Particularités des chaussées en béton de ciment et des ouvrages linéaires à section constante
Quels sont les obstacles au retrait libre, à la diminution des dimensions de l’ouvrage ?
Figure 104-Origines des fissures dans le béton de ciment. En A, dès que la « peau » du béton se refroidit et que l’eau est absorbée par les réactions et/ou commence à s’évaporer, la « peau » se tend et se fissure ; l’intervalle entre fissures est égal à 2 ou 3 fois l’épaisseur tendue.
En B, l’épaisseur tendue augmente ; seules les fissures espacées de 2 ou 3 fois cette épaisseur se prolongent jusqu’à la limite de la zone tendue. Entre les fissures, le matériau se relaxe et les fissures qui existaient se referment ; si la prise est en cours, elles disparaissent totalement, les produits d’hydratation se formant à travers elles.
En C, le phénomène se poursuit et lorsque toute la couche est tendue certaines fissures traversent ; celles qui ont « pris de l’avance » en étant localisées par le trait de scie, arrivent les premières. Le béton se détend entre ces fissures traversantes et les fissures intermédiaires disparaissent.
En tant que tels, les retraits ne conduisent pas à la fissuration du matériau ; c’est le fait que le retrait soit empêché qui conduit à la fissuration en provoquant des tensions dans le béton qui peuvent dépasser localement sa résistance à la traction. Les obstacles au retrait libre sont multiples.
En premier lieu, il y a l’ouvrage lui même : il constitue une masse qui du point de vue « vitesse de prise », température et hygrométrie, n’est pas homogène en permanence. Le cœur du volume de béton mis en place s’échauffe au fur et à mesure que la réaction exothermique d’hydratation a lieu ; une partie de l’eau non utilisée par la réaction, s’évacue très lentement vers l’extérieur. La périphérie du volume, en contact avec l’extérieur, se refroidit et perd l’eau en excès beaucoup plus rapidement ; le retrait différentiel entre le cœur et la périphérie provoque la (micro)fissuration de celle-ci (Figure 104). Dès que la température et l’hygrométrie s’homogénéisent, les microfissures se referment et, si la prise est toujours en cours, disparaissent : ceci explique que ce type de fissures ne subsistent que sur des ouvrages très massifs dont l’homogénéité n’est atteinte qu’après que l’essentiel de la prise a eu lieu.
En second lieu, le béton de revêtement est mis en place sur un support dont la surface n’est pas parfaitement lisse et plane ; l’interface entre le revêtement et le support constitue un joint conjugué (voir 7.3.1).
Le support est généralement une couche de matériau traité aux liants hydrauliques, parfois aux liants bitumineux. Il s’agit de matériaux plus ou moins :
rigides, ils se déforment différemment et s’opposent à la déformation du revêtement,
imperméables, ils sont relativement étanches à l’eau et à l'air;
rugueux, selon leur formulation.
En outre, selon les procédés de mise en œuvre utilisés, la qualité de l’uni de la surface de la couche support obtenue, peut varier.
Le procédé de mise en œuvre du revêtement en béton, assure généralement par vibration la densification du béton frais, c’est à dire l’élimination de la plus grande partie de l’air contenu : il réalise ainsi une « dépression », un vide significatif entre la couche support et le revêtement.
Ce vide et le poids du revêtement solidarisent les deux couches entre elles pendant les premiers jours, voire les premières semaines de vie du revêtement, empêchant efficacement toute variation de dimension ou tout déplacement relatif du revêtement par rapport à son support : plus celui-ci est rigide et rugueux, plus le revêtement fissurera (Figure 105).
La combinaison de ces deux phénomènes, conduit quelques fissures à subsister jusqu’à traverser la couche de béton : c’est la fissuration systématique et aléatoire dont nous avons parlé.
Figure 105-Fissuration d'un revêtement en béton non armé. En haut, à partir du début du bétonnage, la tension du béton augmente jusqu’à dépasser la résistance à la rupture : une fissure apparaît ; si une amorce de fissuration à été réalisée à temps, elle provoque localement une augmentation de la contrainte et localise la fissure (schéma du haut, courbe en pointillé au droit du trait de scie).
Au milieu, la contrainte s’annule au voisinage de la fissure, au-delà elle augmente à nouveau ; une nouvelle fissure apparaît lorsqu’elle dépasse à nouveau la résistance à la rupture.
En bas, le phénomène se poursuit de proche en proche.
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