Qu'est-ce que la fissuration par retrait dans une chaussée en béton ?

Une fissure de retrait est une fissure capillaire qui se forme dans une dalle de béton pendant la prise et la cure du béton.

Le retrait est une perte de volume du béton. Si la dalle ne peut pas bouger librement, le retrait crée une contrainte. Une fissure se forme lorsque cette contrainte est supérieure à la résistance à la traction du béton. La FHWA décrit trois types de retrait dans une chaussée en béton : plastique, de dessiccation et endogène.

À quoi ressemble une fissure de retrait

Le manuel de désordres PAVER et l’AC 150/5380-6C de la FAA donnent la même description. Une fissure de retrait est une fissure capillaire, généralement de quelques pieds de long. Elle ne s’étend pas sur toute la dalle et ne traverse généralement pas l’épaisseur de la dalle. En règle générale, elle n’atteint pas plus de 1/4 de pouce (6 mm) sous la surface, et elle peut ne toucher que la pâte de surface finie.

Pourquoi le béton rétrécit et pourquoi il se fissure

Le retrait se produit surtout dans la pâte de ciment, et les granulats jouent le rôle d’élément de retenue. La dalle repose aussi sur une fondation qui s’oppose à son mouvement. La FHWA indique que cette retenue à l’interface entre la dalle et la fondation crée une contrainte. Le béton est faible en traction. Une fissure se forme donc pour relâcher la contrainte lorsqu’elle dépasse la résistance à la traction.

Une chaussée en béton à joints utilise ce phénomène délibérément. La FHWA indique que les joints contrôlent l’endroit où la fissuration se produit. La plus grande partie de la fissuration intervient à jeune âge, lorsque la dalle s’oppose à la variation de volume. L’AC 150/5320-6G de la FAA indique que les joints de retrait provoquent une fissuration contrôlée lorsque la chaussée se contracte parce que la teneur en humidité ou la température baisse.

Retrait plastique, de dessiccation et endogène

Retrait plastique

La FHWA décrit les fissures de retrait plastique comme des fissures courtes et irrégulières sur la surface fraîche du béton. Elles mesurent de quelques centimètres à un peu moins de 1 m de long, et sont espacées de quelques centimètres à 0,6 m. Les fissures se forment lorsque le taux d’évaporation est supérieur au taux de ressuage. Le béton frais n’est pas assez résistant pour résister à la contrainte capillaire de la pâte.

Le temps fixe le taux d’évaporation. La FHWA cite une température élevée du béton, une faible humidité relative et un vent fort comme les conditions favorables aux fissures de retrait plastique. Une base sèche peut aussi aspirer l’eau de la dalle. Un mélange qui ressue peu peut sécher même à un taux d’évaporation normal. Un béton de chaussée à faible affaissement, avec une faible teneur en eau et une part de ciment remplacée, en est un exemple. Un mélange qui prend lentement reste plus longtemps à l’état plastique, donc il a plus de temps pour sécher. La FHWA (2004) indique qu’il n’existe aucun moyen de prévoir avec certitude le moment où les fissures de retrait plastique apparaîtront.

La FHWA indique que la fissuration plastique ne nuit pas nécessairement à la qualité intrinsèque du béton. Si les équipes assurent ensuite une bonne cure, le défaut est plutôt cosmétique.

Retrait de dessiccation

Le retrait de dessiccation commence après la prise du béton. Une partie de l’eau que le béton perd au profit de l’air est irréversible, et laisse un retrait permanent. La FHWA énumère les facteurs qui en fixent l’ampleur : le rapport eau-ciment, le type de ciment, la teneur en ciment, les adjuvants, le type et la quantité de granulats, et le climat. L’AC 150/5320-6G avertit qu’une forte teneur en ciment peut accroître le risque de fissuration par retrait de dessiccation.

Les concepteurs anticipent le retrait de dessiccation et le prévoient avec le sciage des joints. Si le béton sèche fortement pendant les premiers jours, des fissures peuvent se former à un espacement plus serré que celui des joints de retrait (FHWA).

Retrait endogène

Le retrait endogène est une réduction de volume de la pâte de ciment due à l’autodessiccation. Dans l’autodessiccation, les modifications physiques et chimiques du ciment pendant l’hydratation assèchent les pores capillaires. La FHWA indique qu’il est plus important dans le béton à haute résistance, à faible rapport eau-ciment, et plus faible pour un rapport élevé. Il ne dépend ni du transport d’humidité, ni des variations de température, ni d’une retenue externe.

Deux mesures le réduisent. La première consiste à garder de l’eau disponible pendant l’hydratation, par cure à l’eau ou par cure interne. Dans la cure interne, des granulats légers préalablement humidifiés libèrent de l’eau à l’intérieur du béton. La seconde est un adjuvant réducteur de retrait.

Comment distinguer le retrait plastique du retrait de dessiccation

Les ingénieurs tranchent cette question sur des carottes, en laboratoire. La FHWA donne les signes suivants d’une fissure de retrait plastique :

• Elle commence à la surface exposée et y est la plus large. Elle s’amincit ensuite avec la profondeur, souvent jusqu’à presque disparaître.
• La traction déforme les bords de la fissure. De petits ponts de pâte peuvent enjamber la fissure, et les deux bords ne se rajustent pas.
• Du mortier que la finition a fait pénétrer dans le haut de la fissure montre qu’elle s’est formée tôt.
• La face intérieure de la fissure porte de minuscules globules de pâte de ciment. Une cassure fraîche du même béton présente de minuscules plans anguleux.

Une fissure qui contourne les particules de granulat ne suffit pas à prouver une fissuration plastique. Les canaux de ressuage peuvent aussi ressembler à des fissures de retrait plastique. Un canal de ressuage présente des signes de voie d’écoulement d’eau.

Distinguer une fissure de retrait d’une fissure de charge

Une fissure de retrait n’est pas une dégradation structurelle. Une fissure qui divise une dalle en deux ou trois morceaux est une dégradation différente. L’AC 150/5380-6C indique que des charges répétées et les contraintes de retrait combinées en sont généralement la cause. Le manuel PAVER classe les fines fissures capillaires comme fissures de retrait. Pour le béton armé, le manuel ajoute une règle. Une fissure de moins de 1/8 de pouce (3 mm) de large, sans épaufrure ni dénivellation, compte comme fissuration par retrait.

Une dalle que des fissures sécantes divisent en quatre morceaux ou plus est une dalle fracturée . Le manuel PAVER indique d’ignorer les fissures de retrait lorsqu’il compte ces morceaux. Un réseau de fines fissures dans la partie supérieure de la dalle relève de la fissuration de type cartographique (faïençage) . Un motif de fissures parallèle à un joint relève du D-cracking .

Le PAVER donne aussi un indice sur le moment. La fissuration par retrait plastique peut apparaître le jour de la construction et est visible dans la première année. La fissuration due à la réaction alcali-silice n’est généralement pas observée pendant les premières années.

Fissures de retrait dans l’asphalte

Cette page traite de la chaussée en béton. L’AC 150/5380-6C emploie aussi le terme pour l’asphalte. Il indique que les fissures longitudinales et transversales d’une chaussée souple peuvent résulter du retrait ou de la contraction de la surface en enrobé à chaud. L’oxydation et le vieillissement de l’asphalte causent le retrait, et les variations thermiques causent la contraction. Ce type de fissuration n’est pas lié aux charges.

Dans une enquête d’état de chaussée

Le manuel PAVER, qui met en œuvre la méthode de l’indice de l’état de la chaussée (PCI) pour les aérodromes, classe les fissures de retrait comme désordre 73. Il ne définit aucun niveau de gravité. L’inspecteur note seulement la présence de fissures de retrait. Une dalle comportant une ou plusieurs fissures de retrait compte comme une seule dalle avec fissures de retrait.

Une étude de la FAA a testé les données de petits drones sur six aéroports. Elle recommande une orthophotographie couleur de 1,5 mm par pixel et un modèle d’élévation de 6,0 mm par pixel pour détecter et évaluer les dégradations d’aérodrome. Pour les fissures de retrait, elle indique 2,5 mm par pixel comme résolution minimale de l’orthophotographie, et précise que la détection n’est pas toujours possible. Ces fissures peuvent souvent mesurer moins d’un millimètre.

Contrôle pendant la construction

Trois mesures contrôlent la fissuration par retrait dans une nouvelle dalle : un bon mélange, la protection de la surface fraîche, et des joints sciés au bon moment.

Protéger la surface fraîche

La FHWA indique que la cure commence lorsque la surface commence à sécher. À ce moment, l’évaporation est supérieure au ressuage et la surface perd son aspect humide. Les deux méthodes courantes de cure initiale sont le brumisage et les réducteurs d’évaporation. Le brumisage utilise des buses spéciales pour augmenter l’humidité juste au-dessus de la dalle. C’est le moyen le plus efficace de réduire l’évaporation. La FHWA cite aussi ces options : une cure humide immédiate pendant au moins 24 heures, des écrans coupe-vent et des pare-soleil.

La FHWA donne les limites de l’ACI 308 pour le taux d’évaporation. La fissuration peut survenir à 0,5 kg/m2/h, et au-delà de 1,0 kg/m2/h des précautions sont nécessaires. Une note ultérieure de la FHWA indique que les ingénieurs estiment le taux à l’aide du nomogramme de Menzel. Elle donne 0,20 lb/ft2/h (0,98 kg/m2/h) comme valeur critique courante, et note que l’on met en doute la pertinence de cette valeur pour le béton moderne. Les directives de cure de la FHWA indiquent que le béton de chaussée ressue moins que ces limites ne le supposent, de sorte que les limites ne sont peut-être pas assez prudentes.

L’AC 150/5370-10H, article P-501, fixe ces règles pour une nouvelle chaussée en béton :

• N’ajoutez pas d’eau à la surface de la dalle pendant la finition. Le RPR peut approuver des brumisations ou d’autres adjuvants de finition contre la fissuration par retrait plastique.
• Assurez la cure de toutes les surfaces exposées pendant 7 jours, à compter de la fin de la finition et de la disparition de l’eau de ressuage.
• Sciez les joints dès que le béton est assez dur pour être scié sans dommage, et avant l’apparition de fissures de retrait incontrôlées.

Scier les joints au bon moment

La FHWA indique que le sciage tardif des joints laisse la fissuration se produire sans contrôle. Il peut en résulter un mauvais transfert de charge et de l’épaufrure. Le béton doit d’abord être assez résistant pour supporter la scie et son opérateur, ce qui limite le moment où le sciage peut commencer.

L’AC 150/5320-6G fixe l’espacement maximal recommandé des joints en fonction de l’épaisseur des dalles. L’épaisseur de la dalle commande l’espacement, et non l’inverse. Pour une chaussée sans fondation stabilisée :

L’AC donne un second tableau pour une fondation stabilisée. L’espacement y va de 12,5 ft pour des dalles de 8 à 10 pouces à 20 ft au-delà de 16 pouces. Un espacement supérieur à 20 ft exige une analyse technique dans le rapport de l’ingénieur. L’AC indique aussi que les petites dalles se comportent généralement mieux à long terme.

Conception du mélange

La FHWA indique que la cure interne avec des granulats légers réduit le retrait à jeune âge et la fissuration plastique qui l’accompagne. Elle indique aussi que des fibres de polypropylène peuvent retarder la fissuration par retrait plastique.

Ce que signifie une fissure de retrait sur un aérodrome

Une fissure de retrait est un défaut de surface qui ne reçoit aucune cote de gravité dans la méthode PAVER. Le risque est de la confondre avec une fissure de charge, ou l’inverse. Une fissure capillaire de quelques pieds est généralement cosmétique. Une fissure qui traverse la dalle n’est pas une fissure de retrait, et elle exige une vérification structurelle. Le manuel PAVER indique qu’une fissure longitudinale, transversale ou diagonale de faible gravité provient généralement d’un gauchissement ou de frottement. Il indique qu’une fissure de gravité moyenne ou élevée est généralement une fissure de travail et une dégradation structurelle majeure.

Le scellement d’une fissure empêche l’humidité de surface de pénétrer dans la structure de la chaussée (AC 150/5380-6C). L’AC 150/5380-6C renvoie aux articles P-604 et P-605 de l’AC 150/5370-10 pour les produits de scellement des joints et des fissures.

Réparation

Pour une chaussée en service, l’AC 150/5380-6C indique que les fissures de retrait sont cosmétiques et ne nécessitent généralement pas de réparation. Un scellant empêche l’humidité de surface de pénétrer dans la structure de la chaussée.

Pour une nouvelle dalle, l’article P-501 couvre les fissures jusqu’à un tiers de l’épaisseur de la dalle. Nettoyez la fissure, puis appliquez du méthacrylate de haut poids moléculaire ou injectez de la résine époxyde. Traitez une fissure plus profonde comme une fissure traversante. L’article P-501 n’autorise pas cette réparation lorsque l’état général de la chaussée rend un résultat acceptable et durable peu probable.