Table of Contents

Le document ACI 224R-16 de l'American Concrete Institute fournit des directives complètes aux ingénieurs pour évaluer et contrôler la fissuration des éléments en béton dans diverses conditions de chargement et d'environnement. Comprendre comment calculer correctement et limiter la largeur des fissures garantit que les structures maintiennent leur intégrité, résistent à la corrosion des renforts intégrés et répondent aux exigences esthétiques tout au long de leur durée de vie.

Comprendre l'importance du contrôle de la largeur de la fissure

Le craquage du béton armé est un phénomène inévitable qui se produit en raison de la faiblesse intrinsèque du béton. Bien que le béton présente une excellente résistance à la compression, sa capacité de traction est significativement plus faible, généralement seulement environ 10% de sa résistance à la compression. Lorsque les contraintes de traction dépassent la résistance à la traction du béton, les fissures se forment.

La principale préoccupation avec les largeurs excessives de fissures est le potentiel de corrosion du renforcement en acier intégré, qui peut avoir un impact significatif sur l'apparence de la structure et réduire sa durée de vie. Lorsque les fissures sont trop larges, elles fournissent des voies pour l'humidité, l'oxygène, les chlorures et d'autres agents agressifs pour atteindre l'acier de renforcement.

Au-delà des préoccupations structurelles, le contrôle de la largeur des fissures est essentiel pour maintenir l'aspect esthétique des surfaces de béton exposées. Les fissures larges et non-viscéreuses peuvent diminuer l'attrait visuel du béton architectural et susciter des inquiétudes chez les propriétaires et les occupants au sujet de la sécurité structurale, même lorsque les fissures ne posent aucune menace structurale immédiate.

Aperçu des lignes directrices et de l'évolution de l'ACI 224R-16

Le document ACI 224R a fait l'objet de plusieurs révisions depuis sa publication initiale au début des années 1970, chaque itération intégrant de nouvelles conclusions de recherche et de l'expérience pratique. La première édition a été publiée par le Comité 224 de l'ACI sur le cracking, et les objectifs du rapport sont de donner les principales causes de fissuration dans le béton renforcé et précontraint et les critères et procédures de contrôle de la fissure recommandées.

Le rapport présente les principales causes de la fissuration et les procédures de contrôle recommandées, qui couvrent la maîtrise de la fissuration due au séchage des pièces de flexion, des recouvrements et de la construction en béton massif. Le document sert de ressource complète pour les ingénieurs structuraux, fournissant à la fois un cadre théorique et des conseils pratiques pour la maîtrise de la fissuration dans divers types de structures en béton.

Portée et couverture de l'ACI 224R

Le document couvre le contrôle de la fissuration dans les éléments flexuraux, le contrôle de la fissuration dans les dalles et les plaques bidirectionnelles, la largeur de la fissuration tolérable par rapport aux conditions d'exposition dans le béton armé, la fissuration flexurale dans le béton précontraint, la fissuration de la zone d'ancrage dans le béton précontraint, la fissuration de la fisuration dans les poutres profondes et la fissuration de la tension.

Les directives soulignent que le contrôle des fissures doit être effectué par des détails appropriés plutôt que par le seul calcul. La base des codes de pratique pour limiter la fissuration de la charge de service est enracinée dans des équations pour prédire la largeur des fissures, et la tendance dans la conception du béton renforcé et précontraint est de fournir des détails appropriés, comme la fourniture d'un renforcement minimal et le choix approprié des diamètres des barres, l'espacement des barres et la réduction de la retenue.

Largeurs de fissures tolérables en fonction des conditions d'exposition

L'un des aspects les plus pratiques de l'ACI 224R est son guide sur les largeurs de fissure acceptables pour différentes conditions d'exposition.Ces recommandations aident les ingénieurs à établir des critères de conception appropriés en fonction des conditions environnementales auxquelles la structure sera confrontée tout au long de sa durée de vie.

Largeurs maximales recommandées de la fissure

L'ACI 224R-01 fournit des directives pour les largeurs de fissures tolérables à la face de traction des structures en béton armé dans des conditions typiques, notamment : air sec ou membrane protectrice (0,016 pouce ou 0,41 mm), humidité, air humide, sol (0,12 pouce ou 0,30 mm), produits chimiques de dégivrage (0,07 pouce ou 0,18 mm), vaporisateur d'eau de mer et d'eau de mer, mouillage et séchage (0,06 pouce ou 0,15 mm) et structures de rétention d'eau, à l'exclusion des tuyaux non-pression (0,04 pouce ou 0,10 mm), bien que ces valeurs ne soient pas toujours un indicateur fiable de corrosion et de détérioration de l'acier.

Le rapport indique que le jugement technique doit être exercé et que d'autres facteurs, comme la couverture concrète, doivent être pris en considération pour réviser ces valeurs.Cette reconnaissance reconnaît que la largeur de fissure à elle seule n'est pas le seul déterminant de la durabilité, et que des facteurs tels que la qualité du béton, la profondeur de couverture et l'environnement d'exposition spécifique jouent tous un rôle important.

Considérations relatives à la classification de l'exposition

Les conditions d'exposition énumérées dans l'ACI 224R reflètent les différents degrés de gravité que les différents environnements imposent aux structures en béton. Les structures dans les environnements secs et protégés peuvent tolérer des fissures plus larges sans problèmes de durabilité importants, tandis que celles exposées à des environnements agressifs tels que les produits chimiques de dégivrage ou l'eau de mer nécessitent un contrôle de la largeur des fissures beaucoup plus serré.

L'ACI 224R-01 recommande une largeur maximale de fissure de 0,007 pouce (0,18 mm) pour les membres exposés à des produits chimiques de dégivrage.Cette limite stricte reflète la nature très corrosive des sels de dégivrage contenant du chlorure, qui peuvent rapidement déclencher et propager la corrosion de l'acier de renforcement lorsqu'ils pénètrent dans les fissures.

Pour les structures de rétention d'eau, la largeur maximale de fissure recommandée de 0,004 pouce (0,10 mm) est encore plus restrictive. Ce contrôle serré est nécessaire non seulement pour prévenir la corrosion, mais aussi pour minimiser les fuites d'eau à travers le béton, qui est une exigence primaire de fonctionnement pour les réservoirs, réservoirs et structures similaires.

Facteurs influant sur le développement de la largeur de la fissure

La largeur des fissures qui se développent dans les éléments en béton armé est influencée par de nombreux facteurs interdépendants. Comprendre ces facteurs est essentiel pour prédire la largeur des fissures et mettre en œuvre des mesures efficaces de contrôle des fissures pendant la conception et la construction.

Caractéristiques du renforcement

La quantité, la distribution et les caractéristiques de l'acier de renforcement affectent de façon significative le développement de la largeur de la fissure. L'armature correctement placée, utilisée en quantités adéquates, réduira le nombre et la largeur des fissures en distribuant les souches de rétrécissement le long du renforcement par des contraintes de liaison, de sorte qu'un plus grand nombre de fissures étroites se produisent au lieu de quelques fissures larges.

Les trois paramètres importants de la fissuration flexionnelle sont la contrainte, le couvercle et l'espacement des barres d'acier; parmi eux, la contrainte en acier est le paramètre le plus important.

L'espacement entre les barres de renforcement joue également un rôle crucial. Les barres trop espacées ne peuvent pas distribuer efficacement les fissures, ce qui entraîne des fissures moins nombreuses mais plus larges. Inversement, l'espacement plus étroit favorise la formation de fissures plus nombreuses mais plus étroites, ce qui est généralement plus souhaitable tant du point de vue de la durabilité que de l'esthétique.

Le diamètre de la barre affecte la largeur de la fissure par son influence sur les caractéristiques de la liaison et la surface efficace du béton dans la tension entourant chaque barre.

Profondeur de la couverture en béton

Le revêtement en béton sur l'acier de renforcement, la taille de la barre, la géométrie de surface de la barre de renforcement et la distribution de l'acier dans la zone de tension sont des facteurs importants qui affectent la largeur des fissures.

Du point de vue de la largeur de la fissure, une plus grande profondeur de la couverture entraîne généralement des fissures plus larges pour un niveau donné de contrainte de renforcement, car la fissure doit se propager à travers une plus grande épaisseur de béton du niveau de renforcement à la surface.

Le facteur principal qui influe sur la largeur de la fissure est la distance entre le point calculé et la barre d'acier la plus proche, c'est-à-dire l'épaisseur du revêtement en béton; la largeur de la fissure en surface n'est formée que par la contrainte et la déformation inégales du béton autour de la barre d'acier.

Conditions de chargement et niveaux de stress

Les conditions de charge de service déterminent les niveaux de contrainte dans le béton et le renforcement, qui affectent directement la contrainte qui provoque l'ouverture des fissures. Les charges de service plus élevées produisent des contraintes et des déformations plus élevées, ce qui entraîne des fissures plus larges.

L'historique de chargement est également important. Les charges soutenues peuvent entraîner des effets dépendants du temps, tels que le fluage et le rétrécissement, ce qui peut entraîner une expansion des fissures au fil du temps même si la charge appliquée demeure constante.

Propriétés du béton et conception de mélange

Les propriétés du béton lui-même affectent de façon significative le comportement de fissuration. La résistance à la traction du béton détermine quand les fissures se forment d'abord, tandis que le module d'élasticité influence la distribution de la contrainte entre le béton et le renforcement.

Les caractéristiques de pliage du mélange de béton sont particulièrement importantes. Comme le séchage se fait de la surface vers le noyau de béton, le rétrécissement créera des contraintes internes de traction près de la surface et de la compression dans le noyau, et le rétrécissement différentiel peut entraîner des fissures de déformation et de surface.

Le type et le contenu de l'agrégat influencent également le rétrécissement et le développement des fissures. Les agrégats à plus grande rigidité permettent de limiter davantage le rétrécissement, ce qui peut réduire la largeur des fissures, mais peut-être augmenter le nombre de fissures.

Facteurs environnementaux

Les variations de température provoquent une expansion et une contraction thermiques, qui peuvent provoquer des contraintes de traction et des fissures. Les chutes rapides de température sont particulièrement problématiques, car elles peuvent entraîner une contraction thermique qui dépasse la capacité de traction du béton.

Le séchage est un processus lent, et il peut prendre de nombreuses années avant que le rétrécissement final soit atteint, car la perte d'eau du béton durci est progressive. Les structures dans les climats secs subissent un séchage plus rapide et plus étendu, ce qui peut entraîner une fissuration plus sévère.

Lorsque le béton tente de se rétrécir ou de se contracter en raison du séchage ou des changements de température, toute contrainte à ce mouvement induit des contraintes de traction. La contrainte de traction induite par la contrainte de séchage est réduite avec le temps en raison de la relaxation du fluage ou de la contrainte, et les fissures se développent seulement lorsque la contrainte de traction nette atteint la résistance de traction du béton.

Base théorique de la prédiction de largeur de la fissure

La compréhension des mécanismes théoriques derrière la formation et la propagation des fissures est essentielle pour développer des méthodes de prédiction précises. Deux théories primaires ont été développées pour expliquer le comportement de la largeur des fissures dans le béton armé : la théorie des glissements de liaison et la théorie des glissements de ligne.

Théorie des obligations

La théorie du glissement de liaison a été proposée par R. Saligar en 1936 et soutient que la fissure dépend principalement de la force de liaison entre la barre d'acier et le béton; à la section de fissure, la rupture de liaison se produit entre la barre d'acier et le béton, et lorsque la barre d'acier s'allonge, le béton rebondit et produit un glissement relatif.

Selon cette théorie, la largeur de la fissure est essentiellement égale au glissement relatif entre la barre de renforcement et le béton environnant à l'emplacement de la fissure. La contrainte de liaison entre l'acier et le béton varie le long de la barre, étant la plus élevée à l'emplacement de la fissure et diminuant avec la distance de la fissure. Cette variation de la contrainte de liaison provoque le mouvement différentiel qui se manifeste comme largeur de fissure à la surface du béton.

Théorie sans glissement

La théorie de la non-dérapage a été établie dans les années 1960 et suppose que la largeur de fissure sur la surface de la barre d'acier est nulle, en utilisant le gradient de déformation de la barre d'acier de section fissurée à la surface de la structure comme mécanisme de calcul de la fissure, et la méthode de la théorie élastique peut être utilisée pour calculer la différence de déformation entre la barre d'acier et une certaine position pour déterminer la largeur de fissure à cette position.

Cette théorie suppose que, dans la plage de largeur de fissure admissible, on peut ignorer le glissement relatif entre les barres de renfort déformées et le béton. La largeur de fissure est calculée en fonction du gradient de déformation qui se développe du niveau de renforcement à la surface du béton. Cette approche reconnaît que le béton entourant le renforcement subit des niveaux de déformation variables, la contrainte maximale se produisant au niveau de renforcement et diminuant vers la surface.

Développement des équations de largeur de la fissure

L'équation de Gergely-Lutz a été développée en 1968 par l'analyse statistique des données d'essai de fissures de six groupes de membres flexuraux pour déterminer l'importance de chaque facteur d'influence, avec les principaux facteurs qui déterminent la largeur de fissure, y compris l'épaisseur du revêtement en béton, la surface efficace de section transversale du béton ténistique, le nombre de barres d'acier, le gradient de déformation de la barre d'acier au bord de traction de la section, et le stress de la barre d'acier, parmi lesquels le stress de la barre d'acier est le facteur le plus important.

Ces équations intègrent généralement des paramètres tels que la contrainte en acier, le revêtement en béton, l'espacement des barres et la zone de tension efficace du béton entourant chaque barre. Les coefficients de ces équations sont dérivés de l'analyse de régression des données expérimentales, assurant que les prédictions correspondent raisonnablement aux largeurs de fissure observées dans les spécimens testés.

Méthodes de calcul de la largeur de la fissure

L'ACI 224R et les documents connexes présentent plusieurs méthodes de calcul et de contrôle de la largeur des fissures dans les structures en béton armé, allant du calcul de la largeur des fissures à la commande indirecte en passant par les limites d'espacement.

Calcul de la largeur de la fissure directe

Les méthodes de calcul direct tentent de prédire la largeur réelle de fissure qui se développera dans les conditions de charge de service. Ces calculs consistent généralement à déterminer la contrainte dans le renforcement et le béton, puis à utiliser des équations empiriques pour estimer la largeur de fissure résultante à la surface du béton.

L'approche générale comporte plusieurs étapes. Premièrement, le moment ou la force de charge de service est déterminé en fonction de charges non-facturées. Ensuite, la contrainte dans le renforcement à l'emplacement de la fissure est calculée à l'aide d'une analyse de section transformée ou d'autres méthodes appropriées. La contrainte de renforcement est ensuite calculée à partir du module d'élasticité de l'acier.

Une forme simplifiée de calcul de la largeur de fissure peut être exprimée comme reliant la largeur de fissure à la différence de contrainte entre le renforcement et le béton, multipliée par une longueur caractéristique qui dépend de l'espacement et de la distribution du renforcement. La formulation spécifique varie selon le code ou la ligne directrice qui est suivie, mais le principe fondamental reste cohérent entre les différentes approches.

ACI 318 Approche de l'espacement

Actuellement, les exigences de l'ACI 318-14 reposent sur la croyance qu'il peut être trompeur de calculer des largeurs de fissure explicites, compte tenu de la variabilité inhérente à la fissuration, et la base de conception a été changée ces dernières années en postulat que la largeur de fissure n'est pas directement liée à la durabilité à long terme, la profondeur du couvercle et la qualité du béton étant plus importantes, car il peut être trompeur d'utiliser une méthode de conception qui vise à calculer efficacement les largeurs de fissure.

La commande de la fissure est réalisée dans l'ACI 318 par l'utilisation d'un critère d'espacement pour le renforcement de l'acier basé sur la contrainte dans les conditions de service et le recouvrement clair des barres.Cette approche reconnaît les difficultés pratiques et les incertitudes inhérentes à la prédiction de la largeur exacte des fissures et se concentre plutôt sur le contrôle des paramètres connus pour influencer la fissure.

La méthode de limitation de l'espacement permet un espacement maximal entre les barres de renforcement en fonction de la contrainte en acier calculée aux charges de service et du revêtement en béton. En limitant l'espacement des barres, la méthode garantit que les fissures sont distribuées et que leur largeur reste dans des limites acceptables sans nécessiter de calculs explicites de la largeur de la fissure.

Paramètres dans les équations de largeur de la fissure

Quelle que soit la méthode de calcul utilisée, plusieurs paramètres clés apparaissent de façon constante dans les équations de prédiction de la largeur de fissure:

  • Contrainte à l'acier (fs):[ La contrainte dans le renforcement aux charges de service, généralement calculée sur la base de moments ou de forces non-facturés.
  • Couverture en béton (dc ou cc): La distance entre le centre de la barre de renforcement et la surface du béton la plus proche.
  • L'espacement des barres:[La distance centre-centre entre les barres de renforcement adjacentes. L'espacement plus étroit favorise une meilleure distribution des fissures et réduit les fissures individuelles.
  • Zone de tension efficace (A):[ La zone de tension du béton entourant chaque barre de renforcement, qui influence la propagation des fissures de la barre à la surface.
  • Diamètre de la barre (db):Diamètre des barres d'armature, qui affecte les caractéristiques de liaison et la distribution des fissures.
  • Facteur de bêta (β): Un coefficient qui explique le gradient de déformation du niveau de renforcement à la fibre de tension extrême, particulièrement important dans les membres flexuraux.

Calcul du stress en acier aux charges de service

La détermination précise de la contrainte en acier dans des conditions de charge de service est cruciale pour la prédiction de la largeur de fissure. Le calcul commence généralement par déterminer le moment de fissuration de la section, qui est le moment où la résistance à la traction du béton est d'abord dépassée.

Une fois la fissure effectuée, le comportement de la section change considérablement. L'analyse de la section craquée nécessite de déterminer la profondeur de l'axe neutre et le moment d'inertie de la section transformée craquée. La contrainte en acier peut ensuite être calculée en utilisant la relation entre le moment de service appliqué, les propriétés de la section craquée et la distance entre l'axe neutre et le renforcement.

Pour les besoins de la conception, de nombreux codes permettent d'estimer la contrainte en acier aux deux tiers de la résistance au rendement, ce qui permet une approche simplifiée qui évite une analyse détaillée de la charge de service.

Application à différents éléments structurels

Les principes de calcul et de contrôle de la largeur de fissure s'appliquent à divers types d'éléments en béton armé, bien que des considérations spécifiques puissent varier selon la forme structurale et les conditions de chargement.

Membres flexibles (poires et labos à une seule voie)

Les éléments flexibles tels que les poutres et les dalles unidirectionnelles développent des fissures perpendiculaires à la direction des contraintes de traction causées par les moments de flexion. La largeur de la fissure à la face de tension est d'une importance primordiale, car c'est là que se produisent généralement les fissures les plus larges et où elles sont les plus visibles.

Le comportement de fissuration dans les plaques à sens unique (rapport de profondeur de la travée 15 à 20) est similaire à celui des poutres peu profondes, et pour les plaques à sens unique dont le revêtement en béton est clair dépasse 25,4 mm (1 po), l'équation de largeur de fissure peut être appliquée correctement si β = 1,25 à 1,35.

Dans les membres flexibles, la distribution du renfort est particulièrement importante. Le renforcement du bas dans les poutres simplement supportées ou le renforcement du haut sur les supports dans les membres continus doit être correctement espacé pour assurer un contrôle adéquat de la fissure.

Plaques et lames à deux voies

Les dalles bidirectionnelles présentent une complexité supplémentaire car la fissuration peut se produire dans de multiples directions selon la distribution du moment. Le renforcement doit être correctement réparti dans les deux directions pour contrôler efficacement la fissuration. Les principes de calcul de la largeur de la fissure restent similaires, mais l'analyse doit tenir compte de l'état de contrainte biaxiale et de l'interaction entre le renforcement dans des directions perpendiculaires.

Dans les plaques plates et les plaques plates, une attention particulière doit être accordée aux régions de la bande de colonne où les moments négatifs sont les plus élevés. Ces zones sont sujettes à des fissures sur la surface supérieure, qui peuvent être problématiques esthétiquement dans les soffits exposés et peuvent affecter la durabilité si elles ne sont pas correctement contrôlées.

Membres en tension directe

Un rapport distinct du Comité 224 de l'ACI (ACI 224R) porte sur la maîtrise de la fissuration dans les éléments en béton en général, mais ne contient qu'une brève référence à la fissuration de tension, tandis que l'ACI 224.2R traite spécifiquement de la fissuration dans les éléments soumis à une tension directe.

Les équations peuvent être utilisées pour prédire la largeur maximale probable de la fissure dans les éléments de traction complètement fendus, bien que, comme pour les éléments de flexion, il y ait une grande variabilité dans la largeur maximale de la fissure.

Les éléments de tension sont par exemple les poutres de liaison, les accords de tension dans les fermes, les murs ou les dalles soumis à un rétrécissement ou des mouvements thermiques. Le calcul de la largeur de fissure pour les éléments de tension est généralement plus simple que pour les éléments de flexion parce que la répartition de la contrainte est plus uniforme, mais les conséquences d'un contrôle inadéquat de la fissure peuvent être graves.

Perles profondes et régions perturbées

Les faisceaux profonds et les autres régions perturbées (régions D) où les sections planes ne restent pas planes nécessitent une attention particulière pour le contrôle de la fissure. La répartition des contraintes dans ces régions est complexe, et la théorie des faisceaux simples ne s'applique pas. La modélisation de la chaîne est souvent utilisée pour la conception de la résistance, mais la commande de la fissure nécessite toujours une attention pour les détails de renforcement.

Le renforcement réparti dans les directions horizontale et verticale est généralement nécessaire dans les poutres profondes pour contrôler la fissuration dans toute la région du web. Les équations de prédiction de la largeur de fissure développées pour les poutres normales peuvent ne pas être directement applicables, et le jugement technique combiné avec les pratiques de détail appropriées devient particulièrement important.

Membres précontraints en béton

Les éléments de béton précontraint sont conçus pour rester non craqués ou pour avoir une fissure limitée sous les charges de service. Lorsqu'une fissure se produit dans des éléments partiellement précontraints, le calcul de la largeur de la fissure doit tenir compte des effets de la précontraint, y compris la contrainte de traction réduite dans le béton et la présence de renforts précontraints et non précontraints.

La largeur de la fissure dans les éléments précontraints est généralement plus petite que dans les éléments comparables en béton armé en raison de la précontraint compressif qui doit être surmonté avant que la fissure de traction se produise. Toutefois, lorsque les fissures se forment, elles peuvent être plus espacées et une distribution adéquate du renforcement non précontraint peut être nécessaire pour assurer un contrôle adéquat de la fissure.

Considérations pratiques de conception pour le contrôle de la fissure

Bien que les calculs de la largeur de la fissure fournissent un guide quantitatif précieux, un contrôle efficace de la fissure dans la pratique exige une attention particulière à de nombreux détails de conception et de construction qui vont au-delà des calculs simples.

Exigences minimales en matière de renforcement

La quantité minimale et l'espacement des renforts à utiliser dans les planchers de structure, les dalles de toit et les murs pour contrôler la fissuration de la température et du rétrécissement sont indiqués dans l'ACI 318 ou dans l'ACI 350R. Ces exigences minimales de renforcement garantissent que même lorsque des fissures se produisent en raison de la fissuration, de changements de température ou d'autres effets, les fissures seront bien réparties et de largeur limitée.

Le renforcement minimal est particulièrement important dans les membres où le renforcement primaire est concentré dans des endroits spécifiques, laissant d'autres zones vulnérables à des fissures incontrôlées. Le renforcement de la température et du rétrécissement dans les dalles, le renforcement de la distribution dans les dalles à sens unique et le renforcement de la peau dans les poutres profondes servent tous à contrôler les fissures dans les régions éloignées du renforcement flexural principal.

Renforcement Distribution et Spacing

La distribution du renfort dans toute la zone de tension est souvent plus importante que la quantité totale d'acier fournie. Plusieurs barres plus petites réparties sur la largeur d'un membre assurent un meilleur contrôle des fissures que moins de barres plus grandes ayant la même surface totale.

Les limites maximales d'espacement dans les codes servent à assurer une distribution adéquate.Ces limites varient généralement en fonction de l'état d'exposition et du niveau de contrainte dans le renforcement.

Exigences relatives au revêtement en béton

Le revêtement en béton sert à de multiples fins, notamment la protection contre l'incendie, la corrosion et le développement de liaisons. Dans la perspective du contrôle des fissures, la relation entre le revêtement et la largeur de la fissure est complexe.

La profondeur optimale de la couverture doit équilibrer ces considérations concurrentes.Les exigences minimales de couverture spécifiées par le code sont fondées principalement sur les besoins en durabilité et en protection contre l'incendie, mais les concepteurs devraient être conscients que l'augmentation de la couverture au-delà du minimum peut nécessiter un espacement plus étroit des barres ou d'autres mesures pour maintenir une largeur de fissure acceptable.

Contrôle des effets de rétrécissement et de température

L'ACI 224R-01 affirme que la fissuration due au rétrécissement des cheveux ne peut jamais être éliminée dans la plupart des structures. Cependant, la gravité de la fissuration des cheveux peut être réduite au minimum par des méthodes de conception et de construction appropriées.

Le béton peut résister à des tensions plus élevées si la contrainte est appliquée lentement; il est donc souhaitable d'éviter un séchage rapide du béton, qui peut être atteint en utilisant des composés de durcissement, même après le séchage de l'eau. Le durcissement approprié est l'une des mesures les plus efficaces pour contrôler la fissuration du rétrécissement, car il permet au béton de gagner en résistance avant que le rétrécissement significatif du séchage ne se produise.

La conception de mélanges de béton joue également un rôle crucial dans la maîtrise du rétrécissement. L'utilisation de ratios de ciment d'eau plus faibles, l'incorporation de matériaux cémentifs supplémentaires, la sélection d'agrégats présentant des caractéristiques de rétrécissement faibles et l'élimination d'une teneur excessive en ciment contribuent à réduire le potentiel de rétrécissement.

Les joints de contrôle correctement situés et détaillés fournissent des emplacements prédéterminés pour former des fissures, empêchant ainsi toute fissure aléatoire dans toute la structure. L'espacement des joints de contrôle devrait être basé sur le rétrécissement prévu, le degré de retenue et le renforcement fourni.

Pratiques de construction

Même si la conception est adéquate, les mauvaises pratiques de construction peuvent entraîner des fissures excessives.

  • Placement et consolidation de béton de profil :[ Une consolidation inadéquate peut créer des vides et des plans faibles qui favorisent la fissuration.
  • Cure de l'adéquat : Un traitement insuffisant permet une perte rapide d'humidité et peut entraîner une grande fissure de surface.Le traitement doit être maintenu pendant une durée adéquate, généralement au moins sept jours pour le béton normal.
  • Protection contre les changements rapides de température: Protéger le béton frais des températures extrêmes, du vent et du soleil direct aide à prévenir les fissures de retrait plastique et réduit les contraintes thermiques en début d'âge.
  • Construction d'articulations de proper: Les joints de commande, les joints de construction et les joints d'expansion doivent être correctement formés et situés pour fonctionner comme prévu.
  • Éviter une contrainte excessive:[ Supprimer le coffrage à des moments appropriés et éviter les connexions rigides aux structures existantes jusqu'à ce que le béton ait subi la plus grande partie de son retrait précoce peut réduire la fissuration induite par la contrainte.

Comparaison avec les normes internationales

Bien que l'ACI 224R fournisse des directives complètes pour la lutte contre les fissures en Amérique du Nord, il est utile de comprendre comment ces recommandations se comparent aux normes internationales, en particulier l'Eurocode 2, qui est largement utilisé en Europe et dans de nombreuses autres régions du monde.

Approche Eurocode 2

Eurocode 2 fournit une expression pour calculer la largeur de fissure lorsque la largeur de fissure prévue est égale à l'espacement maximal de fissure multiplié par la différence entre la déformation moyenne dans le renforcement et la déformation moyenne dans le béton entre les fissures, avec seulement la déformation supplémentaire au-delà de l'état de déformation nulle du béton au même niveau étant considéré.

L'approche Eurocode est plus explicite en termes de calcul que les dispositions actuelles de l'ACI 318, qui exigent un calcul direct de la largeur de fissure attendue plutôt que de se fonder principalement sur des limites d'espacement.

Différences dans les largeurs autorisées de la fissure

Il n'existe pas de consensus sur la largeur maximale de fissure, puisque la largeur maximale admissible de fissure dans les éléments en béton armé exposés aux produits chimiques de dégivrage est de 0,18 mm par le Comité 224 de l'ACI et de 0,3 mm par Eurocode 2.

La recommandation plus conservatrice de l'ACI pour l'exposition chimique au dégivrage reflète l'expérience nord-américaine avec des conditions de gel et de dégel sévères combinées avec une application de sel lourd.

Différences philosophiques

L'évolution des dispositions relatives au contrôle des fissures dans différents codes reflète les débats en cours sur l'approche la plus efficace pour assurer la durabilité. La tendance récente de l'ACI 318, loin des calculs explicites de la largeur des fissures vers les dispositions basées sur l'espacement, est la reconnaissance que la largeur des fissures à elle seule n'est pas un prédicteur fiable de la durabilité à long terme et que la variabilité inhérente aux fissures rend difficile les prévisions précises.

En revanche, Eurocode 2 maintient une approche plus exigeante en calcul, exigeant des ingénieurs qu'ils vérifient explicitement que les largeurs calculées de fissure restent dans les limites spécifiées. Les deux approches peuvent être efficaces lorsqu'elles sont correctement appliquées et la compréhension des principes qui sous-tendent chacune offre aux ingénieurs une perspective plus complète sur le contrôle des fissures.

Sujets avancés dans l'analyse de largeur de la fissure

Effets sur le temps

La largeur des fissures n'est pas statique, mais peut changer au fil du temps en raison de divers effets dépendants du temps. La couche de béton sous contrainte prolongée peut provoquer une redistribution du stress entre le béton et le renforcement, ce qui peut affecter la largeur des fissures.

La corrosion du renfort, si elle se produit, peut entraîner une augmentation significative des fissures, car les produits rouilleux occupent un volume plus important que l'acier d'origine.

Effet de l'historique de chargement

La charge initiale aux niveaux de service provoque la formation et l'ouverture de fissures. Lors du déchargement, les fissures peuvent se fermer partiellement mais généralement ne se ferment pas complètement en raison de déformations résiduelles et de la formation de débris dans la fissure.

La charge cyclique, telle que celle subie par les structures de ponts sous la circulation, peut entraîner des effets de fatigue qui influent sur la propagation des fissures. Bien que les largeurs de fissure sous les charges statiques de service puissent être acceptables, l'ouverture et la fermeture cycliques des fissures peuvent accélérer la détérioration et doivent être envisagées dans les structures soumises à un cycle de charge important.

Étouffement de tension

Le raidissement de la tension désigne la contribution du béton dans la tension entre les fissures à la rigidité globale d'un élément de béton armé. Même après la fissuration, le béton entre les fissures continue de supporter une certaine tension par le biais du renforcement.

Le raidissement de tension est le plus significatif à des niveaux de charge faibles peu après la première fissuration et diminue à mesure que la charge augmente et que les fissures se forment. L'effet diminue également au fil du temps en raison du fluage et du rétrécissement.

Variabilité et considérations statistiques

Même lors d'essais de laboratoire soigneusement contrôlés, la largeur des fissures peut varier de façon significative entre des spécimens nominalement identiques. Cette variabilité provient de nombreuses sources, notamment des variations de la résistance à la traction du béton, des conditions de liaison locales et de la nature aléatoire de la formation de fissures.

Les ingénieurs devraient reconnaître que les largeurs maximales de fissures réelles peuvent dépasser les valeurs prévues de 30 % ou plus en raison de cette variabilité inhérente. Les dispositions de conception comprennent généralement des facteurs de sécurité implicites pour tenir compte de cette incertitude.

Considérations particulières pour des demandes particulières

Structures de rétention d'eau

Les structures de rétention d'eau telles que les réservoirs, les réservoirs et les piscines nécessitent un contrôle particulièrement rigoureux des fissures pour éviter les fuites. La largeur maximale de fissure recommandée de 0,004 pouce (0,10 mm) pour ces structures reflète la nécessité de maintenir l'étanchéité à l'eau et de prévenir la corrosion.

Outre le contrôle de la largeur des fissures par le biais de la précision des renforts, les structures de rétention d'eau utilisent souvent d'autres mesures, comme la post-tension pour maintenir la compression dans le béton, l'utilisation de béton compensant les retraits pour réduire les fissures de retrait et l'application de membranes ou de revêtements étanches pour fournir une protection supplémentaire contre les fuites.

Ponts

Aux États-Unis, la fissuration du pont est un problème courant et affecte la durabilité et la durée de vie des ponts en béton armé, avec des inspections physiques de ponts à trois travées en dalle structurale dans l'Ohio révélant des fissures de plus de 3.2 mm (3.2 mm) dont la largeur dépasse de loin les limites recommandées pour les structures exposées aux produits chimiques de dégivrage.

Les ponts sont soumis à des conditions particulièrement sévères, notamment les charges de circulation élevées, l'exposition au sel de dégivrage, les cycles de gel-dégel et les contraintes des poutres de support. Le contrôle efficace des fissures dans les ponts nécessite une attention particulière aux détails de renforcement, à la qualité du béton, au durcissement approprié et aux pratiques de construction.

Structures de stationnement

Les structures de stationnement sont confrontées à des défis semblables aux ponts, avec une exposition aux sels de dégivrage, aux cycles de gel-dégel et aux charges des véhicules. Les surfaces horizontales des ponts de stationnement sont particulièrement vulnérables aux fissures et à la corrosion subséquente.

En plus de la maîtrise des fissures par le renforcement des détails, les structures de stationnement bénéficient de mesures de protection telles que des scellements, des superpositions et des membranes d'étanchéité.

Structures marines

Les structures exposées à l'eau de mer ou à l'eau de mer sont exposées à des conditions extrêmement agressives en raison de la forte teneur en chlorure de l'eau de mer combinée à des cycles humides et secs.

Les structures marines nécessitent un béton de haute qualité à faible perméabilité, avec une profondeur de couverture adéquate, en plus d'un contrôle de fissure approprié. L'utilisation de matériaux cimentaires supplémentaires tels que les cendres volantes ou le ciment de laitier peut améliorer de façon significative la résistance à la pénétration du chlorure.

Évaluation et réparation des structures existantes

Lors de l'évaluation des structures existantes, les ingénieurs doivent déterminer si la largeur des fissures observées indique une détresse structurelle ou simplement une fissuration normale de l'état de service.

Évaluation de la fissure

Les fissures flexurales perpendiculaires à l'axe de la membrure dans les régions à grand moment sont généralement attendues et acceptables si leurs largeurs sont dans les limites recommandées. Les fissures diagonales peuvent indiquer une détresse au cisaillement et nécessitent une évaluation minutieuse.

La carte aléatoire de la fissure sur les surfaces indique généralement le rétrécissement plastique ou la réaction alcali-agrégée plutôt que la détresse structurelle. La fissure de motif dans les plaques peut résulter d'un rétrécissement restreint ou des mouvements thermiques.

Surveillance des fissures

Pour les fissures qui peuvent indiquer une détresse structurale continue, la surveillance des variations de largeur de fissures au fil du temps fournit des informations précieuses. Des moniteurs de fissures simples ou des instruments plus sophistiqués peuvent suivre si les fissures sont stables, s'élargissent ou se ferment.

Méthodes de réparation

La méthode de réparation appropriée dépend de la largeur, de la cause et de la signification de la structure. Les fissures dormantes peuvent être scellées par injection d'époxy ou de polyuréthane pour empêcher l'infiltration d'humidité et de chlorure.

Pour les fissures indiquant une détresse structurelle, il peut être nécessaire de renforcer en plus de réparer les fissures, ce qui pourrait impliquer d'ajouter un renforcement externe, un renforcement post-tensionnel ou un renforcement en polymères renforcé par des fibres.

Orientations futures et besoins en matière de recherche

Bien que les méthodes actuelles de prédiction de la largeur de fissure et les dispositions de contrôle soient généralement efficaces, les recherches en cours continuent de nous faire mieux comprendre le comportement de fissuration et de développer des approches améliorées.

Béton à haute résistance et haute performance

Les bétons modernes à haute résistance et à haute performance ont des caractéristiques de fissuration différentes de celles du béton conventionnel. Leur plus haut module d'élasticité et leur comportement de rétrécissement différent peuvent nécessiter des modifications aux équations de prédiction de la largeur de fissure traditionnelles.

Autres matériaux de renforcement

Le renforcement renforcé par les fibres de polymères (FRP) et d'autres matériaux de renforcement non métalliques ont des propriétés mécaniques différentes de celles de l'acier, notamment un module d'élasticité plus faible et aucune préoccupation de corrosion. Ces différences affectent le comportement de fissuration et exigent des approches modifiées de contrôle des fissures.

Béton renforcé par fibre

Les échantillons d'essai à fibre présentaient des charges de fissuration plus élevées, des largeurs de fissure plus petites, des déformations plus petites à l'échelle moyenne et des charges de rupture plus élevées que les échantillons identiques sans fibre, et l'ajout de fibres au béton sans changement aux détails de renforcement en acier interne devrait réduire la gravité et l'étendue des fissures dans les ponts en béton armé, ce qui démontre que l'ajout de fibres améliore la résistance aux fissures.

L'ajout de fibres discrètes au béton peut améliorer significativement le contrôle des fissures en traversant les fissures et en distribuant les fissures de façon plus uniforme. La recherche continue sur l'optimisation des types de fibres, des dosages et des combinaisons avec le renforcement conventionnel pour obtenir un meilleur contrôle des fissures et la durabilité.

Modélisation informatique

L'analyse avancée des éléments finis et d'autres méthodes de calcul sont de plus en plus utilisées pour modéliser le comportement de fissuration dans les structures en béton. Ces outils peuvent expliquer la géométrie complexe, les conditions de chargement et le comportement matériel qui sont difficiles à traiter avec des calculs à main simplifiés.

Mise en œuvre pratique et documentation

Pour réussir, il faut non seulement des calculs de conception appropriés, mais aussi une communication claire des exigences et une vérification qu'elles sont respectées pendant la construction.

Documentation de conception

Les documents de construction devraient préciser clairement les exigences de contrôle des fissures, y compris l'espacement maximal des barres, les rapports de renforcement minimum, les exigences de qualité du béton et toute disposition spéciale pour le contrôle des fissures.

Pour les applications critiques, les calculs de conception démontrant la conformité aux limites de largeur de fissure devraient être inclus dans la documentation du projet, ce qui permet de consigner l'intention de conception et de faciliter l'évaluation future en cas de problèmes de fissure.

Inspection de la construction

L'inspection sur le terrain devrait vérifier que le renforcement est placé de façon détaillée, avec un espacement approprié, un couvercle et un support. Les écarts qui pourraient affecter le contrôle des fissures devraient être identifiés et pris en compte avant le placement du béton.

Évaluation après la construction

Après la construction, l'inspection périodique peut identifier toute fissure qui dépasse les limites acceptables. L'identification précoce des problèmes permet de réparer rapidement avant que la détérioration importante ne se produise.

Conclusion

Il est essentiel de calculer et de contrôler la largeur des fissures dans les éléments en béton armé pour assurer des structures durables et utilisables qui fonctionnent de façon satisfaisante tout au long de leur durée de vie prévue.

Pour réussir le contrôle des fissures, il faut comprendre les multiples facteurs qui influent sur les fissures, notamment les caractéristiques du renforcement, les propriétés du béton, les conditions de chargement et l'exposition environnementale.

L'évolution des dispositions relatives au contrôle des fissures dans les codes et les normes reflète le perfectionnement continu de notre compréhension de la relation entre la largeur de la fissure et la durabilité à long terme.

Les ingénieurs devraient aborder le contrôle des fissures dans une perspective globale qui tient compte non seulement des largeurs de fissure calculées, mais aussi du contexte plus large des performances structurales, des exigences de durabilité et des considérations pratiques de construction.

Pour plus d'informations sur le contrôle des fissures et les normes de conception structurale, les ingénieurs peuvent consulter les ressources de l'American Concrete Institute, de l'Association de ciment de Portland et d'autres organisations professionnelles vouées à la promotion de la technologie et de la pratique du béton.