Qu'est-ce qu'un joint de construction dans le béton ?

Définition et objectif

Un joint de construction est une interface délibérée et planifiée entre deux coulages de béton successifs. Selon l’ACI CT-16 (Terminologie du béton ACI), il est défini comme “la surface où deux coulages de béton successifs se rencontrent, généralement planifiée et située pour faciliter la construction, ou survenant à la suite de retards imprévus dans les opérations de mise en place du béton.” Le rapport 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 définir l’étendue des coulages individuels, généralement conformément à un plan de joints prédéterminé. Ils permettent un glissement dans le plan sauf s’ils sont liés par conception.”

L’objectif fondamental d’un joint de construction est de permettre à la construction en béton de se dérouler en coulages discrets et gérables tout en maintenant la continuité structurelle entre les coulages. 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 des équipes 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 provenant de la surface intentionnellement rugosifiée, le cisaillement-friction provenant des 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 affaiblis créés par sciage ou coffrage 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’isolement) fournissent 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 force 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 avec des armatures, tandis que les joints de retrait fissurent intentionnellement et les joints de dilatation fournissent 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 situés 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 là où le cisaillement-friction est requis, la surface soit intentionnellement rugosifiée à une amplitude complète 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 placé contre du béton durci avec rugosification intentionnelle, le coefficient est μ = 1,0λ. Pour le béton placé contre du béton durci sans rugosification, le coefficient chute à μ = 0,6λ, soit une réduction de 40 % de la capacité de cisaillement de conception.

Joints de construction planifiés vs d’urgence

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 du soffite le plus bas des poutres ou des poutrelles 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 dans la conception, avec l’armature requise calculée comme Avf = Vu / (φ fy μ).

Les joints de construction d’urgence (non planifiés) sont créés lorsqu’une interruption inattendue force un arrêt de la mise en place du béton. Les causes courantes incluent les retards de livraison du béton dépassant 30 minutes, la panne d’une pompe ou d’un convoyeur, la défaillance d’un vibreur, les changements météorologiques soudains incluant de fortes pluies, la défaillance ou la fuite d’un coffrage, ou le béton atteignant sa prise initiale avant la fin du coulage. Lorsqu’un retard 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 de 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’exigence d’amplitude de 1/4 de pouce. L’ingénieur structurel 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 la prise initiale avant la mise en place ultérieure. Si la surface est encore plastique et peut être remélangée avec du béton frais (dans les 30 à 45 minutes environ par temps normal), aucun joint n’existe du tout, 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.

Méthodes de préparation des joints

Selon l’ACI 318-19 Section 26.5.6.2(d) : “Les joints de construction doivent être nettoyés et la laitance enlevée avant la mise en place du nouveau béton.” La laitance est définie par l’ACI CT-16 comme “une couche de matériau faible dérivé du matériau cimentaire et des fines de granulats, transportée par le ressuage à la surface, ou séparée du mélange lors de la mise en place.” Cette couche, généralement de 1 à 3 mm d’épaisseur, a une résistance en traction ou en cisaillement négligeable et doit être complètement éliminée pour obtenir une liaison structurelle entre les coulages.

Grattage à vert (brossage humide)

Le grattage 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 au délogement des granulats. La méthode utilise un brossage métallique ou un léger jet d’eau après évaporation de l’eau de ressuage. La fenêtre de timing est critique, trop tôt, elle déloge les granulats et endommage la surface, trop tard, elle nécessite des méthodes mécaniques. Le grattage à vert produit les meilleurs résultats de liaison de toutes les méthodes car il élimine la laitance tandis que le granulat est encore bien ancré dans la pâte, exposant des granulats propres pour le verrouillage mécanique avec le coulage ultérieur. Il élimine le besoin d’une préparation de surface secondaire et est la méthode préférée pour les joints de construction horizontaux dans la construction de dalles et de murs.

Sablage

Le sablage utilise de l’air comprimé pour propulser un média 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 média 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 va de l’ICRI CSP (Profil de surface du béton) 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 sur les meilleures pratiques de l’USBR (MERL 12-17) recommande le sablage humide pour les joints de construction horizontaux afin de contrôler la poussière en suspension dans l’air et d’améliorer la finition de surface. Le sablage à sec est efficace mais génère une quantité importante de silice cristalline en suspension dans l’air et nécessite une protection respiratoire selon les normes OSHA.

Hydrodémolition (jet d’eau à haute pression)

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 enlever 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 des joints à grande échelle. Le contrôle de la profondeur est excellent, enlevant 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 effectifs vont de 5 à 30 yards carrés par heure selon la pression de l’eau et la qualité du béton. L’hydrodémolition produit la meilleure surface de liaison 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.

Agents de liaison

Les agents de liaison sont appliqués sur les surfaces de joint préparées immédiatement avant la mise en place du nouveau 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 temps de séchage, les agents de liaison acryliques/PVA (modifiés par polymère), acceptables pour les applications non structurelles, et la pâte de ciment pur, qui n’a aucune valeur de liaison une fois sèche.

Une constatation 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 ne sont pas recommandés pour les réparations structurelles et les revêtements où le 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 au 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 (sand patch) selon l’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.

Joint froid : définition et conséquences

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 mélange médiocre ou absent entre les deux lots.” Alors qu’un joint de construction est planifié, avec une préparation de surface et une 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 coulages de béton successifs 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 à 20 minutes. Pour les mélanges retardés, elle peut s’étendre à 60 à 90 minutes. La règle directrice est la suivante, si le béton précédemment placé a atteint la 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 graves. La réduction de la résistance de liaison varie de 40 à 60 % par rapport aux joints de construction correctement préparés, comme documenté par la recherche de l’USBR et des comités de l’ACI. Les augmentations de perméabilité jusqu’à 10 fois les valeurs normales parce que le joint froid crée une voie capillaire continue le long du plan de l’interface, fournissant une route directe pour l’eau, les chlorures et d’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 rupture 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.

Inspection des joints de construction

L’inspection des joints de construction est un composant critique 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.

Sondage par chaîne traînante (ASTM D4580)

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 sonore indique un béton sain avec une bonne liaison au plan du joint. Un bruit sourd ou creux indique une délamination ou un décollement à l’interface du joint. Un bruit de cliquetis indique une délamination peu profonde. Le Manuel de l’inspecteur de ponts de la FHWA impose une inspection annuelle par chaîne traînante des tabliers de pont, les zones situées à moins de 6 pouces des joints de construction recevant une attention particulière. Les limitations selon le Manuel d’inspection des structures du WisDOT incluent l’inefficacité sur les tabliers recouverts d’asphalte, l’incapacité à déterminer la profondeur du défaut, les interférences du bruit ambiant au-dessus de 70 dB et les exigences physiques de l’opération manuelle.

Sondage au marteau

Le sondage au marteau utilise un marteau (16-20 oz) tapé à intervalles réguliers, généralement 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 une délamination ou un décollement. Un son de tambour indique une séparation étendue au plan du joint. Selon l’ASTM D4580, le sondage au marteau est la méthode principale pour la détection de la délamination des tabliers de pont.

Essai d’arrachement (Pull-Off) (ASTM C1583)

L’essai d’arrachement fournit une mesure quantitative de la résistance de liaison aux joints de construction. La méthode implique le carottage à travers l’interface du joint jusqu’à une profondeur minimale atteignant le substrat (généralement 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 de 200 psi (1,4 MPa) pour les réparations structurelles. Les réparations non structurelles nécessitent 150 psi (1,0 MPa). Les revêtements de tablier de pont exigent généralement 250 psi (1,7 MPa), et les réparations de chaussées aéroportuaires selon la FAA P-501 exigent 300 psi (2,1 MPa) .

Le mode de rupture est enregistré pour chaque essai, Mode A est une rupture adhésive à l’interface revêtement/substrat (rupture de la liaison), Mode B est une rupture cohésive dans le béton du substrat, Mode C est une rupture cohésive dans le matériau de revêtement/réparation, et Mode D est une rupture adhésive à l’interface époxy/disque en acier (essai invalide). Le type de rupture souhaité est le Mode B, indiquant que la résistance de liaison dépasse la résistance à la traction du béton du substrat.

Vitesse de propagation des impulsions ultrasoniques (ASTM C597)

L’essai par vitesse de propagation des impulsions ultrasoniques (UPV) mesure la vitesse des impulsions ultrasoniques traversant le béton. Lorsque le trajet de l’impulsion traverse un joint de construction, la vitesse diminue si la zone du joint présente une mauvaise liaison, des vides ou une délamination. La vitesse d’impulsion typique pour un béton sain varie de 3 500 à 4 500 m/s. Une chute de vitesse de plus de 15 % à travers le joint indique une liaison de mauvaise qualité. Les vitesses inférieures à 3 000 m/s indiquent des vides ou un mauvais contact à l’interface du joint. Les essais UPV sont efficaces pour le criblage rapide de grandes surfaces et peuvent cartographier l’étendue des zones de décollement.

Carottage (ASTM C42)

Le carottage fournit une observation directe de l’interface du joint. Des carottes sont extraites à travers le joint et examinées visuellement pour détecter les vides, les nids d’abeille, les couches de laitance ou le manque de liaison de la pâte. Les essais en laboratoire peuvent inclure la résistance à la traction par fendage à travers le plan du joint et les essais de résistance de liaison selon l’ASTM C1583. L’observation des carottes révèle également la présence et l’état des armatures traversant le joint.

Étanchéité aux joints de construction

Les joints de construction sont les emplacements les plus vulnérables dans les 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 dus au gel-dégel dans les climats froids et les dégâts d’eau intérieurs dans les structures occupées.

Barrières d’étanchéité en PVC

Les barrières 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 profils incluant les configurations en haltère, nervurée, à bulbe central et en toile déchirable. Les largeurs vont de 4 à 12 pouces (100-300 mm) avec une épaisseur de 3/16 à 1/2 pouce (5-12 mm). La capacité hydrostatique atteint jusqu’à 200 pieds (60 mètres) de charge selon la largeur et le profil. L’installation implique d’encastrer la barrière à 50 % dans chaque côté du joint, avec des épissures soudées à chaud en usine ou sur le terrain. La principale limitation est que les barrières en PVC sont facilement endommagées lors de la mise en place du béton, et les dommages sont indétectables jusqu’à ce qu’une fuite se produise. La règle générale est que les profils plus larges avec une plus grande épaisseur offrent une résistance hydrostatique plus élevée.

Barrières d’étanchéité hydrophiles (gonflantes)

Les barrières 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 temps de cure de 24 heures avant le coulage du béton et doivent être maintenus au sec pendant l’installation. Les bandes en caoutchouc hydrophile (telles que WATERSTOP HPW de W.R. Meadows) finissent avec une surface lisse et sont efficaces pour les joints de construction non mobiles. 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.

Systèmes d’étanchéité cristallins

Les systèmes d’étanchéité cristalline intégrale (ICW) utilisent des produits chimiques propriétaires qui réagissent avec l’eau et les sous-produits de l’hydratation du ciment pour former des structures cristallines insolubles dans les pores et les capillaires du béton. Les principaux fabricants incluent Kryton (Système d’arrêt d’eau Krystol), Xypex (Concentré Xypex) et Penetron (Adjuvant/Joints Penetron). Ces systèmes offrent plusieurs avantages par rapport aux barrières d’étanchéité traditionnelles, capacité d’auto-obturation, le contact avec l’eau déclenche une croissance cristalline supplémentaire pour remplir les microfissures nouvellement formées, des économies de coût allant jusqu’à 50 % par rapport aux systèmes en PVC ou à la bentonite, une installation simple ne nécessitant pas de main-d’œuvre qualifiée (appliquée comme un coulis cimentaire), une capacité de rétrofit 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.

Systèmes de tubes d’injection

Les systèmes de tubes d’injection consistent en des tubes creux (PVC ou caoutchouc) installés le long du joint avant le deuxième coulage 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 espaces à l’interface du joint. Les types réinjectables permettent une injection répétée si le joint bouge ou si le joint d’étanchéité se rompt. Ces systèmes sont principalement utilisés pour l’étanchéité active pré-planifiée dans les structures critiques étanches à l’eau, notamment les réservoirs, les tunnels et les murs souterrains.

Joints de construction dans les tabliers de pont

Les joints de construction des tabliers de pont sont régis par les Spécifications de conception des ponts AASHTO LRFD et le Manuel de l’inspecteur de ponts de la FHWA. Selon l’AASHTO LRFD Section 5.14, les joints de construction dans les tabliers de pont doivent être situés 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).

L’AASHTO LRFD Tableau 5.14.5.3-1 spécifie l’armature minimale à travers les joints de construction, 0,15 po²/pi pour les joints longitudinaux et 0,05 po²/pi pour les joints transversaux. Les barres de goujon pour le transfert de charge ont typiquement 1 pouce à 1,25 pouce de diamètre, revêtues d’époxy, à des entraxes de 12 à 18 pouces.

L’étude NCHRP Synthèse 319 a sondé les agences de transport des États sur la performance des joints de tablier de pont. Les principales constatations incluent que 60 % des agences répondantes utilisent des joints d’étanchéité à compression comme leur système de joint de tablier principal, 30 % utilisent des joints à bande et 10 % utilisent des mastics 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 mastic, l’éclatement aux bords des joints, la fuite d’eau à travers les joints sur 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 de l’inspecteur de ponts de la FHWA spécifie que les tabliers de pont doivent être sondés par chaîne traînante annuellement pour la détection de la délamination. Les zones suspectées de délamination 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 tablier-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 sablage abrasif seul est suffisant en raison des caractéristiques de liaison exceptionnelles de l’UHPC.

Joints de construction dans les chaussées PCC aéroportuaires

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 des aéroports), Article P-501 (Chaussée en béton de ciment), avec des exigences référencées par l’Annexe 14 de l’OACI (Aérodromes, Volume I, Conception et exploitation des aérodromes) .

La FAA P-501 spécifie quatre types de joints pour les chaussées aéroportuaires, les joints de retrait transversaux à un espacement de 15 à 20 pieds, sciés à 1/4 de la profondeur de la dalle et scellés, les joints de construction longitudinaux aux lignes de voie (espacement de 12,5 à 25 pieds), liés avec des barres déformées ou goujonnés, les joints de construction transversaux à la fin de la mise en place de chaque journée, goujonnés pour le transfert de charge, et les joints d’isolement aux structures et aux changements de section, avec un matériau de remplissage compressible pleine profondeur.

Les exigences relatives aux barres de goujon 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) entre axes , matériau en acier revêtu d’époxy selon l’ASTM A775 ou en acier inoxydable, tolérance d’alignement de ±1/2 pouce vertical et ±1 pouce horizontal. Les barres de liaison longitudinales sont des barres déformées #5 (5/8 pouce) à #6 (3/4 pouce), Grade 60 (420 MPa), revêtues d’époxy, à un espacement de 24 à 36 pouces.

Les exigences d’étanchéité des joints selon la FAA P-501 spécifient une largeur de réservoir de mastic de 1/4 à 3/8 de pouce, une profondeur de 1/2 à 3/4 de pouce (sciage), un type de mastic silicone selon la FAA P-605 ou l’ASTM D5893 (ou coulé à chaud selon l’ASTM D1190/D3405/D6690), une baguette de fond de joint en polyéthylène à cellules fermées dimensionnée 25 % plus large que la largeur du joint, un ruban anti-adhérent au fond du réservoir et un rapport profondeur/largeur du mastic 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 approuvée par la FAA, suivies d’un soufflage à l’air pour éliminer tous les débris et la poussière. Les critères d’acceptation sont l’absence de poussière visible, d’huile, de produit de cure ou de laitance. Les essais de liaison suivent l’ASTM C794 (essai de pelage).

Les essais de contrôle de la qualité aux joints selon la FAA P-501 incluent la résistance à la flexion du béton (chargement au tiers-point), minimum 650 psi (4,5 MPa) à 28 jours, un ensemble d’essais par 5 000 pieds carrés, l’alignement des barres de goujon, une barre sur 20 vérifiée par rapport aux tolérances, l’adhérence du mastic de joint, un essai par 500 pieds selon l’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’Annexe 14 de l’OACI exigent que les joints dans les chaussées rigides soient conçus pour minimiser les effets des changements de température et d’humidité, que l’efficacité du transfert de charge (LTE) à travers les joints mesurée par déflectomètre à masse tombante (FWD) soit d’au moins 70 % , que les joints de construction soient planifiés pour coïncider avec les marques de chaussée ou les lignes de voie lorsque cela est possible, et que les mastics de joint soient résistants au souffle des réacteurs, au carburant et aux produits chimiques de dégivrage.

Différenciation d’avec la fissuration structurelle

L’une des compétences d’inspection les plus importantes est de différencier correctement trois caractéristiques qui peuvent apparaître 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 une réponse requise distinctes.

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 essais de traction par fendage ou de résistance de liaison. Sixièmement, évaluer le transfert de charge à l’aide d’essais FWD ou de plaque de charge à travers la caractéristique.

Réparation des joints de construction défaillants

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.

Injection d’époxy (réparation structurelle)

L’injection d’époxy selon l’ACI RAP-1 (Réparation des fissures structurelles 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 porteuses et le Type IV pour les réparations structurelles porteuses. Les résistances de liaison après 14 jours de cure 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.

La sélection de la viscosité dépend de la largeur du joint. Le Grade 1 (faible viscosité, ≤2 000 cps) est utilisé pour les joints plus étroits que 0,010 pouce (0,25 mm). Le Grade 2 (moyenne, 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 plus larges que 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 à un espacement 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 et en s’éloignant, 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 ras. 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 les fissures induites par la corrosion ne soient pas injectées à l’époxy (la corrosion se poursuit à l’intérieur).

Rétrofit de goujons

Le rétrofit de 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 faïençage 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 à 1,5 pouce (32-38 mm) , longueur du goujon de 18 pouces (457 mm) , espacement des goujons de 12 pouces (300 mm) entre axes , dimensions de la saignée de diamètre du goujon plus 2 pouces de largeur et profondeur jusqu’à mi-dalle, et matériau de rebouchage en coulis non rétractable ou béton à prise rapide avec une résistance à la compression minimale de 4 000 psi (28 MPa) à 24 heures.

La procédure implique le sciage de saignées aux emplacements désignés perpendiculairement au joint, l’enlèvement du béton jusqu’à la profondeur requise, le nettoyage de la cavité, la mise en place de la barre de goujon dans la saignée, le remplissage avec un matériau de rebouchage à prise rapide, la finition et le durcissement, et l’essai du transfert de charge par FWD. Les données de performance d’une étude FHWA sur 10 ans montrent que l’efficacité du transfert de charge est passée d’une moyenne de 30 % à plus de 80 % , le faïençage 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 varie de 200 à 400 $ par goujon.

Re-bétonnage / Réparation partielle

Le re-bétonnage est utilisé lorsque le bord du joint a cédé avec un éclatement, une fissuration en D ou une détérioration étendue où l’injection d’époxy ou le DBR seul est insuffisant. La procédure implique le sciage d’au moins 6 pouces (150 mm) en arrière du joint des deux côtés, l’enlèvement du béton détérioré jusqu’à pleine profondeur ou jusqu’au béton sain, le nettoyage et la préparation de la surface, l’installation de nouveaux goujons ou barres de liaison si nécessaire, la mise en place d’un nouveau béton en utilisant un matériau de réparation à durcissement rapide selon l’ASTM C928 ou du béton conventionnel, le formage d’un nouveau plan de joint ou le sciage après durcissement, et l’étanchéité du joint.

Les options de matériaux incluent le béton à prise rapide selon l’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 par polymère (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).

Injection de polyuréthane (arrêt d’eau)

L’injection de polyuréthane est utilisée pour les joints froids ou les joints de construction qui fuient avec un écoulement d’eau actif. Le polyuréthane hydrophobe réagit avec l’eau pour former une mousse rigide, efficace pour les fuites à fort débit. Le polyuréthane hydrophile gonfle au contact de l’eau pour former un gel flexible, efficace pour les fuites intermittentes. La procédure implique le perçage de trous d’injection à un espacement de 6 à 12 pouces le long du joint, l’installation de packers, l’injection de PU sous pression (50-300 psi), l’écoulement de l’eau s’arrêtant en quelques secondes à quelques 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.

Agrafage (ajout d’armatures)

L’agrafage ajoute des armatures à travers un joint là où la continuité existante est insuffisante. Les barres sont généralement de #5 à #8 (5/8 pouce à 1 pouce de diamètre), scellées à l’époxy dans des trous forés selon l’ASTM C881 à travers le joint à un espacement calculé. La profondeur injectée est de 12 à 24 diamètres de barre (12db-24db) . Les essais 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.

Matrice de sélection des réparations

Références normatives clés