillance préférentiels où le transfert de cisaillement est inadéquat. Les fuites sont un problème courant dans les structures de retenue d’eau telles que les réservoirs, les bassins et les murs souterrains où l’eau trouve le chemin de moindre résistance le long de l’interface non liée.
| Conséquence | Mécanisme | Gravité quantifiée |
|---|---|---|
| Réduction de la résistance d’adhérence | Manque de verrouillage entre les lots | Capacité de cisaillement réduite de 40-60 % |
| Augmentation de la perméabilité | Chemin capillaire continu | Jusqu’à 10 fois plus de pénétration d’eau |
| Corrosion des armatures | Pénétration de chlorures/eau le long du joint | Durée de vie réduite significativement |
| Faiblesse structurelle | Transfert de cisaillement réduit sous charges latérales | Défaillance potentielle lors d’événements sismiques |
| Fuites | Chemins d’eau directs à travers le plan non scellé | Courant dans les structures de retenue d’eau |
L’inspection des joints de construction est un élément essentiel de l’évaluation de l’état des structures en béton. L’inspection doit déterminer si le joint fonctionne comme conçu, si un défaut de joint froid est présent et si une réparation est nécessaire.
Le sondage par chaîne traînante utilise des chaînes lourdes (plusieurs longueurs de chaîne de 3/8 à 5/8 de pouce, de 3 à 6 pieds de long) traînées sur la surface du béton. Un son clair et retentissant indique un béton sain avec une bonne adhérence au plan du joint. Un bruit sourd ou creux indique un délaminage ou un décollement à l’interface du joint. Un son de cliquetis indique un délaminage superficiel. Le Manuel d’inspection des ponts de la FHWA impose une inspection annuelle par chaîne traînante des tabliers de ponts, les zones situées à moins de 6 pouces des joints de construction recevant une attention particulière. Les limites selon le Manuel d’inspection des structures du WisDOT incluent l’inefficacité sur les tabliers recouverts d’asphalte, l’incapacité à déterminer la profondeur des défauts, l’interférence du bruit ambiant au-dessus de 70 dB et les exigences physiques de l’opération manuelle.
Le sondage au marteau utilise un marteau (16-20 oz) tapé à intervalles réguliers, typiquement sur une grille de 6 pouces (150 mm) pour une inspection détaillée ou un espacement aléatoire pour un criblage rapide. Un son clair indique un béton monolithique sain. Un bruit sourd ou creux indique un délaminage ou un décollement. Un son de tambour indique une séparation étendue au plan du joint. Selon ASTM D4580, le sondage au marteau est la méthode principale pour la détection du délaminage des tabliers de ponts.
Le test d’arrachement fournit une mesure quantitative de la résistance d’adhérence aux joints de construction. La méthode implique le carottage à travers l’interface du joint jusqu’à une profondeur minimale atteignant le substrat (typiquement 2 pouces de diamètre), le collage d’un disque en acier sur la surface avec un époxy à haute résistance, et l’application d’une charge de traction hydraulique à environ 5 psi/seconde jusqu’à la rupture. Les critères d’acceptation selon l’ACI 562 exigent une résistance minimale à la traction d’adhérence de 200 psi (1,4 MPa) pour les réparations structurelles. Les réparations non structurelles nécessitent 150 psi (1,0 MPa). Les revêtements de tabliers de ponts exigent généralement 250 psi (1,7 MPa), et les réparations de chaussées aéroportuaires selon la FAA P-501 nécessitent 300 psi (2,1 MPa) .
Le mode de rupture est enregistré pour chaque test : le Mode A est une rupture adhésive à l’interface revêtement/substrat (rupture de liaison), le Mode B est une rupture cohésive dans le béton du substrat, le Mode C est une rupture cohésive dans le matériau de revêtement/réparation, et le Mode D est une rupture adhésive à l’interface disque en acier/époxy (test invalide). Le type de rupture souhaité est le Mode B, indiquant que la résistance d’adhérence dépasse la résistance à la traction du béton du substrat.
Le test d’impulsion ultrasonique (UPV) mesure la vélocité des impulsions ultrasoniques traversant le béton. Lorsque le trajet de l’impulsion traverse un joint de construction, la vélocité diminue si la zone du joint présente une mauvaise adhérence, des vides ou un délaminage. La vélocité d’impulsion typique pour un béton sain varie de 3 500 à 4 500 m/s. Une baisse de vélocité de plus de 15 % à travers le joint indique une qualité d’adhérence médiocre. Les vélocités inférieures à 3 000 m/s indiquent des vides ou un mauvais contact à l’interface du joint. Le test UPV est efficace pour le criblage rapide de grandes surfaces et peut cartographier l’étendue des zones de décollement.
Le carottage fournit une observation directe de l’interface du joint. Les carottes sont extraites à travers le joint et examinées visuellement pour détecter les vides, les nids d’abeille, les couches de laitance ou l’absence de liaison de la pâte. Les tests en laboratoire peuvent inclure la résistance à la traction par fendage à travers le plan du joint et les tests de résistance d’adhérence selon ASTM C1583. L’observation des carottes révèle également la présence et l’état des armatures traversant le joint.
Les joints de construction sont les emplacements les plus vulnérables des structures en béton du point de vue de l’étanchéité. Les données de l’industrie indiquent que plus de 90 % des fuites d’eau dans les structures en béton se produisent aux joints, les joints de construction étant la source prédominante. L’infiltration d’eau à travers les joints de construction entraîne la corrosion des armatures, la détérioration du béton, les dommages causés par le gel-dégel dans les climats froids et les dégâts d’eau intérieurs dans les structures occupées.
Les barrettes d’étanchéité en PVC sont la solution d’étanchéité traditionnelle pour les joints de construction. Elles sont fabriquées en PVC plastifié flexible répondant à l’ASTM D4314, disponibles dans des profilés incluant les configurations haltère, nervurée, à bulbe central et à toile déchirable. Les largeurs varient de 4 à 12 pouces (100-300 mm) avec une épaisseur de 3/16 à 1/2 pouce (5-12 mm). La capacité de résistance hydrostatique atteint jusqu’à 200 pieds (60 mètres) de charge selon la largeur et le profilé. L’installation implique l’encastrement de la barrette à 50 % dans chaque côté du joint, avec des jonctions soudées à chaud en usine ou sur le chantier. La principale limitation est que les barrettes en PVC sont facilement endommagées lors de la mise en place du béton, et les dommages sont indétectables jusqu’à l’apparition des fuites. La règle générale est que les profilés plus larges et de plus grande épaisseur offrent une résistance hydrostatique plus élevée.
Les barrettes d’étanchéité hydrophiles gonflent au contact de l’eau pour sceller le joint. Les types à base de bentonite gonflent jusqu’à 16 fois leur volume sec au contact de l’eau, efficaces pour des charges allant jusqu’à 30-50 pieds, mais peuvent se détériorer après une exposition cyclique humide-sec. Les types à base d’uréthane gonflent jusqu’à 350 % du volume d’origine, nécessitent un durcissement de 24 heures avant la coulée de béton et doivent être maintenus au sec pendant l’installation. Les bandes en caoutchouc hydrophiles (telles que WATERSTOP HPW de W.R. Meadows) présentent une surface lisse et sont efficaces pour les joints de construction sans mouvement. L’avantage des systèmes hydrophiles est une installation plus facile que le PVC, mais ils ont une durée de vie limitée sous exposition cyclique et peuvent être endommagés par un contact prématuré avec l’eau avant le durcissement du béton.
Les systèmes d’étanchéité cristalline intégrale (ICW) utilisent des produits chimiques propriétaires qui réagissent avec l’eau et les sous-produits d’hydratation du ciment pour former des structures cristallines insolubles dans les pores et capillaires du béton. Les principaux fabricants incluent Kryton (Système d’arrêt d’eau Krystol), Xypex (Xypex Concentrate) et Penetron (Penetron Admix/Joints). Ces systèmes offrent plusieurs avantages par rapport aux barrettes d’étanchéité traditionnelles : une capacité d’auto-étanchéité — le contact avec l’eau déclenche une croissance cristalline supplémentaire pour remplir les microfissures nouvellement formées ; des économies de coût pouvant atteindre 50 % par rapport aux systèmes en PVC ou à la bentonite ; une installation simple ne nécessitant pas de main-d’œuvre qualifiée (appliquée sous forme de coulis cimentaire) ; une capacité de rénovation pour les joints existants qui fuient ; et une durabilité à vie égale à celle du béton lui-même, non sujette aux mécanismes de détérioration qui affectent les systèmes en PVC et hydrophiles.
Les systèmes de tubes d’injection consistent en des tubes creux (PVC ou caoutchouc) installés le long du joint avant la deuxième coulée de béton. Après le durcissement du béton, un coulis injectable (polyuréthane, acrylique ou époxy) est pompé sous pression dans les tubes pour remplir les vides ou les interstices à l’interface du joint. Les types réinjectables permettent une injection répétée si le joint bouge ou si l’étanchéité échoue. Ces systèmes sont principalement utilisés pour l’étanchéité active préplanifiée dans les structures critiques étanches à l’eau, incluant les réservoirs, les tunnels et les murs souterrains.
Les joints de construction des tabliers de ponts sont régis par les Spécifications de conception des ponts AASHTO LRFD et le Manuel d’inspection des ponts de la FHWA. Selon l’AASHTO LRFD Section 5.14, les joints de construction dans les tabliers de ponts doivent être positionnés pour minimiser leur effet sur la capacité structurelle, tous les joints de construction doivent être conçus pour le transfert de cisaillement en utilisant les dispositions de cisaillement-friction équivalentes à l’ACI 318-19 Section 22.9, et les surfaces des joints doivent être intentionnellement rugosifiées à une amplitude minimale de 1/4 de pouce (6 mm).
Le Tableau AASHTO LRFD 5.14.5.3-1 spécifie les armatures minimales à travers les joints de construction : 0,15 po²/pi pour les joints longitudinaux et 0,05 po²/pi pour les joints transversaux. Les goujons pour le transfert de charge sont typiquement de 1 pouce à 1,25 pouce de diamètre, revêtus d’époxy, espacés de 12 à 18 pouces.
L’étude NCHRP Synthèse 319 a sondé les agences de transport des États sur la performance des joints de tabliers de ponts. Les conclusions clés incluent que 60 % des agences répondantes utilisent des joints à compression comme système de joint de tablier principal, 30 % utilisent des joints à bande et 10 % utilisent des produits d’étanchéité coulés. Les joints de construction sont généralement situés aux tiers-points de l’espacement des poutres — et non au-dessus des lignes de poutres — pour minimiser les concentrations de contraintes. Les modes de détérioration courants aux joints de construction des tabliers incluent l’extrusion et la défaillance du produit d’étanchéité, l’écaillage aux bords des joints, les fuites d’eau à travers les joints vers la superstructure, le décollement des revêtements aux emplacements des joints de construction et la corrosion des armatures accélérée par l’eau chargée de chlorures pénétrant le long du plan du joint.
Le Manuel d’inspection des ponts de la FHWA spécifie que les tabliers de ponts doivent être sondés annuellement par chaîne traînante pour la détection des délaminages. Les zones présentant un délaminage suspecté aux joints de construction doivent être carottées pour vérification. La fréquence de tapotement sur les joints de construction nécessite une inspection à moins de 6 pouces du joint des deux côtés. Pour les connexions dalle-poutre, les surfaces des joints nécessitent une rugosification intentionnelle à l’amplitude minimale de 1/4 de pouce selon FHWA-HIF-12-020. L’exception concerne les connexions en béton à ultra-haute performance (UHPC), où un simple sablage abrasif est suffisant en raison des caractéristiques d’adhérence exceptionnelles de l’UHPC.
Les joints de construction des chaussées en béton de ciment Portland (PCC) aéroportuaires sont régis par la Circulaire consultative FAA AC 150/5370-10H (Spécifications standard pour la construction d’aéroports) , Point P-501 (Chaussée en béton de ciment), avec des exigences référencées par l’OACI Annexe 14 (Aérodromes, Volume I — Conception et exploitation technique des aérodromes) .
La FAA P-501 spécifie quatre types de joints pour les chaussées aéroportuaires : les joints de retrait transversaux espacés de 15 à 20 pieds, sciés sur 1/4 de l’épaisseur de la dalle et scellés ; les joints de construction longitudinaux aux lignes de voie (espacement de 12,5 à 25 pieds), attachés avec des barres crénelées ou goujonnés ; les joints de construction transversaux à la fin de la mise en place de chaque jour, goujonnés pour le transfert de charge ; et les joints d’isolation aux structures et aux changements de section, avec un remplissage compressible pleine épaisseur.
Les exigences relatives aux goujons aux joints de construction des chaussées aéroportuaires selon la FAA P-501 sont : diamètre de 1 pouce (25 mm) pour les dalles jusqu’à 12 pouces d’épaisseur, 1,25 pouce (32 mm) pour les dalles de plus de 12 pouces d’épaisseur ; longueur de 18 pouces (457 mm) ; espacement de 12 pouces (300 mm) d’axe en axe ; matériau en acier revêtu d’époxy selon ASTM A775 ou en acier inoxydable ; tolérance d’alignement de ±1/2 pouce en vertical et ±1 pouce en horizontal. Les barres d’attache longitudinales sont des barres crénelées #5 (5/8 pouce) à #6 (3/4 pouce), Grade 60 (420 MPa), revêtues d’époxy, espacées de 24 à 36 pouces.
Les exigences d’étanchéité des joints selon la FAA P-501 spécifient une largeur de réservoir de produit d’étanchéité de 1/4 à 3/8 de pouce, une profondeur de 1/2 à 3/4 de pouce (sciée), un type de produit d’étanchéité en silicone selon FAA P-605 ou ASTM D5893 (ou coulé à chaud selon ASTM D1190/D3405/D6690), une baguette de support en polyéthylène à cellules fermées dimensionnée 25 % plus large que la largeur du joint, un ruban anti-adhésif au fond du réservoir et un rapport profondeur/largeur du produit d’étanchéité de 2:1. La préparation du joint pour l’étanchéité nécessite que les parois du joint soient nettoyées et sèches, les méthodes de nettoyage étant le sablage ou l’eau à haute pression approuvés par la FAA, suivis d’un jet d’air pour éliminer tous les débris et poussières. Les critères d’acceptation sont l’absence visible de poussière, d’huile, de produit de cure ou de laitance. Les tests d’adhérence suivent ASTM C794 (test de pelage).
Le contrôle qualité aux joints selon la FAA P-501 inclut la résistance à la flexion du béton (chargement aux tiers-points) — minimum 650 psi (4,5 MPa) à 28 jours, un ensemble de tests par 5 000 pieds carrés ; l’alignement des goujons — un goujon sur 20 vérifié par rapport aux tolérances ; l’adhérence du produit d’étanchéité du joint — un test par 500 pieds selon ASTM C794 ; et la planéité de surface — maximum 1/8 de pouce sur 16 pieds (3 mm sur 5 mètres) en couverture complète.
Les dispositions de l’OACI Annexe 14 exigent que les joints des chaussées rigides soient conçus pour minimiser les effets des changements de température et d’humidité, que l’efficacité de transfert de charge (ETC) à travers les joints mesurée par déflectomètre à masse tombante soit d’au moins 70 %, que les joints de construction soient planifiés pour coïncider avec le marquage des chaussées ou les lignes de voie lorsque possible, et que les produits d’étanchéité des joints soient résistants au souffle des réacteurs, au carburant et aux produits chimiques de dégivrage.
L’une des compétences d’inspection les plus importantes est de différencier correctement trois caractéristiques qui peuvent sembler similaires sur une surface en béton : un joint de construction correct, un joint froid et une fissure structurelle. Chacune a des caractéristiques, des implications et des réponses requises distinctes.
| Caractéristique | Joint de construction (planifié) | Joint froid (non planifié) | Fissure structurelle |
|---|---|---|---|
| Origine | Délibérée, conçue | Retard imprévu dans le coulage | Contrainte dépassant la capacité de traction du béton |
| Emplacement | Selon les dessins de conception (mi-portée, zones de faible cisaillement) | Aléatoire, là où le retard s’est produit | Typiquement dans les régions de moment ou de contrainte élevés |
| Apparence | Ligne nette, souvent droite, espacement constant | Ligne irrégulière, différence de couleur de chaque côté | Largeur variable, peut avoir des ramifications |
| Préparation de surface | Rugosifiée, nettoyée, laitance retirée | Aucune ou minimale | Non applicable |
| Armatures | Continues à travers le joint (conçues) | Peuvent ou non être continues | Peuvent avoir des barres rompues |
| Transfert de charge | Conçu pour le cisaillement (goujons ou attaches) | Faible à nul | Un certain verrouillage des granulats si serré |
| Mouvement | Peut être conçu pour permettre le glissement | Aucun prévu ; non intentionnel | Indique une détresse en cours |
| Fuite | Uniquement si la barrette d’étanchéité échoue | Courant — chemin direct | Varie selon la largeur de la fissure |
| Acceptabilité | Acceptable si conforme à la conception | Non acceptable — nécessite évaluation | Nécessite évaluation structurelle |
L’ACI 224R (Contrôle de la fissuration dans les structures en béton) fournit des limites de largeur de fissure pour diverses conditions d’exposition. Pour l’air sec ou une membrane protectrice, la largeur de fissure maximale acceptable est de 0,016 pouce (0,41 mm) . Pour l’humidité, l’air humide ou le contact avec le sol, la limite est de 0,012 pouce (0,30 mm) . Pour l’exposition aux produits chimiques de dégivrage, la limite est de 0,007 pouce (0,18 mm) . Pour l’eau de mer ou les embruns marins, la limite est de 0,006 pouce (0,15 mm) . Pour les structures de retenue d’eau, la limite est de 0,004 pouce (0,10 mm) . Toute fissure dépassant ces limites nécessite une évaluation.
Le protocole d’évaluation pour une caractéristique de type joint d’origine inconnue suit six étapes. Premièrement, examiner les dessins contractuels pour déterminer si la caractéristique est représentée comme un joint de construction planifié. Deuxièmement, inspecter l’état de surface pour rechercher des preuves d’élimination de la laitance, de rugosification ou d’un profil de clavette. Troisièmement, mesurer la largeur — les fissures dépassant 0,016 pouce nécessitent une évaluation structurelle. Quatrièmement, vérifier le mouvement — la variation de largeur de fissure sous charge indique une fissure structurelle active. Cinquièmement, carotter et tester — extraire une carotte à travers l’interface et effectuer des tests de traction par fendage ou de résistance d’adhérence. Sixièmement, évaluer le transfert de charge à l’aide d’un FWD ou d’un test de plaque à travers la caractéristique.
Les méthodes de réparation des joints de construction défaillants sont sélectionnées en fonction de l’état spécifique, du rôle structurel du joint, de la présence de fuites d’eau et de l’étendue de la détérioration.
L’injection d’époxy selon l’ACI RAP-1 (Réparation structurelle des fissures par injection d’époxy) est utilisée pour la restauration structurelle des joints froids et des joints de construction défaillants où le béton est par ailleurs sain. L’époxy doit répondre à l’ASTM C881 (Spécification standard pour les systèmes de liaison à base de résine époxy pour le béton) , avec le Type I pour les applications non portantes et le Type IV pour les réparations structurelles portantes. Les résistances d’adhérence après un durcissement de 14 jours dépassent 1 500 psi. La limite d’élasticité en compression à 7 jours dépasse 10 000 psi pour le Type IV. La résistance à la traction à 7 jours dépasse 7 000 psi.
Le choix de la viscosité dépend de la largeur du joint. Le Grade 1 (faible viscosité, ≤2 000 cps) est utilisé pour les joints de moins de 0,010 pouce (0,25 mm). Le Grade 2 (moyen, 2 000-10 000 cps) pour les joints de 0,010 à 0,040 pouce (0,25-1,0 mm). Le Grade 3 (gel non affaissable) pour les joints de plus de 0,040 pouce (1,0 mm). La pression d’injection est typiquement de 40 à 200 psi pour les pompes manuelles ou de 200 à 1 000 psi pour les pompes pneumatiques, avec une pression maximale limitée pour éviter la fracturation hydraulique du béton.
La procédure d’injection implique le nettoyage de la surface du joint, l’installation de ports d’injection espacés de 6 à 12 pouces le long du joint, l’application d’un joint de surface (pâte époxy), l’injection de l’époxy depuis le port le plus bas en remontant vers le haut et vers l’extérieur, le maintien de la pression jusqu’à ce que le port adjacent montre de l’époxy, le bouchage du port injecté et le passage au suivant, le durcissement de 24 à 72 heures selon la température, et le meulage à fleur. Les limitations incluent l’exigence que le joint soit sec (ou qu’un époxy tolérant à l’humidité soit utilisé), que le joint ne soit pas en mouvement actif et que la fissuration induite par la corrosion ne soit pas injectée à l’époxy (la corrosion se poursuit en interne).
Le rétrofit par goujons (DBR) est spécifié selon l’Avis technique FHWA TA 5040.30 et les Directives ACPA DBR pour les joints de chaussée avec une efficacité de transfert de charge inférieure à 60 % et un désaffleurement du joint de 0,1 à 0,5 pouce (3-12 mm) dans une chaussée structurellement saine. Spécifications selon les directives ACPA : diamètre du goujon de 1,25-1,5 pouce (32-38 mm) , longueur du goujon de 18 pouces (457 mm) , espacement des goujons de 12 pouces (300 mm) d’axe en axe , dimensions de l’encoche de diamètre de goujon plus 2 pouces de largeur et profondeur jusqu’à mi-dalle, et matériau de ragréage en coulis non rétractable ou béton à prise rapide avec un minimum de 4 000 psi (28 MPa) de résistance à la compression à 24 heures.
La procédure implique le sciage d’encoches aux emplacements désignés perpendiculairement au joint, l’enlèvement du béton jusqu’à la profondeur requise, le nettoyage de la cavité, la mise en place du goujon dans l’encoche, le remplissage avec un matériau de ragréage à prise rapide, la finition et le durcissement, et le test du transfert de charge par FWD. Les données de performance d’une étude FHWA sur 10 ans montrent que l’efficacité de transfert de charge est passée d’une moyenne de 30 % à plus de 80 %, le désaffleurement a été réduit d’une moyenne de 0,25 pouce à moins de 0,05 pouce, la durée de vie a été prolongée de 10+ ans et le coût variait de 200 à 400 dollars par goujon.
Le rebétonnage est utilisé lorsque le bord du joint a échoué avec écaillage, fissuration en D ou détérioration extensive là où l’injection d’époxy ou le DBR seuls sont insuffisants. La procédure implique le sciage d’au moins 6 pouces (150 mm) en retrait du joint des deux côtés, l’enlèvement du béton détérioré jusqu’à la pleine profondeur ou jusqu’au béton sain, le nettoyage et la préparation de la surface, l’installation de nouveaux goujons ou barres d’attache si nécessaire, la mise en place d’un nouveau béton en utilisant un matériau de réparation à durcissement rapide ASTM C928 ou du béton conventionnel, la formation d’un nouveau plan de joint ou le sciage après durcissement, et le scellement du joint.
Les options de matériaux incluent le béton à prise rapide selon ASTM C928 Type III (résistance à la compression de 4 000 à 6 000 psi, temps de prise de 1 à 4 heures), le béton à haute résistance précoce (3 000 psi en 12 heures), le béton modifié aux polymères (5 000 à 8 000 psi, prise de 2 à 6 heures) et le béton au phosphate de magnésium (3 000 à 5 000 psi, prise de 30 à 60 minutes).
L’injection de polyuréthane est utilisée pour les joints froids qui fuient ou les joints de construction avec un débit d’eau actif. Le polyuréthane hydrophobe réagit avec l’eau pour former une mousse rigide, efficace pour les fuites à haut débit. Le polyuréthane hydrophile gonfle au contact de l’eau pour former un gel flexible, efficace pour les fuites intermittentes. La procédure implique le forage de trous d’injection espacés de 6 à 12 pouces le long du joint, l’installation de packers, l’injection de PU sous pression (50-300 psi), le débit d’eau s’arrêtant en quelques secondes à minutes. Le temps de gélification typique est de 15 à 60 secondes, ajustable avec un catalyseur. L’injection de PU est la méthode principale pour arrêter les fuites d’eau actives dans les structures souterraines, les tunnels et les structures de retenue d’eau.
L’agrafage ajoute des armatures à travers un joint où la continuité existante est insuffisante. Les barres sont typiquement #5 à #8 (5/8 pouce à 1 pouce de diamètre), scellées à l’époxy dans des trous forés selon ASTM C881 à travers le joint à un espacement calculé. La profondeur d’injection est de 12 à 24 diamètres de barre (12db-24db) . Les tests d’arrachement doivent atteindre au moins 80 % de la limite d’élasticité. L’agrafage est utilisé dans les murs structurels, les poutres ou les dalles avec un transfert de cisaillement inadéquat à travers le plan du joint.
| État du joint | Méthode préférée | Méthode alternative |
|---|---|---|
| Joint froid non structurel, sans fuite | Aucune réparation nécessaire (surveillance) | Revêtement esthétique |
| Joint serré (<0,010 pouce), sans eau | Injection d’époxy (structurelle) | — |
| Joint large (0,010-0,060 pouce), sans eau | Injection d’époxy (Type IV) | Saignée et scellement |
| Fuite d’eau active | Injection de polyuréthane | Réparation cristalline |
| Joint de chaussée défaillant (ETC < 60 %) | Rétrofit par goujons | Réparation pleine profondeur |
| Bord de joint écaillé, fissuration en D | Réparation de profondeur partielle / rebétonnage | Remplacement complet de dalle |
| Rupture de cisaillement structurel au joint | Agrafage + injection d’époxy | Renforcement de l’élément |
| Barrette d’étanchéité qui fuit / absence de barrette | Système d’arrêt d’eau cristallin | Tube d’injection + coulis |
| Norme | Titre |
|---|---|
| ACI 318-19 | Code du bâtiment — Exigences pour le béton structurel |
| ACI 224.3R-95 | Joints dans la construction en béton |
| ACI 224R-19 | Contrôle de la fissuration dans les structures en béton |
| ACI 546R | Guide de réparation du béton |
| ACI 562 | Code d’exigences pour l’évaluation, la réparation et la réhabilitation des structures en béton existantes |
| ACI RAP-1 | Réparation structurelle des fissures par injection d’époxy |
| ASTM C597 | Méthode d’essai standard pour la vélocité d’impulsion à travers le béton |
| ASTM C881 | Spécification standard pour les systèmes de liaison à base de résine époxy |
| ASTM C1583 | Méthode d’essai standard pour la résistance à la traction des surfaces en béton (arrachement) |
| ASTM D4580 | Pratique standard pour la mesure des délaminages dans les tabliers de ponts en béton par sondage |
| ASTM C42 | Méthode d’essai standard pour l’obtention et l’essai de carottes et de poutres sciées en béton |
| AASHTO LRFD | Spécifications de conception des ponts (édition en vigueur) |
| FAA AC 150/5370-10H | Spécifications standard pour la construction d’aéroports |
| OACI Annexe 14 | Aérodromes, Volume I — Conception et exploitation technique des aérodromes |
| FHWA TA 5040.30 | Joints de chaussées en béton |
| USBR MERL 12-17 | Meilleures pratiques pour la préparation des surfaces en béton avant réparations et revêtements |
| ICRI Directive n° 03732 | Sélection et spécification de la préparation des surfaces en béton pour les produits d’étanchéité, revêtements et polymères |
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