Qu'est-ce que le Mortier de Bourrage à Sec ?

Définition et Propriétés

Le mortier de bourrage à sec est un mortier de ciment Portland très raide, à affaissement nul, composé de ciment, de granulat fin et de la quantité minimale d’eau nécessaire à l’hydratation du ciment. Il est mélangé à une consistance ressemblant à du sable de plage humide, le mélange conserve sa forme lorsqu’il est moulé en boule à la main mais ne laisse aucun film d’humidité visible sur la paume. Cette teneur en eau extrêmement faible, correspondant typiquement à un rapport eau-ciment (E/C) de 0,25 à 0,35, distingue le bourrage à sec du mortier de ciment conventionnel (E/C 0,40 à 0,55) et du coulis coulable (E/C 0,35 à 0,50).

La propriété physique déterminante du mortier de bourrage à sec est son affaissement nul, il ne s’écoule pas et ne se déforme pas sous son propre poids. Cette caractéristique permet au matériau d’être mis en place dans des cavités confinées, des fentes étroites et des poches verticales ou en plafond sans coffrage. Le mortier est compacté par damage manuel ou bourrage à l’aide d’un outil en bois ou en métal, ce qui densifie le matériau et le force en contact intime avec le substrat de béton préparé. L’énergie de compactage appliquée lors de la mise en place, typiquement 25 à 30 coups par pouce carré à l’aide d’un outil de bourrage de 1 à 2 livres, produit une microstructure dense et à faible porosité qui minimise le retrait au séchage et maximise la résistance d’adhérence.

La résistance à la compression d’un mortier de bourrage à sec correctement proportionné et compacté varie de 21 à 45 MPa (3 000 à 6 500 psi) à 28 jours pour les formulations standard mélangées sur le terrain, les mélanges de laboratoire contrôlés utilisant une granulométrie optimisée et une teneur en liant atteignant jusqu’à 65 MPa (9 400 psi) selon les recherches publiées dans le milieu universitaire. Le Guide de Réparation du Béton ACI 546R-96 note qu’un rapport ciment/sable de 1:3 en volume (ciment Portland Type I/II pour sable propre et anguleux) est la proportion la plus couramment spécifiée. Un rapport 1:2,5 produit une résistance plus élevée pour les réparations structurelles, tandis que 1:4 est utilisé pour les applications de remplissage non structurelles où les exigences de résistance sont moindres.

La densité du mortier de bourrage à sec compacté est d’environ 2 100 à 2 240 kg/m³ (130 à 140 lb/ft³), ce qui est comparable au béton conventionnel. La porosité est significativement plus faible que celle des mortiers mélangés humides en raison de la faible teneur en eau et du compactage mécanique qui force l’air emprisonné hors du mélange. Cette microstructure dense produit une faible perméabilité, le coefficient d’absorption d’eau est typiquement inférieur à 0,1 kg/m²·h⁰·⁵ lorsqu’il est testé selon l’ASTM C1585, rendant le matériau résistant à l’intrusion d’humidité et aux dommages causés par le gel-dégel lorsqu’il est correctement curé.

Le retrait au séchage du mortier de bourrage à sec est nettement inférieur à celui du mortier de ciment conventionnel car le volume d’eau libre disponible pour l’évaporation après hydratation est minimal. Pour un mélange 1:3 correctement proportionné, le retrait linéaire au séchage mesuré selon l’ASTM C596 est typiquement de 0,03 à 0,06 pour cent à 28 jours, contre 0,06 à 0,12 pour cent pour le mortier conventionnel. Ce faible retrait est critique dans les applications de réparation confinées car le matériau de réparation est retenu par le béton environnant. Si les contraintes de retrait dépassent la résistance d’adhérence ou la capacité de traction du mortier, la réparation se décolle ou se fissure à l’interface, c’est la cause la plus fréquente de défaillance des réparations par bourrage à sec.

Le temps de prise du mortier de bourrage à sec dépend de la température ambiante, du type de ciment et de l’utilisation d’adjuvants chimiques. Pour le ciment Portland Type I/II à 70°F (21°C), la prise initiale se produit environ 2 à 4 heures et la prise finale 4 à 8 heures après le mélange. Les adjuvants accélérateurs (chlorure de calcium à 1-2% du poids du ciment, là où cela est permis) peuvent réduire le temps de prise d’environ 50% pour les réparations d’urgence. Des adjuvants retardateurs peuvent être spécifiés pour une mise en place par temps chaud dépassant 90°F (32°C) afin d’éviter une prise éclair avant la fin du compactage.

Le Guide de Réparation du Béton du Bureau of Reclamation (Deuxième Édition, 2015) consacre une section entière (I-D-2-c) au bourrage à sec et au bourrage à sec lié, le classant comme une méthode de réparation mince adaptée aux profondeurs de 1/2 pouce à 2 pouces. Le guide spécifie que le mortier de bourrage à sec doit être proportionné selon les exigences de la réparation, avec la teneur en ciment, la teneur en eau et les caractéristiques du granulat optimisées pour l’application spécifique. Le Guide de Réparation du Béton ACI 546R-96 (Réapprouvé 2001) de l’American Concrete Institute traite également du bourrage à sec comme une technique de mise en place spécialisée pour les réparations de petit volume où le coffrage est peu pratique.

Proportionnement du Mélange

Le proportionnement du mélange du mortier de bourrage à sec nécessite un contrôle précis de trois variables : le rapport ciment/sable, la teneur en eau et la granulométrie du granulat. Contrairement au béton conventionnel où la formulation du mélange suit des procédures standardisées (ACI 211), le proportionnement du bourrage à sec repose fortement sur le jugement de terrain et les tests de sensation manuelle car la teneur en eau est trop faible pour que les tests d’affaissement ou d’écoulement conventionnels aient un sens.

Rapport Ciment/Sable

Le rapport de mélange standard du mortier de bourrage à sec est de 1 partie de ciment Portland pour 3 parties de sable propre et anguleux en volume. Cette proportion est spécifiée par l’ACI 546R-96, le Guide de Réparation du Béton du Bureau of Reclamation et la FAA AC 150/5380-6C pour les réparations de nids de pelade de joints de chaussées aéroportuaires. Le rapport 1:3 produit une combinaison équilibrée de résistance à la compression, d’ouvrabilité lors du damage et de stabilité dimensionnelle.

Pour les réparations structurelles nécessitant une résistance plus élevée, telles que les éléments en béton porteurs, les réparations de culées de ponts et les réparations de rapiéçage de chaussées soumises au trafic d’aéronefs ou de véhicules lourds, un rapport 1:2,5 (ciment/sable en volume) est recommandé. Ce mélange plus riche augmente la résistance à la compression à 28 jours d’environ 3 000-4 500 psi (rapport 1:3) à 5 000-6 500 psi (rapport 1:2,5), selon le type de ciment et les caractéristiques du sable.

Pour les applications de remplissage non structurelles, telles que le remplissage de vides derrière des éléments préfabriqués, le rapiéçage d’alvéolage mineur ou le remplissage de trous de forage, un rapport de 1:4 à 1:6 peut être utilisé. Ces mélanges plus maigres ont une résistance plus faible (1 500-3 000 psi) et une porosité plus élevée, mais réduisent le coût des matériaux et la chaleur d’hydratation dans les situations de remplissage en masse. Le Bureau of Reclamation note que des rapports allant jusqu’à 1:6 peuvent être utilisés pour certaines applications, mais prévient que les mélanges plus maigres sont plus difficiles à compacter et plus sujets à la fissuration par retrait.

Détermination de la Teneur en Eau

La teneur en eau est la variable la plus critique dans le proportionnement du mélange de bourrage à sec. Trop peu d’eau empêche l’hydratation complète du ciment, laissant des particules de ciment non hydratées qui ne contribuent en rien à la résistance et augmentent la porosité. Trop d’eau produit un mélange humide qui s’affaisse sous son propre poids, ne peut pas être correctement compacté par damage et rétrécit excessivement lors du séchage, entraînant un décollement et une fissuration au périmètre de la réparation.

La consistance cible est décrite dans la terminologie ACI comme humide, pas mouillée. Quatre tests de terrain sont utilisés pour vérifier la teneur en eau correcte :

Le test de la boule, Une poignée de mortier mélangé est fermement serrée dans la paume. Un mélange correctement proportionné forme une boule cohésive qui conserve sa forme lorsque la main est ouverte. Si la boule s’effrite à l’ouverture, le mélange est trop sec. Si de l’eau suinte entre les doigts ou laisse un film humide sur la paume, le mélange est trop mouillé.

Le test de chute, Une boule de mortier est lâchée de la hauteur de la taille (environ 36 pouces) sur une surface dure et propre. Un mélange correctement proportionné se brise en plusieurs gros fragments. Un mélange trop mouillé s’aplatit en une galette. Un mélange trop sec se brise en particules de sable individuelles.

Le test d’empreinte de la main, Une poignée de mortier est comprimée dans la paume, puis la main est ouverte. Si le mortier conserve une empreinte claire des lignes de la peau sans montrer d’eau libre, la teneur en eau est correcte. Un film d’eau sur la main indique un excès d’eau.

Le test de compression et de relâchement, Le mortier comprimé en une boule de 1 pouce de diamètre et placé sur une surface plane doit supporter son propre poids sans s’affaisser ni s’étaler. Le diamètre de la boule après 60 secondes ne doit pas augmenter de plus de 10% du diamètre d’origine.

La teneur en eau cible en poids est typiquement de 6 à 9 pour cent du poids total des matériaux secs (ciment plus sable). Pour un mélange 1:3 utilisant 42,5 kg (94 lb) de ciment Portland et 127 kg (280 lb) de sable sec, l’ajout d’eau est d’environ 3,0 à 4,5 litres (6,5 à 10 pints) . L’eau doit être ajoutée progressivement, commencer avec 80% de la quantité estimée, mélanger soigneusement, évaluer la consistance et ajouter progressivement l’eau restante jusqu’à atteindre la condition cible de sable humide.

Exigences relatives au Granulat

Le sable utilisé dans le mortier de bourrage à sec doit être propre, anguleux, bien granulé et dur. La spécification ASTM C33 pour le granulat fin du béton fournit les exigences granulométriques applicables. Le sable doit passer un tamis No. 4 (4,75 mm) , avec pas plus de 5% retenu sur le tamis No. 4. Le module de finesse doit être compris entre 2,5 et 3,1 pour une ouvrabilité et une densité de compactage optimales. Les sables plus fins que 2,5 augmentent la demande en eau. Les sables plus grossiers que 3,1 produisent un mélange rugueux et difficile à compacter.

La taille maximale des particules ne doit pas dépasser un tiers de la profondeur minimale de réparation. Pour une profondeur de réparation de 0,5 pouce (12,5 mm), la taille maximale du granulat doit être limitée à 1/6 de pouce (4 mm), équivalent à un tamis No. 4. Pour les réparations plus profondes dépassant 1 pouce, un granulat jusqu’à 3/8 de pouce (9,5 mm) peut être utilisé à condition que la géométrie de la cavité permette un compactage complet.

Le sable doit être testé pour les impuretés organiques selon l’ASTM C40 (test colorimétrique). La contamination organique par le limon, l’argile ou les matières végétales retarde l’hydratation du ciment et réduit la résistance d’adhérence. La teneur en humidité du sable doit être prise en compte dans le calcul de l’eau de gâchage. L’utilisation de sable saturé-surface-sèche (SSD) élimine la variabilité de l’humidité dans le dosage sur le terrain.

Types de Ciment et Adjuvants

Le ciment Portland Type I selon l’ASTM C150 est le ciment standard pour le mortier de bourrage à sec. Le Type II (résistance modérée aux sulfates) est spécifié pour les réparations dans les sols ou les eaux contenant des sulfates. Le Type III (haute résistance initiale) peut être utilisé lorsqu’un délai d’exécution rapide est requis, atteignant environ 70% de la résistance à 28 jours à 7 jours. Le Type I/II (un ciment polyvalent répondant aux exigences des Types I et II) est couramment spécifié pour les réparations de chaussées aéroportuaires car il offre de bonnes performances à usage général avec une résistance modérée aux sulfates appropriée pour les environnements aéronautiques.

Le ciment Portland blanc est spécifié pour les réparations architecturales ou à couleur assortie où l’apparence visuelle est importante. Il utilise des matières premières à faible teneur en fer et en manganèse, produisant les mêmes caractéristiques de résistance que le ciment gris.

Les ciments mélangés, Type IS (ciment Portland au laitier de haut fourneau) et Type IP (ciment Portland pouzzolanique) selon l’ASTM C595, peuvent être utilisés pour le bourrage à sec mais nécessitent des périodes de cure plus longues et peuvent produire un développement de résistance plus lent à basse température. Les cendres volantes (Classe C ou F selon l’ASTM C618) peuvent remplacer 15-25% du ciment Portland pour réduire la chaleur d’hydratation et améliorer l’ouvrabilité, mais le remplacement réduit la résistance au jeune âge.

Les adjuvants chimiques sont utilisés de manière sélective. Les adjuvants accélérateurs (chlorure de calcium, accélérateurs sans chlorure à base de formiate de calcium ou de nitrate de calcium) accélèrent la prise et le gain de résistance initiale pour les réparations d’urgence ou la mise en place par temps froid. Le chlorure de calcium est limité à 2% du poids du ciment selon l’ACI 318 et est interdit dans le béton précontraint ou exposé aux sulfates. Les adjuvants réducteurs d’eau (Type A ou Type D selon l’ASTM C494) peuvent améliorer l’ouvrabilité à la même teneur en eau ou permettre une réduction de l’eau sans sacrifier l’ouvrabilité. Les adjuvants entraîneurs d’air (ASTM C260) améliorent la résistance au gel-dégel mais doivent être utilisés avec prudence car l’air entraîné réduit la résistance à la compression d’environ 5% par 1% de teneur en air.

Technique de Mise en Place

La mise en place réussie du mortier de bourrage à sec dépend entièrement d’un compactage correct par damage manuel. La technique diffère considérablement de la mise en place du béton conventionnel car le matériau n’est pas coulé, vibré ou lissé au sens habituel. Chaque particule de mortier doit être mécaniquement forcée en contact intime avec le substrat et les particules de mortier adjacentes.

Préparation de la Cavité

La cavité de réparation doit être préparée selon les procédures établies de réparation du béton avant le début de toute mise en place de bourrage à sec. Selon le Guide de Réparation du Béton du Bureau of Reclamation, le périmètre de la cavité doit être scié à une profondeur minimale de 3/4 de pouce (19 mm) avec la ligne de sciage formant une forme rectangulaire ou circulaire avec des coins arrondis, les coins intérieurs vifs concentrent les contraintes et favorisent l’amorçage des fissures. La cavité doit être sous-cavée ou clavetée à environ 5 degrés pour créer un verrouillage mécanique qui aide à retenir le matériau de réparation. La profondeur minimale pour la réparation par bourrage à sec est de 1/2 pouce (12,5 mm) selon les spécifications de Caltrans et les directives du Bureau of Reclamation. Les bords minces ne sont pas acceptables car les bords fins se brisent sous la charge et offrent une surface de liaison insuffisante.

Tout le béton détérioré, délaminé et non sain doit être enlevé par marteaux burineurs (maximum 15 lb) , hydrodémolition (10 000-20 000 psi) , aiguilles de décapage ou sablage abrasif pour exposer le béton sain avec des particules de granulat ouvertes. Le substrat est ensuite nettoyé, d’abord avec de l’air comprimé sans huile pour enlever les débris meubles, puis par jet d’eau à haute pression à un minimum de 3 000 psi (21 MPa) pour enlever la poussière, la laitance et les résidus. La cavité doit être saturée-surface-sèche (SSD) au moment de la mise en place, la surface est visiblement humide sans eau stagnante. L’eau stagnante dans la cavité dilue le mortier à l’interface et empêche la formation de l’adhérence.

Préparation de l’Adhérence

L’interface entre le béton existant et le mortier de bourrage à sec est le maillon le plus faible du système de réparation. Trois méthodes de préparation de l’adhérence sont spécifiées dans le Guide du Bureau of Reclamation :

Méthode 1 (Bourrage à Sec Standard), Aucun agent de liaison n’est appliqué. Le substrat est maintenu en condition SSD, et le mortier de bourrage à sec est damé directement contre la surface humide. Le verrouillage mécanique de la cavité sous-cavée et la pression de compactage fournissent le mécanisme d’adhérence principal. Cette méthode convient aux réparations dans les zones de compression où la clavette mécanique est suffisante pour retenir le matériau de réparation.

Méthode 2 (Bourrage à Sec Lié avec Coulis de Ciment Pur), Immédiatement avant la mise en place, une couche de coulis de ciment pur (ciment Portland mélangé avec suffisamment d’eau pour former une barbotine épaisse ayant la consistance d’une crème épaisse) est brossée sur le substrat SSD. L’application du coulis doit couvrir toutes les surfaces exposées de la cavité, y compris les côtés, le fond et toute armature exposée. Le mortier de bourrage à sec est mis en place pendant que le coulis est encore poisseux, typiquement dans les 5 à 10 minutes suivant l’application. Cette méthode offre une résistance d’adhérence considérablement améliorée en remplissant les pores microscopiques de la surface et en fournissant une zone de transition riche en ciment entre le substrat et le matériau de réparation.

Méthode 3 (Bourrage à Sec Lié avec Agent de Liaison Commercial), Un agent de liaison commercial à base de latex ou d’époxy est appliqué selon les instructions du fabricant. Les agents de liaison au latex (formulations d’acétate de polyvinyle, de styrène-butadiène ou d’acrylique) améliorent l’adhérence et réduisent la perte d’eau du bourrage à sec dans le substrat. Les agents de liaison époxy offrent la résistance d’adhérence la plus élevée mais nécessitent un dosage précis et un contrôle de la température. Les recommandations du fabricant concernant le taux d’application, le temps ouvert et l’état du substrat doivent être suivies avec précision.

Compactage Couche par Couche

Le mortier de bourrage à sec doit être mis en place en couches minces et successives, pas déversé dans la cavité en une seule masse. Chaque couche doit avoir une épaisseur de 1/4 à 3/8 de pouce (6 à 10 mm) , suffisamment mince pour que l’outil de damage puisse transmettre l’énergie de compactage sur toute l’épaisseur de la couche jusqu’à l’interface du substrat.

Étape 1, Remplissage initial : La première couche de mortier est étalée sur le fond de la cavité et pressée fermement en contact avec le coulis de liaison (si utilisé) ou le substrat SSD. L’outil de damage, typiquement une tige en bois émoussée (3/4 à 1-1/2 pouce de diamètre), une section de bois 2x4 ou une tige de damage en acier à face plate, est utilisé pour délivrer des coups verticaux fermes sur toute la surface. Chaque pouce carré de surface doit recevoir un minimum de 25 à 30 coups de damage. Le compactage doit procéder systématiquement d’un côté de la cavité à l’autre, chaque coup chevauchant le coup précédent d’environ 50%.

Étape 2, Couches intermédiaires : Les couches suivantes sont placées de la même manière, chaque couche étant compactée avant l’ajout de la suivante. Le compactage de chaque couche doit densifier le matériau au point où la surface apparaît brillante, indiquant que la pâte de ciment a été forcée à la surface par la pression de compactage. Ce brillant de surface est l’indicateur de terrain d’un compactage adéquat. Si la surface reste terne après le damage, un effort de compactage supplémentaire est nécessaire.

Étape 3, Surface finale : La dernière couche est placée légèrement plus haut que la surface de chaussée environnante (environ 1/16 à 1/8 de pouce plus haut). Après un compactage complet avec l’outil de damage, la surface est arasée à l’aide d’une règle ou d’une planche de serrage maintenue au ras de la chaussée environnante. La finition finale est appliquée avec une taloche en bois (pour une texture correspondant au béton environnant) ou une truelle en acier (pour les surfaces de finition lisse). La surface doit être de niveau à moins de 1/8 de pouce (3 mm) de la surface de chaussée environnante selon la FAA AC 150/5380-6C.

Outillage pour les Applications Verticales et en Plafond

Pour les faces verticales (telles que les murs de culée, les colonnes ou les murs de soutènement), le mortier de bourrage à sec doit être pressé dans la cavité avec une force suffisante pour rester en place contre la gravité. Le mortier doit être formé en masses en forme de palets d’environ 2 à 3 pouces de diamètre et 1/2 à 3/4 de pouce d’épaisseur, puis pressé fermement dans la cavité à l’aide de la paume de la main ou d’un outil de damage rembourré. Chaque palet doit être soigneusement compacté avant que le suivant ne soit placé adjacent.

Pour les applications en plafond, le mortier doit être forcé vers le haut dans la cavité à l’aide d’une plaque d’appui ou d’un coffrage maintenu contre la face inférieure. L’outil de damage est utilisé à travers une ouverture d’accès pour compacter le mortier contre la surface du plafond. C’est l’application de bourrage à sec la plus difficile et elle nécessite une expérience significative pour obtenir un compactage et une adhérence corrects. Le bourrage à sec lié (Méthode 2 ou 3) est fortement recommandé pour les réparations en plafond.

Cure

Une cure appropriée est essentielle pour le mortier de bourrage à sec car la faible teneur en eau offre une marge minimale pour la perte d’eau pendant l’hydratation. Si le mortier sèche avant que l’hydratation du ciment ne soit substantiellement complète (typiquement 7 jours à 70°F/21°C), la réaction d’hydratation s’arrête, laissant du ciment non hydraté qui ne contribue en rien à la résistance et une microstructure poreuse sensible aux dommages causés par le gel-dégel.

Les méthodes de cure spécifiées dans le Guide du Bureau of Reclamation comprennent :

Toile de jute humide avec couverture en polyéthylène, Un tissu de jute tissé (poids minimum de 4 plis) est saturé d’eau propre, placé directement contre la surface de réparation finie et recouvert d’une feuille de polyéthylène transparent (épaisseur minimale de 4 mils) pour empêcher l’évaporation. La toile de jute doit être ré-humidifiée quotidiennement ou plus fréquemment par temps chaud, sec ou venteux. La feuille de polyéthylène doit s’étendre d’au moins 6 pouces au-delà de la toile de jute sur tous les côtés et être lestée sur les bords pour maintenir le contact.

Application continue d’eau, Un tuyau suintant, une ligne d’irrigation goutte à goutte ou une buse de brumisation délivre un apport continu d’eau à la surface de réparation et au béton environnant. Cette méthode est efficace par temps chaud mais nécessite une source d’eau fiable et un drainage adéquat pour empêcher l’accumulation d’eau dans les zones adjacentes.

Produits de cure formant une membrane liquide, Les produits conformes à l’ASTM C309 (produits formant une membrane liquide pour la cure du béton) sont appliqués au pinceau ou par pulvérisation au taux de couverture spécifié par le fabricant (typiquement 200 à 300 pieds carrés par gallon). Le produit forme une barrière continue qui retient l’humidité dans le mortier. Les produits pigmentés en blanc sont utilisés par temps chaud pour réfléchir le rayonnement solaire et réduire la température de surface.

La durée minimale de cure est de 7 jours à des températures supérieures à 50°F (10°C). Pour le ciment Type III (haute résistance initiale), le minimum peut être réduit à 3 jours si des essais de résistance confirment une hydratation adéquate. Pour une mise en place par temps froid en dessous de 50°F, la période de cure doit être prolongée jusqu’à ce que le mortier ait accumulé un minimum de 500°F-jours (degrés-jours au-dessus de 32°F).

Le contrôle de la température pendant la mise en place et la cure est essentiel. La température ambiante doit être maintenue au-dessus de 40°F (4°C) pendant la mise en place et pendant toute la période de cure selon l’ACI 306 (Bétonnage par Temps Froid). Par temps chaud au-dessus de 90°F (32°C), la température du mortier doit être maintenue en dessous de 90°F en utilisant de l’eau de gâchage froide, en ombrageant les matériaux et en mettant en place pendant la partie la plus fraîche de la journée. De la glace peut être utilisée comme une partie de l’eau de gâchage, à condition que la glace soit complètement fondue avant le début de la mise en place.

Types de Réparation Appropriés

Le mortier de bourrage à sec est applicable à une gamme spécifique de scénarios de réparation du béton caractérisés par une géométrie confinée, un petit volume et l’absence de coffrage. Comprendre l’enveloppe d’application appropriée est essentiel pour une utilisation réussie.

Réparations de Nids de Pelade de Joints dans les Chaussées Rigides

Les nids de pelade de joints sont des cassures, des éclats ou des fractures qui se produisent au niveau ou à proximité des joints de chaussée, généralement dans les 1 à 2 pieds de la face du joint. Ils sont causés par des contraintes excessives au niveau du joint dues aux charges des roues, aux débris incompressibles remplissant le joint, au désalignement des barres de dowel ou à la détérioration du béton due à l’action du gel-dégel. La AC 150/5380-6C de la FAA (Lignes Directrices et Procédures pour l’Entretien des Chaussées Aéroportuaires) identifie la réparation des nids de pelade de joints comme une application principale du rapiéçage de profondeur partielle utilisant des méthodes de mise en place de mortier.

La procédure de réparation selon la Circulaire Consultative de la FAA implique le sciage du périmètre de la zone éclatée à une profondeur minimale de 3/4 de pouce, l’enlèvement de tout le béton non sain à l’intérieur de la limite de sciage jusqu’à une profondeur ne dépassant pas un tiers de l’épaisseur de la dalle de chaussée, le nettoyage de la cavité, l’application d’un agent de liaison si spécifié, et la mise en place du mortier de bourrage à sec en couches minces compactées. La zone de réparation est typiquement limitée à moins de 2 pieds carrés par réparation pour les méthodes de bourrage à sec. Les nids de pelade plus grands s’étendant sur plus d’un tiers de l’épaisseur de la dalle nécessitent une réparation de pleine profondeur utilisant du béton conventionnel selon l’article P-501 (chaussée en béton de ciment Portland) dans l’AC 150/5370-10H.

Remplissage de Trous de Cônes de Boulons

Les trous de cônes de boulons sont des vides coniques laissés dans la chaussée en béton après le retrait des boulons de coffrage ou des boulons coniques. Dans la construction et la réparation de chaussées aéroportuaires, ces trous vont de 1 à 3 pouces de diamètre à la surface et se rétrécissent vers l’intérieur jusqu’à 1/2 à 1 pouce à une profondeur de 2 à 4 pouces. Les trous de cônes de boulons doivent être complètement remplis pour empêcher l’accumulation d’eau, les dommages dus au gel-dégel et la génération de débris d’objets étrangers (FOD).

Le mortier de bourrage à sec est la méthode préférée pour remplir les trous de cônes de boulons car la géométrie confinée empêche l’utilisation de coffrage, et les caractéristiques de faible retrait du bourrage à sec produisent un remplissage durable qui ne se détache pas des parois du trou. Le trou est nettoyé de la poussière et des débris à l’air comprimé, humidifié jusqu’à l’état SSD et rempli en une seule opération de compactage continue. Le mortier est damé dans le trou à l’aide d’une tige métallique légèrement plus petite que le diamètre du trou, en travaillant du fond vers le haut pour éliminer les poches d’air. La surface finale est arasée et finie pour correspondre à la texture de surface environnante.

Petits Nids de Pelade et Éclatements

Les nids de pelade sont des dépressions peu profondes dans la surface du béton résultant de dommages mécaniques localisés, de la corrosion des armatures en acier, de l’action du gel-dégel ou de l’éclatement des granulats (la perte d’une particule de granulat proche de la surface due à des forces expansives internes). Les nids de pelade allant de 1/2 pouce à 2 pouces de profondeur et jusqu’à 1 pied carré de surface sont des candidats pour la réparation par bourrage à sec.

Le Guide de Réparation du Béton du Bureau of Reclamation classe le bourrage à sec comme une méthode de réparation mince adaptée aux profondeurs de 1/2 pouce à 2 pouces. La cavité de réparation doit être préparée avec des côtés sous-cavés, nettoyée pour enlever tout matériau meuble et maintenue en condition SSD jusqu’à la mise en place. Pour les nids de pelade induits par la corrosion où l’armature en acier est exposée, l’acier doit être nettoyé jusqu’au métal quasi blanc selon SSPC-SP10/NACE No. 2 (sablage abrasif) et recouvert d’une couche de fond anticorrosion avant la mise en place du coulis de liaison et du bourrage à sec.

Réparation d’Alvéolage et de Nids de Cailloux

L’alvéolage, des vides dans le béton causés par le mortier ne remplissant pas les espaces entre les particules de gros granulat lors de la mise en place, et les nids de cailloux, des amas de granulat sans mortier, sont des défauts de construction qui nécessitent une réparation lorsqu’ils s’étendent à la surface ou compromettent la couverture structurelle de l’armature. Le mortier de bourrage à sec est bien adapté au remplissage des cavités d’alvéolage car la méthode de damage manuel peut forcer le mortier dans des vides irréguliers qui emprisonneraient l’air et produiraient un remplissage incomplet avec des coulis coulables.

Pour les réparations d’alvéolage, le granulat meuble et le matériau non sain doivent être enlevés par burinage, et la cavité doit être nettoyée et préparée selon les procédures standard. Le mortier de bourrage à sec est forcé dans toutes les zones vides à l’aide de petits outils de damage dimensionnés pour atteindre la géométrie irrégulière de la cavité. Le bourrage à sec lié (Méthode 2 ou 3) est recommandé pour les réparations d’alvéolage car les surfaces de vides irrégulières offrent un verrouillage mécanique limité.

Fentes Étroites et Clavettes

Les fentes, cavités rectangulaires étroites typiquement de 1/2 à 2 pouces de large et de 1 à 4 pouces de profondeur, sont coupées dans le béton pour l’installation de barres de dowel, la reprise de barres de liaison ou la mise en place de boulons d’ancrage. La géométrie confinée des fentes rend le coffrage peu pratique et le coulis coulable difficile à mettre en place sans emprisonnement d’air. Le mortier de bourrage à sec est le matériau standard pour remplir ces cavités étroites.

La fente est préparée avec des côtés parallèles propres et un fond plat. Le substrat SSD reçoit une application de coulis de liaison, et le mortier de bourrage à sec est pressé dans la fente en couches minces à l’aide d’un outil de damage étroit (légèrement plus petit que la largeur de la fente). Le compactage procède d’une extrémité de la fente à l’autre, assurant un remplissage complet sans vides. Le matériau de surplus est arasé après compactage.

Encapsulation de Boulons d’Ancrage et de Barres de Dowel

Lorsque des boulons d’ancrage ou des barres de dowel sont placés dans des trous forés dans du béton existant, l’espace annulaire entre la barre et la paroi du trou doit être complètement rempli pour transférer la charge à travers la connexion. Le mortier de bourrage à sec est damé dans le trou autour de la barre à travers une petite ouverture d’accès, réalisant une encapsulation complète sans les espaces de retrait qui peuvent se produire avec le coulis coulable dans les trous profonds et étroits.

Le diamètre du trou doit être d’au moins 1/4 de pouce plus grand que le diamètre de la barre pour fournir un espace adéquat pour la mise en place du mortier. Le trou est nettoyé, la barre est positionnée et soutenue à l’alignement correct, et le mortier de bourrage à sec est damé dans l’espace annulaire par petits incréments à l’aide d’une tige qui s’adapte entre la barre et la paroi du trou. Le mortier doit être forcé au fond du trou en premier, puis reconstitué vers le haut en couches pour assurer un remplissage complet sur toute la circonférence de la barre.

Préparation de l’Adhérence

L’interface entre le substrat de béton existant et le matériau de réparation par bourrage à sec est le facteur le plus critique dans la durabilité de la réparation. L’ACI 546R-96 souligne que “les défaillances prématurées des systèmes de réparation sont souvent attribuées à une mauvaise préparation de surface.” L’adhérence doit résister aux contraintes de traction et de cisaillement dues au mouvement thermique différentiel, au retrait au séchage du matériau de réparation, aux charges appliquées et à l’exposition environnementale.

Profil de Surface du Substrat

La surface du béton existant doit être préparée pour atteindre un profil de surface du béton (CSP) de 3 à 5 selon le ICRI Guideline No. 03732 (Selecting and Specifying Concrete Surface Preparation for Sealers, Coatings, and Polymer Overlays). CSP 3 correspond à un profil de sablage abrasif léger ou de décapage acide avec une texture de surface très légère. CSP 5 correspond à un profil de sablage abrasif moyen avec une rugosité de surface visible exposant de petits granulats.

Pour les réparations par bourrage à sec, un CSP minimum de 5 est recommandé. Cette rugosité fournit une surface suffisante pour le verrouillage mécanique entre le substrat et le mortier de réparation. Des valeurs CSP plus élevées (6-9) ne sont pas nécessaires pour les mortiers cimentaires et peuvent réduire la section transversale effective des sections de réparation minces.

La surface préparée doit exposer du béton sain avec des particules de granulat ouvertes sur toute la zone de réparation. La laitance, la couche faible et poreuse de fines particules et d’eau de ressuage qui s’accumule sur les surfaces de béton lors de la mise en place, doit être complètement enlevée. L’exigence d’exposition du béton sain est vérifiée par test de burinage, si un ciseau frappé avec un marteau de 2 lb fait que les particules de granulat se brisent plutôt que de se détacher de la pâte, la préparation de surface est adéquate.

Condition Saturée-Surface-Sèche (SSD)

La condition SSD est l’état d’humidité standard pour les réparations cimentaires. Le substrat est pré-humidifié avec de l’eau propre pendant un minimum de 2 heures avant la mise en place, ou jusqu’à ce que la surface cesse d’absorber l’eau visiblement. Au moment de la mise en place, la surface doit être humide sans eau stagnante ni brillant visible. L’excès d’eau stagnante est enlevé en épongeant avec une éponge propre ou par air comprimé (sans huile).

La condition SSD remplit deux fonctions. Premièrement, elle empêche le substrat sec d’absorber l’eau du mortier frais, la perte d’eau vers un substrat sec peut augmenter le rapport E/C effectif à l’interface jusqu’à 0,10, réduisant la résistance d’adhérence de 30 à 50%. Deuxièmement, elle fournit l’environnement d’humidité nécessaire à une hydratation correcte du ciment à l’interface.

La condition SSD est maintenue par brumisation ou pulvérisation continue pendant la période entre la préparation de surface et la mise en place. Si la surface préparée sèche avant la mise en place, elle doit être ré-humidifiée pendant au moins 1 heure pour rétablir la condition SSD.

Application du Coulis de Liaison

Pour les réparations par bourrage à sec lié (Méthode 2), le coulis de ciment pur est mélangé à une consistance crémeuse en utilisant du ciment Portland et de l’eau propre, typiquement à un rapport E/C de 0,35 à 0,40. Le coulis doit être mélangé en petits lots suffisants pour 15 à 20 minutes d’application, les lots plus grands durciront avant utilisation et doivent être jetés.

Le coulis est appliqué avec une brosse à poils raides, une brosse à maçonnerie de 3-4 pouces ou une brosse de brossage de surface en béton est préférée, et travaillé vigoureusement dans la surface préparée pour assurer la pénétration de tous les pores et irrégularités de surface. La couche de coulis doit être mince (environ 1/16 à 1/8 de pouce) mais continue sur toute la zone de réparation. Le mortier de bourrage à sec doit être mis en place pendant que le coulis est encore humide et poisseux, typiquement dans les 5 à 10 minutes suivant l’application dans des conditions de température normales. Si le coulis sèche en un film dur et brillant avant la mise en place du mortier, il doit être enlevé par brossage métallique et réappliqué.

Pour les agents de liaison commerciaux (Méthode 3), les instructions du fabricant concernant l’état du substrat, le taux d’application, le temps ouvert et la cure sont suivies avec précision. Les agents de liaison époxy nécessitent typiquement un substrat sec (pas SSD), tandis que les agents de liaison au latex peuvent permettre un substrat humide. L’utilisation de la mauvaise condition d’humidité pour un agent de liaison spécifique entraînera une défaillance de l’adhérence.

Préparation des Armatures

Lorsque des armatures en acier exposées sont présentes dans la cavité de réparation, elles doivent être préparées avant le nettoyage du substrat et l’application du coulis de liaison. L’armature exposée est nettoyée jusqu’au métal quasi blanc selon SSPC-SP10/NACE No. 2 à l’aide d’un sablage abrasif, d’un lavage sous pression avec des inhibiteurs de rouille ou d’un décapage à l’aiguille. Toute la rouille, la calamine, la peinture, la graisse et les produits de corrosion doivent être enlevés. Après le nettoyage, l’armature doit être inspectée pour perte de section, si la corrosion a réduit le diamètre de la barre de plus de 20%, une évaluation structurelle est requise avant de procéder à la réparation.

L’armature nettoyée est revêtue d’une couche de fond anticorrosion ou d’un revêtement époxy avant la mise en place du coulis de liaison et du mortier de bourrage à sec. Le revêtement doit s’étendre d’au moins 1 pouce au-delà de l’armature exposée dans le béton sain de chaque côté.

Inspection de la Réparation par Bourrage à Sec

L’inspection de la réparation par bourrage à sec suit les procédures décrites dans la FAA AC 150/5380-6C pour les réparations de chaussées aéroportuaires et les directives générales d’inspection des réparations de béton dans l’ACI 546R-96. L’inspection vérifie que la réparation est saine, correctement liée et dimensionnellement stable.

Évaluation de l’Intégrité de l’Adhérence

L’adhérence entre le mortier de bourrage à sec et le substrat existant est évaluée par sondage acoustique, en tapotant la surface de réparation avec un marteau (un marteau à panne ronde de 1 lb ou un marteau de géologue) ou en traînant une chaîne (une longueur de 3 à 5 pieds de chaîne en acier lourde) sur la zone. Un son solide et clair indique une adhérence saine. Un son sourd, creux ou mat indique un décollement, le mortier s’est séparé du substrat à l’interface.

Le test de sondage doit être effectué à un espacement de grille ne dépassant pas 6 pouces dans chaque direction sur la zone de réparation. Toutes les zones sonnant creux doivent être marquées à la craie ou au marqueur et enregistrées sur le formulaire d’inspection. Les zones décolées individuelles dépassant 1 pouce carré ou totalisant plus de 10% de la zone de réparation sont des motifs de rejet et d’enlèvement.

Pour les réparations critiques dans les chaussées aéroportuaires soumises aux charges des aéronefs, l’essai d’adhérence selon l’ASTM C1583 (Standard Test Method for Tensile Strength of Concrete Surfaces and the Bond Strength or Tensile Strength of Concrete Repair and Overlay Materials by Direct Tension, Pull-off Method) est recommandé. Un disque métallique de 50 mm (2 pouces) de diamètre est collé à la surface de réparation avec un époxy à haute résistance, et un testeur d’arrachement portable applique une charge de traction directe jusqu’à la rupture. La résistance d’adhérence est rapportée en MPa ou psi. Une résistance d’adhérence minimale de 1,5 MPa (220 psi) est typiquement spécifiée pour les réparations structurelles.

Inspection de la Fissuration par Retrait

Le périmètre et la surface de la réparation sont inspectés pour les fissures de retrait à l’aide d’une loupe 10x éclairée ou d’une jauge de fissure. Les fissures de plus de 0,25 mm (0,01 pouce) à l’interface entre la réparation et le béton existant sont inacceptables et indiquent soit un excès d’eau dans le mélange, un compactage inadéquat ou une cure insuffisante. Les fissures de retrait de surface (fissuration en cartes ou fissuration en réseau) de moins de 0,25 mm sont de nature esthétique mais peuvent indiquer un mauvais compactage ou de mauvaises conditions de cure qui justifient une enquête plus approfondie.

Les fissures qui forment un anneau de périmètre complet autour de la réparation (décollement à l’interface entière) nécessitent un enlèvement et un remplacement complets, quelle que soit la largeur de la fissure. Les fissures de périmètre partiel s’étendant sur plus de 25% du périmètre de la réparation sont évaluées pour en déterminer la cause et peuvent nécessiter une réparation par injection d’époxy ou un enlèvement et un remplacement.

Évaluation de la Solidité et de la Dureté

La dureté de surface de la réparation est évaluée à l’aide d’un test de rayure, un outil en acier trempé (tel qu’un tournevis ou une alêne) est tracé sur la surface de réparation avec une pression modérée. Une réparation correctement curée et compactée résiste aux rayures et produit un son métallique lorsqu’elle est tapotée. Une réparation qui peut être facilement rayée ou gougée indique une faible dureté de surface due à une cure inadéquate, une teneur en ciment insuffisante ou un excès d’eau dans la couche de surface.

Le marteau à rebond (ASTM C805, Standard Test Method for Rebound Number of Hardened Concrete) peut être utilisé pour une évaluation comparative de la dureté. Les numéros de rebond de la réparation doivent être compris entre 80 et 120% des numéros de rebond du béton sain adjacent. Des valeurs significativement inférieures au béton adjacent indiquent un développement de résistance inadéquat.

Inspection Dimensionnelle

L’élévation de la surface de réparation est vérifiée par rapport à la surface de chaussée environnante à l’aide d’une règle, une règle en aluminium ou en acier de 4 pieds (1,2 m) placée sur la réparation et la chaussée adjacente. La FAA AC 150/5380-6C spécifie que les réparations de nids de pelade de profondeur partielle doivent être au niveau de la surface environnante à moins de 1/8 de pouce (3 mm) . Les points hauts créent des risques de trébuchement et des risques de débris d’objets étrangers (FOD). Les points bas collectent l’eau et accélèrent la détérioration par gel-dégel au périmètre de la réparation.

Les limites de la réparation sont inspectées pour l’éclatement des bords, des éclats ou des fractures au périmètre scié causés par un sur-compactage ou un sous-compactage sur les bords. L’éclatement des bords de plus de 1/4 de pouce (6 mm) réduit la largeur effective de la réparation et crée des points d’initiation pour une détérioration future.

Carottage et Essais Destructifs

Pour les essais de réception sur les réparations critiques, des carottes de béton (ASTM C42) de 2 à 4 pouces (50 à 100 mm) de diamètre sont extraites à travers la réparation dans le substrat existant. La carotte est examinée pour :

• Continuité de la ligne de liaison, une interface continue et bien liée sans séparation
• Teneur en vides, des vides visibles provenant d’un compactage incomplet
• Consolidation des couches, des couches bien consolidées sans limites de couche visibles
• Uniformité du matériau, une couleur et une texture cohérentes sur toute la profondeur de la réparation

La carotte peut être testée pour la résistance à la compression (ASTM C39) si la géométrie (rapport hauteur/diamètre de 1,75 à 2,00) le permet. La résistance à la compression minimale acceptable est typiquement spécifiée comme étant de 21 MPa (3 000 psi) à 7 jours pour le ciment Type I/II.

Bourrage à Sec vs Coulis Coulable vs Mortier Époxy

Le choix entre le mortier de bourrage à sec, le coulis cimentaire coulable et le mortier époxy dépend de la géométrie de la réparation, des exigences de résistance, des contraintes de temps, des considérations de coût et des conditions environnementales.

Quand Utiliser le Mortier de Bourrage à Sec

Le mortier de bourrage à sec est le bon choix lorsque toutes les conditions suivantes existent :

• La zone de réparation est petite (moins de 2 pieds carrés par application)
• La profondeur de réparation est de 0,5 à 2 pouces (12,5 à 50 mm)
• Le coffrage ne peut pas être placé ou n’est pas économiquement justifié
• La cavité de réparation est confinée par le béton adjacent sur au moins deux côtés, fournissant un confinement pour l’action de damage
• La température ambiante est supérieure à 40°F (4°C)
• Plusieurs heures sont disponibles pour la mise en place et la cure initiale (3-7 jours pour la cure complète)
• Le coût des matériaux est la principale contrainte budgétaire
• Une main-d’œuvre qualifiée avec une expérience du bourrage à sec est disponible

Quand Utiliser le Coulis Cimentaire Coulable

Le coulis cimentaire coulable répondant à l’ASTM C1107 (Standard Specification for Packaged Dry, Hydraulic-Cement Grout (Non-shrink)) est le bon choix lorsque :

• Le volume de réparation dépasse 1 pied cube (0,028 m³)
• Le coffrage peut être installé autour de la zone de réparation
• Une mise en place auto-nivelante est souhaitée pour réduire les besoins en main-d’œuvre
• Une résistance initiale plus élevée est nécessaire (1 000-3 000 psi à 24 heures pour les formulations à durcissement rapide)
• La zone de réparation est accessible pour une mise en place par écoulement par gravité ou par pompage
• Une formulation non retrait est spécifiée pour minimiser la formation d’espace à l’interface

Quand Utiliser le Mortier Époxy

Le mortier époxy répondant à l’ASTM C881 (Standard Specification for Epoxy-Resin-Base Bonding Systems for Concrete) est le bon choix lorsque :

• Un délai d’exécution rapide est requis, le trafic aérien ou routier doit reprendre en quelques heures
• Une résistance d’adhérence élevée est essentielle, réparations dans les zones de tension ou soumises à des charges cycliques
• Des sections minces (moins de 0,5 pouce / 12,5 mm) doivent être réparées
• La réparation doit être imperméable à l’eau ou aux produits chimiques
• Un retrait quasi nul est requis, bases d’équipement de précision, reprises de barres de dowel
• Le budget permet des coûts de matériaux 5 à 10 fois plus élevés que les alternatives cimentaires
• Le substrat peut être maintenu dans une condition sèche (selon les exigences du fabricant)

Applications de Réparation des Chaussées Aéroportuaires

Le mortier de bourrage à sec a des applications spécifiques dans l’entretien des chaussées aéroportuaires telles que définies par la Circulaire Consultative FAA 150/5380-6C (Lignes Directrices et Procédures pour l’Entretien des Chaussées Aéroportuaires, Octobre 2014) et l’AC 150/5370-10H (Normes pour la Spécification de la Construction des Aéroports).

Réparation de Nids de Pelade de Joints

Les nids de pelade de joints sur les pistes, les voies de circulation et les aires de trafic aéroportuaires sont réparés à l’aide de procédures de rapiéçage de profondeur partielle. Le Tableau 6-2 de la FAA AC 150/5380-6C (Guide Rapide pour l’Entretien et la Réparation des Problèmes de Surface Courants des Chaussées Rigides) répertorie “l’Éclatement aux Joints ou Fissures” comme un problème de surface courant des chaussées rigides et recommande le “rapiéçage de profondeur partielle” comme méthode de réparation.

La procédure de réparation des nids de pelade selon les directives de la FAA exige :

1. Scier le périmètre de la zone éclatée en une forme propre, rectangulaire ou carrée avec des coins arrondis
2. Enlever tout le béton non sain à l’intérieur du sciage jusqu’à une profondeur ne dépassant pas un tiers de l’épaisseur de la dalle de chaussée
3. Nettoyer la cavité avec de l’air haute pression et un jet d’eau
4. Appliquer un agent de liaison (coulis cimentaire ou agent de liaison époxy) s’il est spécifié dans les documents du projet
5. Mettre en place le mortier de bourrage à sec en couches n’excédant pas 25 mm (1 pouce) chacune, chaque couche étant soigneusement compactée par damage
6. Curer la réparation pendant un minimum de 7 jours ou jusqu’à ce que le matériau de réparation atteigne la résistance à la compression spécifiée
7. Inspecter la réparation pour l’adhérence (test de sondage), la planéité (vérification à la règle dans une tolérance de 1/8 de pouce) et la fissuration

La FAA note spécifiquement que la réparation par bourrage à sec convient pour les profondeurs de nids de pelade jusqu’à 50 mm (2 pouces) . Les nids de pelade plus profonds qu’un tiers de l’épaisseur de la dalle nécessitent un remplacement de dalle de pleine profondeur selon les spécifications de chaussée en béton P-501.

Remplissage de Trous de Cônes de Boulons sur les Aérodromes

Les trous de cônes de boulons dans les chaussées aéroportuaires présentent un danger FOD s’ils sont laissés non remplis ou mal remplis. Les granulats meubles ou le matériau de remplissage fragmenté peuvent être ingérés par les moteurs à réaction ou endommager les pales d’hélice. La FAA spécifie que tous les trous de cônes de boulons doivent être remplis avec un matériau cimentaire non retrait qui est compacté pour produire un remplissage dense et durable au niveau de la surface de chaussée environnante.

Le mortier de bourrage à sec est le matériau de remplissage préféré pour les trous de cônes de boulons car :

• La géométrie confinée empêche l’utilisation de coffrage
• Le faible retrait empêche le remplissage de se séparer des parois du trou
• La densité élevée due au compactage par damage produit une surface résistante aux FOD
• Le coût des matériaux est faible pour les petits volumes requis par trou

Réparation des Défauts de Surface des Chaussées

Les défauts de surface sur les chaussées aéroportuaires, y compris les éclatements, la perte de mortier de surface et la desquamation peu profonde, sont réparés à l’aide de méthodes de réparation minces. La FAA AC 150/5380-6C distingue entre le rapiéçage temporaire (utilisant de l’enrobé bitumineux à froid ou des matériaux à prise rapide pour les besoins opérationnels immédiats) et le rapiéçage permanent (utilisant des matériaux cimentaires, y compris le mortier de bourrage à sec, pour les réparations à long terme).

Les réparations permanentes utilisant le bourrage à sec sont spécifiées pour les défauts de surface qui :

• Sont confinés à la couche de surface (moins de 2 pouces de profondeur)
• Ont des limites bien définies qui peuvent être sciées et préparées
• Ne sont pas causés par des mécanismes de détérioration en cours (corrosion, réaction alcali-granulat, fissuration en D) qui endommageraient la nouvelle réparation
• Seront soumis à la charge des aéronefs dans la limite de capacité de résistance nominale du mortier

Prévention des Débris d’Objets Étrangers (FOD)

La prévention des débris d’objets étrangers (FOD) est une considération primordiale dans l’entretien des chaussées aéroportuaires. La FAA AC 150/5380-6C indique que l’entretien des chaussées “est essentiel pour … minimiser le potentiel de débris d’objets étrangers (FOD).” Les réparations par bourrage à sec, lorsqu’elles sont correctement exécutées, produisent une surface dense et bien liée qui résiste à l’éclatement, à l’écaillage et à la perte de granulat sous le trafic des aéronefs et le souffle des réacteurs.

L’inspection des réparations par bourrage à sec pour le risque FOD examine spécifiquement :

• L’effritement des bords, des particules meubles au périmètre de la réparation provenant d’un compactage incomplet des bords
• L’usure de surface, des granulats exposés ou une perte de mortier de surface due à l’abrasion
• Le décollement, des sections de réparation desserrées qui pourraient se détacher sous l’effet de la succion des pneus ou du souffle des réacteurs
• Le différentiel d’élévation, des bords surélevés qui peuvent s’écailler sous l’impact des pneus

La résistance à la compression minimale spécifiée pour les réparations par bourrage à sec sur les aérodromes est typiquement de 21 MPa (3 000 psi) au moment de l’ouverture au trafic, avec une résistance cible à 28 jours de 35 MPa (5 000 psi) pour les zones à fort trafic telles que les zones de toucher des pistes et les intersections de voies de circulation.

Limitations

Le mortier de bourrage à sec, bien qu’efficace pour ses applications prévues, présente des limitations bien définies qui doivent être comprises par les inspecteurs, les ingénieurs et les entrepreneurs.

Restriction de Petite Surface

Le bourrage à sec est limité aux petites zones de réparation, généralement moins de 2 pieds carrés (0,19 m²) par application. La méthode de damage manuel ne peut pas compacter efficacement de plus grandes surfaces, et le temps nécessaire pour mettre en place plusieurs couches minces sur une grande surface dépasserait le temps ouvrable du mortier avant la prise initiale. Pour les réparations plus importantes, le béton projeté (mortier appliqué pneumatiquement), le béton de remplacement ou le béton à granulats préplacés sont des méthodes plus appropriées.

Limitation de Profondeur

La profondeur maximale par couche pour le bourrage à sec est de 2 pouces (50 mm) . Les réparations plus profondes nécessitent plusieurs couches, chaque couche étant mise en place et compactée avant la suivante. Pour les réparations dépassant 2 pouces de profondeur totale, des méthodes alternatives telles que le béton de remplacement (pour les profondeurs dépassant 4 pouces) ou le béton projeté (pour les profondeurs de 2 à 6 pouces dans les applications verticales) sont plus pratiques.

La profondeur minimale pour le bourrage à sec est de 1/2 pouce (12,5 mm) selon le Guide de Réparation du Béton du Bureau of Reclamation et les spécifications de Caltrans. Les sections plus minces ne peuvent pas être correctement compactées et sont sujettes au décollement et à la rupture des bords.

Exigence de Confinement

Le bourrage à sec nécessite un confinement latéral pour obtenir un compactage correct. L’action de damage densifie le mortier en le comprimant contre les parois de la cavité. Si la zone de réparation n’est pas confinée sur au moins deux côtés, le mortier se déplacera latéralement pendant le damage plutôt que de se densifier. Cette exigence de confinement limite le bourrage à sec aux cavités délimitées par du béton existant, de l’acier ou un coffrage.

Intensité de Main-d’Œuvre et Dépendance aux Compétences

Le bourrage à sec est très exigeant en main-d’œuvre par rapport au coulis coulable ou au béton projeté. Un pied carré de bourrage à sec correctement mis en place nécessite environ 15 à 30 minutes de temps de damage manuel, selon la géométrie de la cavité et l’épaisseur de la couche. La qualité de la réparation dépend directement de la compétence et de la diligence de la personne effectuant le damage. Un compactage incohérent produit une densité et une résistance d’adhérence variables sur la zone de réparation.

Sensibilité à la Température

La mise en place du bourrage à sec est restreinte aux températures ambiantes supérieures à 40°F (4°C) . En dessous de cette température, l’hydratation du ciment ralentit au point que le mortier n’atteint pas un gain de résistance dans un délai raisonnable, et des dommages par gel peuvent se produire si le mortier gèle avant d’atteindre une résistance minimale (typiquement 3 500 psi/24 MPa selon l’ACI 306). Par temps chaud au-dessus de 90°F (32°C), le mortier peut prendre éclair avant la fin du compactage, sauf si des adjuvants retardateurs ou de l’eau de gâchage froide sont utilisés.

Sensibilité aux Vibrations et aux Impacts

Les réparations par bourrage à sec dans les zones sujettes à des vibrations à haute fréquence (telles que les tabliers de ponts, les fondations de machines et les hélistations) nécessitent un bourrage à sec lié (Méthode 2 ou 3) pour empêcher le frottement à l’interface. Le bourrage à sec standard (Méthode 1, reposant uniquement sur le verrouillage mécanique) peut se décoller sous l’effet de vibrations soutenues. La résistance d’adhérence minimale pour les réparations exposées aux vibrations doit être de 2,0 MPa (290 psi) selon l’essai d’arrachement ASTM C1583.

Non Adapté aux Conditions de Gel-Dégel Saturé

Le mortier de bourrage à sec, bien que relativement dense, a une perméabilité plus élevée que le béton structurel bien compacté. Dans les conditions de gel-dégel saturé, où la réparation est continuellement exposée à l’eau et où les températures cyclent à travers le gel, la réparation peut se détériorer plus rapidement que le béton environnant. L’utilisation de bourrage à sec avec entraîneur d’air (avec adjuvant entraîneur d’air) est recommandée pour les réparations exposées au gel-dégel, mais la teneur en air ne doit pas dépasser 6% pour éviter une réduction excessive de la résistance.

Dépendance à la Cure

La faible teneur en eau du bourrage à sec le rend critique dépendant d’une cure appropriée. Si la cure est interrompue ou inadéquate, la réparation n’atteindra pas la résistance de calcul et sera sujette à la fissuration par retrait et au décollement. Cette dépendance à la cure est plus aiguë pour le bourrage à sec que pour le béton conventionnel ou le coulis coulable car il n’y a pas d’eau de réserve dans le mélange pour soutenir l’hydratation pendant de brèves interruptions de cure.