Les bâtiments tel le corps humain, sont soumis à un processus permanent de dégradation physique à cause de leur usage et sous l’action de l’environnement extérieur, malgré leur aspect vraiment solide, leurs différents composants sont très sensibles à l’action des facteurs climatiques (du soleil, de la pluie, du froid ou la chaleur) et de toutes les autres actions naturelles,
Je traiterai dans cette partie divers pathogènes qui peuvent affecter une construction, et en particulier le phénomène de la dessiccation des sols argileux et ses conséquences , étant celui que j’ai eu à traiter le plus souvent durant mon stage.
Phénomène de dessiccation des sols et conséquences :
Le phénomène de retrait – gonflement, dû aux changements de l’état hydrique des sols, est à l’origine de très nombreux désordres de fondations de bâtiments, de remblais routiers de barrages, ou d’ouvrages de soutènement..
En France, les dégâts dus aux périodes de sécheresse représentent un des premiers postes de dépense des compagnies d’assurances, après les inondations.
La nature exceptionnelle du phénomène (même si cela semble devenir assez fréquent) peut expliquer le fait que ces ouvrages aient été mal dimensionnés pour contrer les effets de cet aléa. Cependant, dans de nombreux cas, ces dégâts sont liés également à l’ignorance ou au non-respect de certaines règles de construction.
La sensibilité hydrique des argiles
Les matériaux susceptibles de gonfler (et de se rétracter) sous l’action de l’eau sont les sols argileux, qu’on appelle couramment « argiles », « glaises », « marnes » ou « limons ». Ce sont des sols fins qui contiennent une proportion importante de minéraux argileux naturels. Ces sols sont collants à la main lorsqu’ils sont humides et durs quand ils sont desséchés.
Le minéral argileux est essentiellement la kaolinite, famille la plus représentée dans le sous-sol français et qui est plutôt stable structurellement. On trouve également les illites, les chlorites et les montmorillonites, ces dernières dites très « gonflantes » (très sensibles aux variations hydriques du sol). En effet, les argiles sont constituées d’un empilement de feuillets. Dans le cas des montmorillonites, ces feuillets sont plus distants que pour les autres types d’argiles. Ainsi, les montmorillonites laissent pénétrer une plus grande quantité d’eau entre ces feuillets, d’où le fait qu’elles soient plus gonflantes.
Lors de périodes de sécheresse (notamment longues ou qui se succèdent), une évaporation de forte intensité se produit, notamment dans les sols constitués de montmorillonites, entre la surface et le banc argileux, et ce jusqu’à une profondeur de 2 à 4 mètres alors que sur une saison normale, les variations de teneur en eau du sol ne perturbent son équilibre hydrique, que sur une profondeur de l’ordre de 1m.
Les variations de volume des sols dues aux modifications de la teneur en eau (de l’ordre de 30% dans les cas extrêmes) sont causées par des phénomènes de capillarité et surtout de succion dus à la végétation environnante. En effet, le pompage hydrique d’un arbre s’exerce dans un rayon égal à 1,5m sa hauteur.
Les sols argileux présentent un retrait volumique (une dizaine de centimètres) lors de l’évaporation de l’eau interstitielle. Cette diminution de volume a lieu verticalement (tassement) mais aussi horizontalement (apparition de fissures de dessiccation).
Ce retrait volumique évolue de manière linéaire en fonction de la teneur en eau Wnat jusqu’à une teneur en eau Ws définie comme la limite de retrait. A partir de cette limite Ws, le sol perd de l’eau sans grande variation de volume, il se désature : les vides du sol perdent leur eau et se remplissent alors d’air.
Le tassement différentiel et les désordres engendrés
Les mouvements du sol qui sont à l’origine des désordres aux constructions pendant une sécheresse intense sont dus essentiellement aux diminutions de teneur en eau. Plus exactement, ce sont les tassements différentiels du sol qui provoquent ces désordres : une partie de la maison « descend » plus que l’autre.
Les semelles de fondations ont pour fonction de diffuser les charges du bâtiment (poids des matériaux et charge d’exploitation) dans le sol, jusqu’à une profondeur qui n’excède pas, en principe, 4 mètres sous le niveau d’assise ; dans le cas général, elles sont dimensionnées pour être hors-gel, c’est-à-dire entre 0,60 et 0,80 m de profondeur suivant les régions.
Si, à la profondeur des semelles, le terrain est constitué d’éléments rocheux (calcaire…), aucun incident grave n’est à craindre puisque cette partie du sol ne sera pas concernée par d’éventuels tassements en raison de son insensibilité aux variations hydriques du sol. Si par contre une couche de sol fin argileux se trouve intercalée, le pavillon court le risque de subir des mouvements générateurs de désordres :
- Dans le cas d’une sécheresse, nous avons vu que du fait de l’évaporation de l’eau, l’argile connaît un phénomène de retrait qui va causer un tassement (vertical) et que par la présence d’autres points durs (moins sujets à un tassement), cela sera à l’origine d’un tassement différentiel .
- Lors d’une période climatique normale, en dehors de toute incidence de sécheresse, un tassement différentiel apparaît lorsque les charges transmises par la construction ne sont pas bien réparties d’un point d’appui à un autre. Ajouté à la présence d’une argile « jeune » (temps géologique) donc compressible, on aboutira inéluctablement à un tassement différentiel néfaste à la structure.
Dans les deux cas, à cause de la modification de l’équilibre initial, des fissures (voire lézardes) apparaîtront : en diagonale ou en escalier comme on le verra après, des fissures horizontales sous les chaînages[1] des planchers, voire verticales au droit des changements de matériaux.
On les retrouve à la fois sur les murs de refend[2] , les murs porteurs extérieurs et sur les cloisons. Elles affectent toute l’épaisseur du mur et peuvent conduire à des infiltrations d’eau. En général, ces fissures sont comprises entre 0,5 et 2 mm ce qui est loin d’être négligeable pour un bâtiment.
De plus, ces tassements peuvent provoquer l’affaissement du dallage lorsque le remblai sous celui-ci n’est pas de très bonne qualité.
Outre ces désordres dans le gros œuvre, on peut apercevoir sur le second œuvre des distorsions des ouvertures qui vont gêner voire empêcher le bon fonctionnement des portes et fenêtres.
La fissuration de carreaux ou dans les joints de carrelage, due à leur mise en compression par les murs porteurs perpendiculaires à la fissure, est souvent moins impressionnante que les désordres extérieurs, mais elle est très caractéristique des tassements de terrain.
Certaines parties de la maison auront donc la possibilité de descendre plus que d’autres, ceci n’étant pas possible puisqu’une maison est généralement un ensemble lié (hors joints de dilatation), des contraintes importantes vont se générer et ainsi créer de nombreux désordres: des fissures pouvant conduire jusqu’à une instabilité de la structure pour les cas les plus extrêmes.
De plus, dans le cas d’un bâtiment sur radier[3], la seule présence du bâtiment constitue un écran à l’évaporation, d’où une dessiccation moins importante au niveau de la partie centrale qu’en périphérie.
On pourra noter la forme des fissures « en escalier », qui suivent les joints de maçonnerie : ceci est caractéristique d’un tassement différentiel du fait du dévers d’une partie de la structure par rapport à une autre.
Les tassements différentiels peuvent atteindre plusieurs centimètres (10 cm dans de rares cas, ce qui est assez conséquent pour une maison). Le retrait des sols peut supprimer localement le contact entre la fondation et le terrain d’assise d’où l’apparition de vides et des concentrations de contraintes forcément néfastes à la structure car les fondations n’avaient peut-être pas été dimensionnées pour supporter cette surcharge.
Certains éléments aggravent ce phénomène d’hétérogénéité de tassement du fait que l’eau ne s’évaporera pas de manière uniforme tout autour de la maison.
En effet, il se peut qu’une terrasse borde un côté de la maison empêchant ainsi l’eau de s’évaporer. Des arbres peuvent absorber de grandes quantités d’eau en période de sécheresse. Inversement, une conduite d’eau fuyarde pourra surhydrater une partie des sols d’assises.
Il existe donc de nombreuses raisons expliquant pourquoi le sol ne se tasse pas de manière homogène ce qui créer des tassements différentiels et donc des désordres.
Face à ces tassements différentiels, le comportement de la structure dépend de ses possibilités de déformation : une structure parfaitement rigide (cas extrême), avec des éléments horizontaux et verticaux en béton armé, suffisamment ferraillés, peut résister sans dommage aux mouvements du sol grâce à une nouvelle répartition des efforts. Dans les bâtiments courants, la structure ne peut supporter sans désordres les mouvements différentiels des sols de fondation et les flexions parasites résultantes que jusqu’à un certain seuil (distorsion de l’ordre de 1/500).
On peut noter également, qu’un bâtiment sur vide sanitaire sera moins enclin à ce type de désordre qu’un autre sur radier général. En effet, dans le cas du vide sanitaire, seules les semelles du bâtiment sont en appui sur le sol : il y a donc moins de surface susceptible de subir un tassement donc « moins de tassements différentiels possibles ».
Une enquête de l’Agence Qualité Construction et le CEBTP (1990-1991), (période de forte sécheresse) qui a portée respectivement sur 356 et 412 constructions sinistrées, montre que l’exemple type de la construction sinistrée par la sécheresse est :
- une maison individuelle.
- à simple rez-de-chaussée et avec dallage sur terre-plein
- fondée sur semelles continues, peu ou non armées, peu profondes (40 à 80 cm) et reposant sur un sol argileux
- avec une structure en maçonnerie, sans chaînage horizontal.
Réf : http://membres.multimania.fr/isacisco/aleasecheresse.htm
Le phénomène de retrait du sol suite aux périodes de sécheresses représente donc une véritable pathologie du bâtiment. Cependant, il faut savoir reconnaître les cas où les fissures sont réellement dues à ce phénomène pour envisager les travaux spécifiques à celui-ci et faire en sorte que le sinistré se fasse aider financièrement pour la réalisation des travaux.
Les autres causes de désordres :
L’expertise devient difficile par le fait qu’il existe diverses causes possibles aux fissures des maisons. Les plus courantes sont les suivantes :
La dilatation thermique des matériaux :
Tout d’abord, la dilatation thermique des matériaux et notamment celle des poutres en bois qui constituent la charpente. En effet, ce phénomène cause quelques fois des fissures en haut des murs et au plafond.
C’est la raison la plus fréquemment utilisée pour expliquer la non implication de la sécheresse dans les fissures rencontrées. Dans quelques dossiers, le fait que la quasi-totalité des fissures soit située en haut faisait tout de suite penser que la cause de ces désordres était vraisemblablement la dilatation thermique de la charpente en bois et non le retrait – gonflement des sols d’assise. Toutefois, il ne faut pas conclure systématiquement que ces fissures en hauteur ne soient pas causées par un tassement du sol. En effet, suite à ce tassement, le mur qui s’affaisse peut provoquer des concentrations de contraintes dans la jonction entre le mur et la charpente, ce qui peut engendrer des fissures.
Autre type de fissures souvent rencontré, celle qui forme les joints entre des murs solidaires. Cette fissure se fait naturellement entre deux structures qui n’ont pas été désolidarisées par un joint de dilatation[4] (entre un ancien bâtiment et son extension par exemple). A priori, ce type de fissures pose plus un problème esthétique qu’un problème structurel. Cependant, cette erreur de construction peut engendrer des conséquences plus graves. En effet, lors d’une extension d’une maison, certains maçons ne désolidarisent pas la partie existante de l’extension. Or, dans ce cas, un tassement différentiel se produira inéluctablement car les fondations de ces deux parties n’ont pas été mises à la même profondeur et même si c’est à peu près le cas, comme tout bâtiment se tasse naturellement après sa construction, l’extension subira ce tassement alors que l’existant s’était déjà stabilisé (construit depuis plusieurs années). On constatera donc des désordres si la structure n’est pas suffisamment rigide.
Présence de végétations avoisinantes :
Par ailleurs, la présence de végétation à proximité du pavillon et le caractère non-étanche de certains regards[5] provoquent également l’apparition de fissures dans les murs. Cependant, ces deux causes sont plus difficiles à différencier du phénomène de retrait des sols dû à la sécheresse, puisqu’elles sont à l’origine aussi de tassements différentiels. En effet, certaines végétations dont les besoins en eau sont grands (chênes, peupliers…) entraînent une dessiccation des sols accélérée en période de sécheresse et par conséquent un phénomène de retrait des sols. Mais là non plus, ce cas ne permet pas à un dossier d’être pris en compte comme CATNAT. D’où un abus de langage car il s’agit aussi ici d’un phénomène de retrait des sols mais qui lui ne permet pas de classer une maison comme sinistrée CATNAT. En ce qui concerne le cas des regards fuyards, le film d’eau qui en découle provoque des excavations dans le sol et peut donc entraîner le tassement de la partie de la structure qui repose sur cette excavation.
La topographie du terrain :
La topographie du terrain, peut également influencer ce phénomène de dessiccation des sols. En effet, un terrain en pente introduit une série de dissymétries et constitue un facteur aggravant pour le comportement des fondations.
Considérons le cas où la partie côté amont est fortement enterrée alors que la partie côté aval est peu ou pas du tout enterrée. La base des fondations reposant le plus souvent sur une cote uniforme, les fondations amont sont nettement plus enterrées et donc mieux protégées des variations de teneur en eau que les fondations aval. Ceci favorise alors l’apparition de tassement différentiel. De plus, dans le cas d’une pente orientée au sud, les sols, à l’aval de la construction, sont soumis à un ensoleillement plus important que ceux à l’amont qui sont à l’ombre du bâtiment. Il se produit donc une dessiccation plus importante à l’aval, ce qui est encore plus favorable à l’apparition de tassement différentiel. A noter que cette fois-ci, le tassement différentiel qui fait suite à la dessiccation du sol, causé par la pente du terrain, permet à un dossier d’être classé CATNAT.
Les remontées capillaires
Les parois verticales sont généralement constituées de matériaux relativement poreux : pierres calcaires, briques, parpaings, plâtre.
Lorsque de l’eau ou une forte humidité vient à leur contact, elle migre dans ces matériaux par capillarité.
L’humidité peut alors s’élever dans ces parois à plusieurs mètres de hauteur.
Les principales victimes sont les constructions anciennes, elles sont fréquemment le siège de remontées capillaires en parties inférieures des parois : tâches noirâtres, moisissures, décollement des enduits et revêtements.
En effet les maçonneries anciennes ne comportent généralement pas de coupure de capillarité.
Mais les remontées capillaires ne sont pas toujours visibles, les murs anciens peuvent respirer sur leurs deux faces pour évacuer cette humidité interne.
Pour pallier ce risque il convient de réaliser une coupure de capillarité (ou arase étanche) à la base de la paroi et sur toute son épaisseur.
Le vieillissement du béton :
Les altérations du béton sont variées. Elles atteignent soit la matrice cimentaire soit les armatures, parfois les deux. Leurs origines sont très nombreuses : chaque étape depuis la formulation, jusqu’à la mise en oeuvre, mais aussi l’agressivité de l’environnement peuvent être source de dégradation.
Le positionnement des armatures, par exemple, est essentiel : en effet, si elles affleurent ou si elles sont placées trop près de la surface, leur oxydation sera favorisée, ce qui induira une dégradation du béton. En effet, une armature oxydée peut occuper jusqu’à 9 fois plus de volume que le métal initial.
De même, le béton est un produit moulé, aussi, toute imperfection du coffrage (étanchéité, aspérités traces de rouille…) laissera son empreinte dans le béton.
Les principales causes d’altération :
- La carbonatation
La carbonatation est un phénomène de vieillissement naturel qui concerne tous les bétons, elle correspond à une transformation progressive d’essentiellement un des composés du béton durci, la portlandite, en calcite au contact du dioxyde de carbone contenu dans l’air et en présence d’humidité. Cette transformation s’accompagne d’une diminution du pH (le béton sain a un pH d’environ 13, ce qui constitue un milieu protecteur pour les armatures en acier et permet la formation d’une couche d’oxydes passifs. Le pH d’un béton carbonaté est d’environ 9. A ces valeurs de pH, le film passif est détruit et la corrosion peut se développer).
- L’attaque des chlorures
Les chlorures peuvent apparaître dans le béton soit par ses constituants (granulats de mer non lavés, béton gâché à l’eau de mer, adjuvants contenant des chlorures…), soit par l’environnement ( proximité de la mer, sels de déverglaçage… ).
Lorsque ces chlorures atteignent en quantité suffisante les armatures (seuil limite en chlorures totaux : 0.65% du poids de ciment selon la norme P18-011), ils conduisent à leur dépassivation et à une plus grande sensibilité à la corrosion. Dans le cas où le béton est déjà carbonaté et que la corrosion est amorcée, les chlorures jouent un rôle de catalyseur
- L’attaque sulfatique
L’attaque sulfatique, comme l’attaque par les chlorures ne se produit que lors d’un apport suffisant en sulfates. Ces sulfates, sous forme liquide ou gazeuse, proviennent souvent de pollutions industrielles ou urbaines. Ils peuvent réagir avec certains composés du béton (notamment les aluminates), pour produire de l’ettringite secondaire, également appelée sel de Candlot ou trisulfoaluminate de calcium. Lorsqu’ils sont produits en quantité importante, ces sels à caractère expansif conduisent à un gonflement du béton et à sa fissuration. Les fissures produites sont généralement assez fines et surtout sont organisées en un réseau de mailles, on parle de faïençage.
- Le cycle gel-dégel
La transformation de l’eau en glace s’accompagne d’une augmentation de volume d’environ 9%. Cependant cette expansion de volume n’est pas la seule origine des fissures. Elle induit également des mouvements d’eau au sein de la porosité. Les pressions occasionnées par ces mouvements d’eau, lorsqu’elles dépassent la résistance en traction du béton, peuvent provoquer l’apparition de fissures.
Les dégradations se manifestent sous forme de fissurations internes ou d’écaillage et concernent essentiellement les structures horizontales (ponts, terrasses…), susceptibles d’être saturées en eau et donc plus sensibles à l’action du gel.
Chaînage : ceinturage en béton armé (ou métallique), incorporé à la construction de l’ensemble des murs d’un bâtiment pour éviter l’écartement ↑
Mur de refend : mur séparatif intérieur d’un bâtiment servant généralement à réduire les portées des pannes de charpente qui supportent la toiture. ↑
Le bâtiment repose sur une grande semelle occupant la totalité de la surface de la construction. ↑
Joint de dilatation : élément particulier de la construction en deux parties de la construction permettant le mouvement d’une partie sans en effectuer l’autre. ↑
Regard : ouvrage en maçonnerie ou en béton pratiqué dans le sol pour atteindre une canalisation. Il permet l’écoulement des Eaux Pluviales (EP), Eaux Usées (EU)… ↑