BÉTON IMPERMÉABLE : produits spéciaux pour structures contre-terre à étanchéité hydraulique

Code: S.0012

Produits et accessoires pour l'exécution des coulées en béton, à la fois avec des coffrages en bois et métalliques, pour la construction de locaux souterrains avec présence de nappe phréatique, sans l'utilisation d'étanchéité enveloppante (gaines, et

Produits utilisés

Introduction

La réalisation de structures en présence de nappe phréatique a toujours été historiquement résolue avec des systèmes dits « enveloppants », c’est-à-dire des systèmes où l’étanchéité de la structure résultante a été assurée par l'application externe de gaines bitumineuses ou en PVC,  membranes auto-adhésives, systèmes de ciment plastique appliqués au pinceau ou au pistolet, gaines bitumineuses liquides, systèmes de polyuréthane, etc. Ces techniques de construction ont l'inconvénient de devoir être installées par des ouvriers qualifiés pour assurer une pose correcte et donc efficace, elles nécessitent, en outre, des temps d'attente, du décoffrage au remblai, éventuellement prolongé en cas de mauvais temps. Étant aussi des matériaux « externes » à la coulée-même, elles exigent une gestion supplémentaire des articles en stock, des déchets, des emballages à éliminer, etc.

Une approche différente au problème de l'étanchéité de la structure avec des nappes, qui depuis quelques années est en train de s’imposer fortement comme la principale technique de construction dans ce segment du marché, est la construction de structures intrinsèquement imperméables, en béton imperméabilisé par l'ajout d'additifs appropriés sous forme de poudre, à concevoir comme la réalisation proprement dite de la structure et de l’étanchéité hydraulique intégrée en elle.

Les murs et le plancher en béton étanche doivent, cependant, être correctement aidés avec des produits et des systèmes qui garantissent également l'étanchéité des joints, des raccords et des entretoises de coffrage, qui font partie intégrante du système.

 

Perméabilité et étanchéité du béton 

En général, la perméabilité est la propriété des matériaux pour permettre le passage des fluides (liquides, dans le cas présent), sans modifier la structure. On définit comme perméables les matériaux qui permettent le passage de quantités relativement importantes de liquide, tandis que sont imperméables ceux à travers lequel l'écoulement de liquide est négligeable. La rapidité avec laquelle circule un fluide à travers un corps solide dépend du type de substance qui constitue le corps, de la pression du fluide et de la température. Pour être perméable, un matériau doit être poreux, c’est-à-dire il doit avoir des espaces vides, les pores, qui sont capables d'absorber du liquide. Les pores doivent également être reliés à un réseau d'interstices, qui permet au fluide de passer à travers la substance solide. Pour être imperméable, au contraire, un matériau doit posséder une structure dense et compacte, sans interstices communiquant entre eux.

L'imperméabilité du béton est une des prérogatives essentielles pour la durabilité des structures dans le temps. Le conglomérat de ciment ou la pierre de ciment est de nature semblable à une pierre naturelle compacte pour qui l'imperméabilité à l'eau d'un marbre compact, par exemple, correspond à celle d'un béton avec un rapport A/C = 0,48. L'eau introduite dans le mélange de béton, pour l'hydratation et pour la maniabilité demandée de la masse de travail, laisse dans la matrice du béton, après maturation, un treillis de trous étroits qui détermine une porosité de la pâte de ciment, constituée par les pores du gel et par les capillaires. La « porosité capillaire » qui gouverne en grande partie la perméabilité « intrinsèque » du conglomérat dépend du rapport eau/ciment, et du degré d'hydratation et elle peut varier de « 0 » jusqu'à 40% en volume par rapport au volume de la pâte de ciment. Avec un ratio eau/ciment plus élevé que 0,38, la permanence des pores capillaires, même après une hydratation complète, sauf en cas d’interventions spécifiques à travers la contribution de « charge réactive » est pratiquement inévitable.

Les pores capillaires ne sont pas visibles, sauf avec le microscope électronique, leur diamètre est de l'ordre du micron (entre 0,1 et 10 microns), ils sont de structure variable et forment un canal continu et relié dans le cadre de la matrice : la perméabilité du béton n’est donc pas une simple fonction de sa porosité, mais dépend également de la taille, de la distribution, de la physicalité et de la continuité des pores. La formule empirique Vp = 5,9 α 42 + (1 - α) fournit des indications pour évaluer l'étendue volumétrique des pores capillaires en fonction du degré d'hydratation et de l'eau totale de la pâte fixée (où Vp représente le volume des pores capillaires, α étant le degré d'hydratation, variable de 0 à 1).

Il faut ajouter à la porosité capillaire, en général, en termes d'interconnexion des pores, la présence répandue d' « air incorporé, ou piégé » dans le béton frais, qui devrait être expulsé par un compactage correct du conglomérat et qui crée des macrovides (d'environ 1 mm à quelques dizaines de mm).

Une autre variable, capable d'augmenter à la fois la porosité et l'interconnexion des pores, est considérée dans la « zone de transition », c’est-à-dire cette partie de la pâte de ciment (quelques microns ou dizaines de microns d'épaisseur) qui est en contact direct avec l'agrégat de pierre ; la zone de transition peut être beaucoup plus poreuse que la matrice de ciment étant adjacente à la fonction d'eau de « bleeding » (collecte de l'eau sur la surface du béton) qui, lors de la remontée, reste partiellement coincée sous les agrégats les plus gros.

La présence plus ou moins importante de vides (capillaires) intercommuniquants entre les surfaces de jet opposées, « porosité continue », dont peut se produire, par différence de pression hydrostatique, un écoulement d'eau, représente la « perméabilité » d'un béton, et qui comme déjà mentionné, dépend beaucoup des caractéristiques du béton lui-même que de l'exactitude, ou non, des magistères de mise en œuvre, de soin et de durcissement humide, ainsi que l'apparition possible de manifestations de micro et de macro fissures à retrait plastique et hygroscopique.

Pendant le processus de durcissement du béton, des phénomènes climatiques tels que la température, l'humidité relative et la ventilation peuvent déterminer la perte plus ou moins soudaine, d'eau de pâte. En l'absence de mesures adéquates de soins et de durcissement humide des modifications significatives et qualitatives peuvent survenir impliquant également la perméabilité.

 

Réaliser l’étanchéité du béton

Comme déjà cité, la perméabilité du béton est en étroite relation avec la microstructure poreuse du ciment durci qui, à son tour, est en étroite relation avec le rapport eau/ciment. Il en résulte que le béton peut avoir différents degrés d’étanchéité, selon la façon dont il est emballé et mis en place. Les facteurs qui affectent cette caractéristique sont les mêmes qui déterminent les autres propriétés : composition, transformation et  traitements ultérieurs. En théorie, il y a des difficultés particulières à obtenir un béton étanche, de manière plus pragmatique, il faut considérer que le béton « réellement » étanche, exige des efforts et des attentions différentes par rapport aux habitudes normales d’un chantier. Du point de vue technique et conceptuel, il est essentiel de considérer que cette imperméabilité doit être considérée comme relative et non comme absolue. Pour obtenir un béton étanche, sont indispensables une conception minutieuse, une confection soignée, une pose adéquate, sans oublier le traitement indispensable de soins et le vieillissement qui doit être effectif et efficace, par opposition à des procédures tout à fait apparentes qui « souvent » sont adoptées sur de nombreux chantiers.

Du point de vue pratique, il est nécessaire, tout d'abord, de réduire le rapport eau/ciment au minimum compatible avec la maniabilité adéquate ; il faut utiliser des agrégats de taille et de nature appropriés ; nécessaire pour éviter un séchage trop rapide des jets afin d'éviter la formation de fissures externes et internes dues au retrait ; lors du jet, il faut éviter la sédimentation du béton, empêcher en effet qu’il perd l'homogénéité obtenue en mélangeant. Étant donné qu’avec des rapports eau/ciment de plus de 0,38, il est pratiquement inévitable que demeure une quantité non négligeable de pores capillaires, même après une hydratation complète, des interventions spécifiques, à travers la contribution de « charge réactive ».

 

Matériaux innovants et norme UNI EN 206-1

La norme UNI EN 206-1 introduit, au point 3.1.23, le concept de « complément » défini comme matériau finement divisé et utilisé dans le béton afin d'améliorer certaines propriétés ou pour obtenir des propriétés spéciales. Cette norme tient compte de deux types de compléments minéraux : les compléments pratiquement inertes (type I) et les compléments pouzzolanes ou à activité hydraulique latente (type II). Au point 5.2.5.2.1, est également incorporé à la même norme le concept de valeur de k (à ne pas confondre avec le même nom du paramètre de perméabilité). Le concept k référé aux compléments, permet que les compléments de type II soient pris en compte par le remplacement du terme « rapport eau/ciment » (défini au 3.1.31) avec le terme « rapport eau/ciment + k complément », selon l'exigence du dosage minimum de ciment (voir 5.3.2). La valeur réelle de k dépend du complément spécifique.

Pour les « compléments pouzzolaniques » (type MICROSIL 90), il est indiqué que leur quantité idéale se situe entre 7 % et 12 % en poids de ciment utilisé (au moins 330 kg/m³ de 42,5R ou 360 kg/m³ de 32,5 R). La disponibilité de « spécialité » à haute technologie, comme les « compléments pouzzolaniques » est alors reconnue comme une opportunité technologiquement et térotechnologiquement adéquate pour construire des structures étanches via l'utilisation combinée de « bétons intrinsèquement imperméables », contrôles spécifiques et techniques de réalisation appropriées.

La progression des acquisitions térotechnologiques a récemment mis à disposition des produits nouvellement conçus, mieux connus comme « agents de cristallisation », basés sur l'action catalytique particulière dans l’environnement rhéologique au sein de la conception de mélange du béton, dosés pour environ 1 % en poids par rapport au poids du ciment. Ces compléments permettent de sceller les vides et les micro-fissures jusqu'à 400 microns, par une réaction cristalline et capillaire qui exploite les composés minéraux encore présents après la réaction principale du béton, fonctionnant en combinaison avec l'eau et avec l'humidité présentes dans la matrice cimentaire. Il s’agit de technologies innovantes qui en plus de déterminer une forte réduction de la perméabilité du béton et de « son » retrait de séchage, dès les 28 premiers jours de maturation, encouragent une réelle capacité « auto-cicatrisante » de la matrice de ciment. Les processus réactifs cités ne nécessitent pas de rapports eau/ciment spécifiques ou particulièrement réduits étant donné que leur efficacité est encore assurée même avec des valeurs A/C de l'ordre de 0,50/0,60, beaucoup plus habituelles sur les chantiers.

 

Complexes hermétiques et accessoires

Tout ce qui a été cité ci-dessus décrit dans l’ensemble comment on prépare et on met en œuvre un béton défini intrinsèquement « étanche ». La structure générale, cependant, a inévitablement des discontinuités volumétriques requises pour sa mise en œuvre. Ces discontinuités, facilement soumises au passage de l'eau sous pression, sont, par exemple, les connexions entre les planchers et les murs d'élévation, les joints de reprise de jet et de mouvement, les entretoises de coffrage, les tubes de passage, etc.

Afin d'empêcher le passage de l'eau par tous ces discontinuités, le système actuel est équipé de : bordures waterstop en bentonite de sodium ou gomme hydroexpansive, waterstop en PVC, produits d'étanchéité hydro-expansifs en cartouche, joints à étanchéité hydraulique pour entretoises de coffrage, soit en « lame », soit en tube en PVC, fibres de polypropylène pour la réduction des micro-fissures dues au retrait plastique, pâtes hydri-expansives pour une étanchéité hermétique de tubes passants, etc.

 

 

 

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