EGC

Choix d’un Système de Réparation pour Béton Épaufré

Exercice : Réparation d'un Béton Épaufré (NF EN 1504)

Choix d'un Système de Réparation pour Béton Épaufré

Contexte : Le béton épaufréDégradation du béton où des éclats ou des morceaux se détachent, souvent à cause de la corrosion des armatures..

L'inspection d'un bâtiment résidentiel construit en 1980 révèle de multiples épaufrures sur les nez de balcons. Ces dégradations ont exposé les armatures en acier, qui présentent des signes de corrosion. L'objectif de cet exercice est de diagnostiquer la cause de la pathologie et de sélectionner un système de réparation adapté (mortier de réparation) en accord avec les principes de la norme européenne NF EN 1504.

Remarque Pédagogique : Cet exercice vous apprendra à diagnostiquer une épaufrure causée par la corrosion et à sélectionner un mortier de réparation (classe R3 ou R4) selon les exigences de la norme NF EN 1504-3, en assurant la compatibilité avec le support.

Objectifs Pédagogiques

  • Comprendre les mécanismes de corrosion des armatures (Carbonatation, Chlorures).
  • Identifier les principes de réparation de la norme NF EN 1504-9.
  • Savoir choisir une classe de mortier (R3/R4) adaptée au support.
  • Connaître les étapes clés de la préparation du support.

Données de l'étude

L'étude porte sur un nez de balcon en béton armé. L'épaufrure est localisée en sous-face et sur l'arête, sur une profondeur maximale de 35 mm, exposant une armature principale.

Fiche Technique du Bâti
Caractéristique Valeur
Localisation Nez de balcon, extérieur (milieu urbain)
Profondeur épaufrure 35 mm (max)
État des armatures Corrosion visible (piqûres), section non réduite
Schéma de l'épaufrure sur le nez de balcon
Béton (Balcon) Épaufrure Acier corrodé Enrobage = 25 mm
Donnée de Diagnostic Méthode Valeur Unité
Résistance béton existant Scléromètre (moyenne) 28 MPa
Profondeur de carbonatation Test à la phénolphtaléine 15 mm
Enrobage nominal (plans) Lecture de plans 25 mm

Questions à traiter

  1. Quelle est la cause la plus probable de la dégradation (Carbonatation ou Chlorures) ? Justifiez en comparant les données de diagnostic.
  2. Selon la norme NF EN 1504-9, quels sont les deux principes de réparation fondamentaux à appliquer dans ce cas ?
  3. Quelles sont les étapes de préparation de l'acier et du béton avant l'application du nouveau mortier ?
  4. Le béton existant a une résistance de 28 MPa. Faut-il choisir un mortier de réparation de classe R3 (\(f_c \ge 25\) MPa) ou R4 (\(f_c \ge 45\) MPa) ? Justifiez votre choix en termes de compatibilité.
  5. Quelle est l'exigence minimale d'adhérence (par traction) requise par la norme NF EN 1504-3 pour la classe de mortier que vous avez choisie ?

Les bases sur la Réparation du Béton (NF EN 1504)

La norme NF EN 1504 régit l'ensemble des produits et systèmes pour la protection et la réparation des structures en béton. Elle se divise en 10 parties. Pour cet exercice, la partie 9 (EN 1504-9) définit les principes, et la partie 3 (EN 1504-3) spécifie les exigences pour les mortiers de réparation structurale et non structurale.

1. Causes de Corrosion des Armatures
L'acier dans le béton est protégé par une couche de passivation due au pH élevé du béton (pH \(\approx\) 12.5). Cette protection est perdue si :

  • Carbonatation : Le \(CO_2\) de l'air pénètre le béton et réagit avec la chaux, abaissant le pH en dessous de 9. Si le front de carbonatation atteint l'acier, la passivation est détruite.
  • Attaque par les Chlorures : Les ions chlorures (Cl-), issus des sels de déverglaçage ou de l'air marin, pénètrent et détruisent localement (par piqûres) la couche de passivation, même si le pH est élevé.

2. Classes de Mortier de Réparation (EN 1504-3)
Les mortiers de réparation sont classés selon leurs performances mécaniques :

  • R1, R2 : Réparation non structurale (esthétique, reprofilage).
  • R3, R4 : Réparation structurale (participant à la résistance de l'élément).
Les exigences clés pour les classes R3 et R4 sont : \[ \begin{aligned} \text{Classe R3} &: f_c \ge 25 \text{ MPa} \\ \text{Classe R4} &: f_c \ge 45 \text{ MPa} \\ \text{Adhérence (R3 & R4)} &: A_d \ge 1.5 \text{ MPa} \end{aligned} \]

Correction : Choix d'un Système de Réparation pour Béton Épaufré

Question 1 : Quelle est la cause la plus probable de la dégradation (Carbonatation ou Chlorures) ?

Principe

Le diagnostic de la cause est l'étape la plus importante. Il faut déterminer si la protection de l'acier a été détruite par une baisse généralisée du pH (carbonatation) ou par une attaque locale (chlorures).

Mini-Cours

La corrosion par carbonatation ne peut se produire que si le front de béton carbonaté (zone où le pH a chuté) a atteint la profondeur des armatures en acier. Si l'acier est toujours dans une zone non carbonatée (pH élevé) et qu'il est corrodé, la cause est obligatoirement une attaque par les chlorures.

Remarque Pédagogique

La méthode est simple : on compare la profondeur de carbonatation mesurée (\(d_c\)) à la profondeur d'enrobage des aciers (\(c\)).

Schéma (Avant les calculs)

Représentation de la situation de diagnostic avant comparaison.

Diagnostic de la Carbonatation
Béton Zone Carbonatée Zone Saine (Passive) Acier dc = 15 mm c = 25 mm
Calcul(s)

Il s'agit d'une comparaison directe des données de diagnostic.

Comparaison des profondeurs

\[ d_c = 15 \text{ mm} \]
\[ c = 25 \text{ mm} \]
\[ \text{On constate que } d_c (15 \text{ mm}) < c (25 \text{ mm}) \]
Schéma (Après les calculs)

Le schéma d'analyse (ci-dessus) confirme visuellement que le front de carbonatation n'a pas atteint l'armature.

Réflexions

Puisque le front de carbonatation (\(d_c\)) n'a pas atteint l'enrobage (\(c\)), l'acier se trouve toujours dans une zone de béton sain (pH élevé). La corrosion ne peut donc pas être causée par la carbonatation. La présence de corrosion (piqûres) malgré un pH élevé est la signature d'une attaque par les chloruresCorrosion localisée causée par les ions Cl-, souvent issus des sels de déverglaçage ou de l'air marin, qui percent la couche de passivation de l'acier..

Points de vigilance

Ne pas conclure trop vite. Une faible qualité de béton (très poreux) peut accélérer les deux phénomènes. Il est aussi possible que l'enrobage réel soit plus faible que l'enrobage nominal des plans.

Points à retenir

Si l'acier est corrodé mais que \(d_c < c\), la cause est (quasi)certainement les chlorures. Si \(d_c \ge c\), la cause est (quasi)certainement la carbonatation.

Le saviez-vous ?

L'expansion de la rouille (hydroxyde de fer) peut exercer une pression de plusieurs centaines de bars, une force largement suffisante pour faire éclater le béton d'enrobage, ce qui crée l'épaufrure.

FAQ

Réponses aux questions fréquentes sur cette étape.

Pourquoi l'enrobage est-il si important ?

L'enrobage est la première ligne de défense de l'acier. Il assure une protection physique (distance) contre les agents agressifs (\(CO_2\), Chlorures) et une protection chimique (maintien d'un pH élevé).

Aurait-on pu avoir les deux causes en même temps ?

Oui. C'est fréquent. Le \(CO_2\) peut réduire le pH, rendant l'acier plus vulnérable à une attaque ultérieure par les chlorures, même à faible concentration.

Résultat Final
La cause la plus probable de la dégradation est une corrosion des armatures induite par les chlorures.
A vous de jouer

Si l'enrobage (\(c\)) avait été de 10 mm et la carbonatation (\(d_c\)) de 15 mm, de combien de mm le front de carbonatation aurait-il dépassé l'acier ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 1 :

  • Concept Clé : Diagnostic Carbonatation vs Chlorures.
  • Méthode : Comparer profondeur carbonatation (\(d_c\)) et enrobage (\(c\)).
  • Résultat : \(d_c < c\) + Corrosion \(\Rightarrow\) Chlorures.

Question 2 : Quels sont les deux principes de réparation fondamentaux à appliquer (NF EN 1504-9) ?

Principe

La norme NF EN 1504-9 liste 11 "Principes" de réparation. Il faut choisir ceux qui s'appliquent à notre situation : nous avons de l'acier corrodé (cause) et du béton manquant (conséquence).

Mini-Cours

Les 11 principes couvrent tout, de la protection à la réparation. Dans notre cas :

  • Principe 3 (Restauration du béton) : Vise à remplacer le béton dégradé par un mortier de réparation (Ex: R3/R4). C'est la réparation de la conséquence.
  • Principe 7 (Préservation ou restauration de la passivité) : Vise à traiter l'acier. Puisque la corrosion est active (due aux chlorures), il faut la stopper en restaurant un environnement passif (nettoyage Sa 2.5 et/ou application d'un passivant). C'est le traitement de la cause (locale).

Remarque Pédagogique

On traite toujours la cause *et* la conséquence. Réparer le béton (Principe 3) sans traiter l'acier (Principe 7) ne ferait que cacher le problème, qui réapparaîtrait rapidement.

Normes

NF EN 1504-9 : Principes généraux pour l'utilisation de produits et systèmes.

Réflexions

Les deux principes sont indissociables pour une réparation durable. D'autres principes (comme le Principe 5 : Augmentation de la résistivité, ou le Principe 1 : Protection contre la pénétration) pourraient être ajoutés pour traiter la cause à long terme (empêcher de nouveaux chlorures de rentrer), mais 3 et 7 sont le minimum pour la réparation elle-même.

Points de vigilance

Oublier le Principe 7 (traitement de l'acier) est l'erreur la plus fréquente. Le simple fait de recouvrir l'acier rouillé avec un nouveau mortier (même R4) ne stoppe pas la corrosion.

Résultat Final
Les principes fondamentaux sont le Principe 3 (Restauration du béton) et le Principe 7 (Restauration de la passivité de l'acier).
A vous de jouer

Combien de principes au total la norme NF EN 1504-9 définit-elle pour la réparation et la protection ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 2 :

  • Concept Clé : Principes de la norme NF EN 1504-9.
  • Sélection : Traiter la cause (acier) et la conséquence (béton).
  • Réponse : Principe 3 + Principe 7.

Question 3 : Quelles sont les étapes de préparation du support avant l'application du nouveau mortier ?

Principe

La réussite d'une réparation dépend à 80% de la qualité de la préparation du support. L'objectif est d'obtenir une surface saine, propre, rugueuse et de traiter l'acier exposé.

Mini-Cours

La préparation suit un ordre logique :

  1. Piquage/Purge : Enlever tout le béton dégradé, friable ou non adhérent (au marteau-piqueur léger ou hydrodémolition).
  2. Dégarnissage acier : Exposer l'armature corrodée sur toute sa circonférence.
  3. Nettoyage acier : Brosser ou sabler l'acier jusqu'à un degré de soin Sa 2.5 (aspect métal quasi-blanc, norme ISO 8501-1).
  4. Application passivant : Appliquer un produit inhibiteur de corrosion (primaire passivant) sur l'acier nu.
  5. Préparation béton : Nettoyer et dépoussiérer la surface. Créer une rugosité (min 5 mm).
  6. Humidification : Saturer le support en eau (sans le faire ruisseler) juste avant l'application pour éviter qu'il n'absorbe l'eau du mortier de réparation (grillage).

Remarque Pédagogique

L'erreur classique est de ne pas dégarnir l'acier *derrière* la barre. Si du béton carbonaté ou contaminé par les chlorures reste en contact avec l'acier, la corrosion reprendra (effet de "pile" différentielle).

Normes

NF EN 1504-10 (Mise en œuvre sur site) et ISO 8501-1 (Degrés de soin).

Astuces

Un bon test : si l'on peut passer un doigt ou une petite spatule *derrière* l'armature, c'est qu'elle est suffisamment dégarnie.

Schéma

Visualisation de la préparation de l'acier.

Dégarnissage de l'Armature
Béton Sain Acier (Sa 2.5) Espace libéré (Dégarnissage)
Réflexions

Cette préparation est non négociable. Un acier mal nettoyé (Sa 1 au lieu de Sa 2.5) ou un support poussiéreux garantit un échec de la réparation à court terme (décollement).

Points de vigilance

Ne pas utiliser de Kärcher (nettoyeur haute pression) simple, qui peut incruster la poussière. Préférer l'aspiration ou l'air comprimé sec et déshuilé. Ne pas appliquer de passivant sur du béton, uniquement sur l'acier.

Résultat Final
Les étapes sont : Piquage, Dégarnissage de l'acier (Sa 2.5), Dépoussiérage, Passivation de l'acier, Humidification du support béton.
A vous de jouer

Quel degré de soin (Norme ISO 8501-1) est visé pour le nettoyage de l'acier (Ex: 1, 2, 2.5, 3) ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 3 :

  • Concept Clé : Préparation du support.
  • Acier : Dégarnir + Brosser (Sa 2.5) + Passiver.
  • Béton : Piquage + Nettoyer + Humidifier.

Question 4 : Faut-il choisir un mortier R3 (\(f_c \ge 25\) MPa) ou R4 (\(f_c \ge 45\) MPa) pour un support à 28 MPa ?

Principe

Le mortier de réparation doit être "compatible" avec le support. Cela signifie qu'il ne doit être ni trop faible (risque de rupture) ni excessivement rigide (risque de fissuration à l'interface ou de report des contraintes).

Mini-Cours

Un mortier de réparation doit avoir une résistance (\(f_c\)) au moins égale à celle du support.

  • Support : \(f_{ck} = 28\) MPa.
  • Mortier R3 : \(f_c \ge 25\) MPa.
  • Mortier R4 : \(f_c \ge 45\) MPa.
Un mortier R3 est conforme (\(25 \approx 28\)). Un mortier R4 est également conforme, mais beaucoup plus résistant. Le problème d'un mortier R4 est son module d'élasticitéMesure de la rigidité d'un matériau. Un module élevé signifie que le matériau est très rigide et se déforme peu. (rigidité) souvent très élevé. Un patch de réparation très rigide sur un béton "souple" (28 MPa) concentrera les contraintes et risque de fissurer.

Remarque Pédagogique

La règle d'or est la "compatibilité". On cherche un mortier dont les propriétés (résistance, module E, retrait) sont les plus proches possible du béton existant, tout en étant légèrement supérieures.

Normes

NF EN 1504-3 (Classes R3/R4).

Formule(s)

Critère de compatibilité (simplifié)

\[ f_{c, \text{mortier}} \ge f_{ck, \text{support}} \]
\[ E_{\text{mortier}} \approx E_{\text{support}} \text{ (Module d'élasticité)} \]
Hypothèses

On considère que le balcon n'a pas besoin d'un renforcement structurel majeur ; il s'agit d'une réparation de l'enrobage (non-structural ou semi-structural).

Donnée(s)

Résistance du support béton (\(f_{ck, \text{support}}\)) = 28 MPa.

Astuces

Pour des réparations d'enrobage courantes sur des bétons C25/30 (résistance 25-30 MPa), un mortier R3 est presque toujours le choix le plus adapté et le plus économique. On réserve le R4 aux structures à haute performance (C40/50 et plus) ou aux renforcements structurels.

Schéma (Avant les calculs)

N/A.

Calcul(s)

Comparaison

\[ \begin{aligned} \text{Support} &: 28 \text{ MPa} \\ \text{Choix 1 (R3)} &: f_c \ge 25 \text{ MPa (Compatible)} \\ \text{Choix 2 (R4)} &: f_c \ge 45 \text{ MPa (Surdimensionné)} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Visualisation de la compatibilité des résistances.

Comparaison Support vs Mortiers
MPa 28 Support (28) 25+ Mortier R3 45+ Mortier R4
Réflexions

Le schéma montre que le mortier R3 est le plus proche de la résistance du support (25 MPa \(\approx\) 28 MPa). Le mortier R4 est presque deux fois plus résistant (45 MPa >> 28 MPa). Cette grande différence de rigidité (module) est néfaste. Le R3 est donc le choix technique et économique optimal.

Points de vigilance

"Qui peut le plus, peut le moins" n'est PAS une bonne règle en réparation de béton. Utiliser un mortier R4 "par sécurité" sur un béton C25/30 est une erreur technique courante qui peut entraîner des décollements ou des fissures.

Points à retenir

  • Viser la compatibilité, pas la surperformance.
  • Mortier R3 pour bétons courants (\(f_c < 40\) MPa).
  • Mortier R4 pour bétons haute performance (\(f_c > 40\) MPa).

Le saviez-vous ?

Certains mortiers R3 ont des résistances finales bien supérieures à 25 MPa (parfois 35-40 MPa). Il faut lire la fiche technique complète (FT) du produit, et pas seulement sa classe, pour choisir le bon module d'élasticité.

FAQ

N/A

Résultat Final
Un mortier de classe R3 est le choix le plus adapté pour assurer la compatibilité mécanique avec le béton support à 28 MPa.
A vous de jouer

Si la résistance du béton support avait été de 50 MPa, quelle classe de mortier (entrez 3 ou 4) aurait-il fallu choisir ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 4 :

  • Concept Clé : Compatibilité Support/Mortier.
  • Données : Support = 28 MPa.
  • Choix : R3 (\(\ge 25\) MPa) est compatible. R4 (\(\ge 45\) MPa) est trop rigide.

Question 5 : Quelle est l'exigence minimale d'adhérence (par traction) requise par la NF EN 1504-3 ?

Principe

Pour qu'une réparation tienne, elle doit "coller" parfaitement au support. La norme impose une valeur minimale d'adhérence, mesurée par un test d'arrachement (pull-off test).

Mini-Cours

La norme NF EN 1504-3 est très claire sur ce point. Pour les réparations structurales (classes R3 et R4), l'exigence d'adhérence est la même et doit être d'au moins 1.5 MPa.

Normes

NF EN 1504-3 (Tableau 3 : Exigences de performance pour mortiers R3 et R4).

Exigence Normative

\[ A_d \text{ (Adhérence par traction)} \ge 1.5 \text{ MPa} \]
Schéma du Test

Principe du test d'adhérence (Pull-off).

Test d'Adhérence (Pull-Off)
Support Béton Mortier R3/R4 Plot (collé) Traction
Réflexions

Cette valeur de 1.5 MPa est une performance minimale du produit. Lors du test sur site, si la rupture se produit dans le béton support (rupture de cohésion) à une valeur inférieure (ex: 1.2 MPa), cela signifie que le mortier est *plus fort* que le support, ce qui est l'objectif recherché.

Points de vigilance

Cette adhérence n'est atteinte QUE si la préparation du support (Q3) est parfaite (propre, rugueuse, humidifiée) et si le mortier est appliqué correctement (serrage, cure).

Points à retenir

  • L'adhérence minimale requise pour les mortiers structuraux (R3 et R4) est de 1.5 MPa.

Le saviez-vous ?

Pour les mortiers R1 et R2 (non structuraux), l'exigence d'adhérence est bien plus faible : seulement 0.8 MPa.

Résultat Final
L'exigence minimale d'adhérence par traction (NF EN 1504-3) pour un mortier R3 (et R4) est de 1.5 MPa.
A vous de jouer

Si un mortier R3 est testé et que son adhérence mesurée est de 1.2 MPa, le *produit* lui-même respecte-t-il la norme ? (Entrez 1 pour Oui, 0 pour Non - Attention, on parle du produit, pas de la mise en œuvre)

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 5 :

  • Concept Clé : Adhérence (Pull-off).
  • Norme : NF EN 1504-3.
  • Exigence (R3 & R4) : \(A_d \ge 1.5\) MPa.

Outil Interactif : Simulateur de Compatibilité

Utilisez cet outil pour simuler le choix du mortier (R3/R4) en fonction de la résistance du béton support et voir l'avis de compatibilité.

Paramètres d'Entrée
28 MPa
Classe R3
Résultats Clés
Résistance Mortier (\(f_{c, \text{mortier}}\)) -
Avis de Compatibilité -

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Qu'est-ce que la carbonatation du béton ?

2. Quelle norme européenne principale régit la protection et la réparation des structures en béton ?

3. Un mortier de réparation de classe R4 doit avoir une résistance à la compression (\(f_c\)) minimale de :

4. Quelle est l'adhérence minimale (test pull-off) requise pour un mortier structural (R3 ou R4) selon la EN 1504-3 ?

5. Le Principe 7 de la NF EN 1504-9 concerne :

Glossaire

Épaufrure
Dégradation du béton d'enrobage qui éclate et se détache, généralement sous la poussée de la corrosion des armatures.
Carbonatation
Réaction chimique entre le dioxyde de carbone (\(CO_2\)) de l'air et la chaux (portlandite) du ciment, qui abaisse le pH du béton et détruit la passivation de l'acier.
NF EN 1504
Norme européenne qui définit les exigences pour les produits et systèmes destinés à la protection et à la réparation des structures en béton.
Passivation
Couche protectrice (passive) qui se forme naturellement sur l'acier dans l'environnement très alcalin (pH élevé) du béton, le protégeant de la corrosion.
Mortier R3 / R4
Mortiers de réparation à performance structurale définis par la NF EN 1504-3. R3 (\(f_c \ge 25\) MPa) et R4 (\(f_c \ge 45\) MPa).
Adhérence (Pull-off)
Force nécessaire pour arracher un plot collé à la surface de la réparation. Elle mesure la qualité de la liaison entre le mortier de réparation et le béton support.
Choix d'un Système de Réparation pour Béton Épaufré

D’autres exercices de materiaux de construction:

0 commentaires
Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *