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I. Gestion des ouvrages d’art

La gestion d’un ouvrage d’art est subdivisée en trois domaines:

L’exploitation (exemple la ventilation et l’éclairage d’un tunnel, capacité portante d’un pont sous un passage d’un convoi exceptionnel)

La maintenance (surveillance et entretien ordinaire) La réparation ( mise à niveau ou renforcement)

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1. Maintenance des ouvrages d’art• Dans le cadre de la gestion des ouvrages d’art, la maintenance

occupe une position clé: seuil entre une situation normale et une situation anormale.

• Il faut avoir une répartition judicieuse des moyens attribués à la surveillance et à l’entretien afin d’éviter des réparations nécessitant des investissement financiers importants.

• Le groupe de recherche en matière de routes et de transport estime que le cout annuel de maintenance devrait s’élever annuellement à 0.7% de la valeur de remplacement des ouvrages: 0.2 % pour la surveillance et 0.5% pour l’entretien.

• Une maintenance régulière et systématique des ouvrages est donc nécessaire si l’on ne veut pas que les réparations atteignent des montants disproportionnés par rapport au capital investi lors de la construction.

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2. La surveillance • Elle a pour but de déceler à temps les défauts

ou les modifications de l’ouvrage ou de son environnement.

Elle doit permettre d’établir une planification des entretiens nécessaires.

Dans le cas normal, où l’ouvrage doit être considéré à priori comme saint et où le contrôle continu ne se justifie pas, la surveillance peut s’effectuer sous forme d’inspections:

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Inspection périodique: permet de faire une image complète de l’état de comportement de l’ouvrage. Le choix de l’intervalle de temps entre deux inspections périodiques cherchera à optimiser le cout d’inspection et à garantir la sécurité.

Pour les ponts, cet intervalle est généralement 5 ans.

Inspection de routine: conçues de manière plus simples pour permettre de déceler à temps les défauts apparents.

Elles viennent s’intercaler entre les inspections périodiques.

Inspection spécifique qui s’effectue lors d’un changement important dans l’état d’un ouvrage.

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• Les désordres dans un ouvrage apparaissent en trois catégories:

Altération des matériaux Dégradation de la structure Anomalies de comportement• Les origines de ces désordres sont: Des erreurs de conception Des erreurs de construction Des sollicitations extérieures

II. Analyse des désordres

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1. Altération des matériaux1.1 défauts et dégâts du béton• Epaufrure/cassure: fragment détaché de la masse du béton sous l’effet

d’une charge extérieure (choc de véhicule)• Cavité/ nid de gravier: absence du béton en surface ou dans l’épaisseur

du béton ( diminution de la section résistante et mise à nu des aciers)• Carbonatation: réaction de l’hydroxyde de calcium du ciment hydraté

avec le gaz carbonique contenu dans l’air ou dans l’eau qui entraine une baisse du ph de l’eau incluse dans les pores(normalement entre 12.5 et 13.5 à 8)…augmentation du risque de corrosion des armatures

• Écaillage: fine couche de mortier durci décollée de la surface …risque de mise à nu des aciers

• Perméabilité: résultat d’un compactage insuffisant….risque d’infiltration et de corrosion.

• Fissuration: sous l’effet d’efforts extérieurs(retrait; gonflement)…infiltration d’eau et corrosion

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1.2. dégâts aux aciers de construction

• Corrosion généralisée (absence ou défaut de la protection de l’acier)

• Corrosion par piqures (aspect de trous d’épingles et progressant dans l’épaisseur).

• Corrosion sous tension: caractéristiques des pièces sous tension.

• Fissuration ( contrainte trop élevée, fatigue du métal)• Rupture ou desserrage des assemblages (vibration,

fragilisation du métal, fatigue)

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2. Dégradation de la structure2.1 Déformations: Augmentation de flèche due soit au chargement soit à une

insuffisance d’inertie.Les conséquences de cette augmentation peuvent être des fissurations

de la structure, des sollicitations supplémentaires dans certains équipements, des effets dynamiques importants dans les joints.

Déformations transversales mauvaise reprise des efforts de torsion(tassement différentiel, effet de courbure…).

Les conséquences sont des désordres dans les appareils d’appui, blocage des joints de dilatation.

Dilatation sous l’effet de variations thermiques imprévues ou avec empêchement de déplacement (mauvais fonctionnement des joints).

Ce qui induit des fissurations et des dégâts dans les appareils d’appui.

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2.2 Fissuration: Insuffisance de résistance à la flexion Insuffisance de résistance à l’effort tranchant2.3 Rupture:Des parties des ouvrages peuvent se rompre, des efforts

supplémentaires se reportent sur d’autres éléments. D’où une mise en danger de tout l’ouvrage.

2.4 Fondations:Affouillement ce qui induit un risque de basculement

de l’ouvrage.Mouvement de terrain qui crée des modifications

d’appui de l’ouvrage.

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2.5 Dégradation des équipements:Les appareils d’appui: rupture des pattes de

scellement; déplacement de l’appui, écrasement ou déchirement des appuis.

Joints de dilatation corrosion , chocs de trafics lourds, eau stagnante, dilatation trop importante.

Evacuation des eaux bris de canalisation, mauvais record avec l’étanchéité du pont.

Etanchéité et revêtement les effets thermiques et dynamiques fissurent le revêtement et l’étanchéité.

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3. Dégradations de comportement

• Déformations non stabilisées.• Sollicitations non prévues(appuis et joints).• Vibrations excessives Ce qui induit des effets nuisibles sur le

comportement mécanique.

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• Le contrôle de l’ouvrage d’art se divise en 3 catégories:

Etat des matériauxEtat de l’ouvrageComportement de la structure

III. Méthodes et moyens de contrôle

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1. Etat des matériaux• Résistance du béton scléromètre (appareil mesurant le rebond d’une

masse frappant la surface du béton)• Homogénéité du béton mesure de vitesse de son(détecter les nids de

gravier, les éléments étrangers…)• Carbonatation test à la phénolphtaléine.(rouge si le pH supérieur à 9

et reste incolore si pH inférieur à 8.3)• Fissuration: control visuel ,éclairage, ressuage. Pour les structures

métalliques, on procède à une magnétoscopie (observation des perturbations du champ magnétique artificiellement crée)ou des méthodes ultra –soniques.

• Corrosion des armatures mesure du potentiel électro-chimique.(la dépassivation du métal se traduit par une augmentation de la différence de potentiel électro-chimique entre béton et acier.)

• Rupture des armatures radiographie (graphique) ou radioscopie (vidéo). Ceci demande beaucoup de temps pour traverser le béton allant jusqu’à 60 minutes pour 50 cm d’épaisseur du béton.

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2. Etat de l’ouvrage• Déformation: control visuel ou nivellement géométrique

optique.

• Mouvement des fondations : mesures géométriques et trigonométriques .

• Etanchéité: inspection visuelle(le revêtement se déforme: nid de poule); carottage(inconvénient d’être destructif); échographie(décollement de l’étanchéité); rayonnement infra-rouge(mettre en évidence une humidité sous l’étanchéité).

• Contrôle des équipements

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3. Etat de la structure

• Suivi topographique (flèche en fonction du temps)

• Mesure des pentes (clinomètre mécanique ou électrique.

• Mesure des températures (sondes thermiques noyées dans le béton).

• Suivi des réactions d’appui: soit intégration d’un dynamomètre dans l’appui soit le soulèvement pour la mesure de la force nécessaire jusqu’à libération des liaisons internes de l’appui.

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IV. Méthodes de réparation des ouvrages d’arts

Différentes technologies de réparation des ouvrages sont couramment utilisées depuis de nombreuses années.

Le traitement du béton peut faire l’objet d’opérations de ragréage par application de couches de peinture ou de mortier hydraulique ou polymérique après traitement de la poutre dégradée.

Les zones fissurées font l’objet d’injection de polymères (produit organique présentant des propriétés mécaniques intéressantes; bonne adhérence, grande souplesse de mise en œuvre).

Les différentes techniques de renforcement structurel correspondent soit à la projection de béton fibré ou non fibré ,soit au collage de tôles d’acier, soit à l’application d’une précontrainte additionnelle par câbles métalliques ou composites.

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• Le mortier époxy est un mortier dont le liant est une résine de type époxyde.

• Le produit peut se présenter sous deux formes différentes :

deux composants : une résine et un durcisseurtrois composants : une résine, un durcisseur et

une charge additionnelle.

1. Matériaux

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• Le mortier à liant hydraulique modifié est un mortier de ciment auquel est ajouté :

soit des polymères non réactifs (extrait sec compris entre 5 et 20 % en masse sèche de la teneur en ciment). Le polymère est dit non réactif quand il ne subit pas de transformation chimique durant la prise.

soit d'autres produits tels que adjuvants, fibres, ...

soit les deux de manière à en améliorer les caractéristiques.

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2. Projection:• Le mortier projeté a une épaisseur maximale de 5 cm et ses

granulats ont une dimension inférieure à 8 mm.• Le béton projeté a une épaisseur minimale de 5 cm en

l'absence d'armatures principales et de 8 cm en présence de telles armatures.

• Le principe de la projection d'un béton ou d'un mortier consiste à :

1. malaxer, homogénéiser les matériaux à l'état sec ou à l'état humide

2. les transporter par canalisation grâce à des pompes ou à de l'air comprimé

3. à projeter plus ou moins violemment, grâce à l'air comprimé, le matériau sur les supports à revêtir.

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3. Renforcement des structures:Dans le cas du collage de plats métalliques, les principaux problèmesd’ordre technologique concernent :— la mise en flexion locale des tôles au voisinage des fissuresrecouvertes ;— la répartition des efforts entre tôles dans le cas d’unempilement ;— la répartition des déformations entre les aciers passifs internesà la structure et les aciers collés extérieurement.Par ailleurs, le poids propre des tôles et leur rigidité spécifiquesrendent difficiles les conditions d’application in situEn conséquence, dès 1990, au Japon, est apparue une techniquede réparation qui substitue, aux tôles métalliques, des feuilletscomposites moins lourds, plus performants mécaniquement etplus faciles à mettre en œuvre.

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4. conception du système multicouche— rendre sain l’état de surface de la couche support

(béton) en cherchant à éliminer les fissures, soit par injection de polymère, soit par application d’un produit (mortier) de ragréage ;

— éliminer les défauts géométriques (planéité, effet d’angles) de la surface à réparer pour minimiser les problèmes ultérieurs de délaminage ou de décollement ;

— appliquer une couche de polymère (primaire) entre le support et le composite pour améliorer l’adhérence

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- appliquer un nombre de couches de matériaux composites,(fibres-polymère) suffisant pour assurer la stabilité de l’ouvrage ;

— appliquer une couche de finition pour assurer une bonne tenue à la corrosion .

— procéder à un placage de feuilles de placoplâtre ou à la projection de couches à fort taux de charges minérales pour améliorer la tenue au feu et en température du système

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Réparation d’ouvrages d’art

X Mesh Gold est un nouveau système FRCM (Fiber Reinforced Cementitous Matrix) breveté, qui introduit une innovation mondiale dans le champ des systèmes de renforcements structural à base de fibres hautes performances, appelées FRP (Fiber Reinforced Polymer).X Mesh Gold est un système constitué par une maille de fibre de Polyparaphénylène (PBO) et d'une matrice cimentaire, étudiée pour la rendre solidaire au support béton.Par ses hautes performances mécaniques propres aux composites, il dépasse les performances des procédés traditionnels avec fibre de carbone et matrice en résine époxy. Le système X Mesh Gold permet de reprendre jusqu'à 10 fois les efforts initiaux d'une structure béton.

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• Utilisations :

* Renforcement de structures en béton armé ou précontraint, y compris les structures sujettes à l'action du feu ou aux hautes températures :- Renfort au moment fléchissant,- Renfort à l'effort tranchant,- Renfort à la torsion,- Confinement des piliers avec petite excentricité,- Confinement et renforcement longitudinal de pilier avec grande excentricité.

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Préparation de la zone à traiter

• Avant de procéder à une application quelconque d’un produit de réparation, il faut enlever sur toute l’épaisseur l’ancien matériau: (brossage (brosse métallique), bouchardage(marteau à aiguille), burinage(marteau pneumatique, en profondeur), sablage à sec ou humide(projection sous pression de l’eau ou l’air de quartz ou grenaille métallique).

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Réparation de cordons de soudure défectueux

• Tout cordon de soudure est enlevé par du personnel qualifié et selon une procédure approuvée par le fonctionnaire dirigeant. En l'absence de qualification, il procède, préalablement à tout travail, à une qualification sur un assemblage représentatif du travail à réaliser.

Le travail s'effectue notamment :• au marteau pneumatique : l'outil se présente sous la forme

d'une gouge bien arrondie avec un affûtage régulier. Ce système ne peut être utilisé dans le cas de soudure fissurée.

• au chalumeau gougeur.

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• Lors de l'enlèvement d'un cordon de soudure, la matière est enlevée par couches successives. Des contrôles par ressuage ou par magnétoscopie peuvent être exigés afin de vérifier que tout défaut éventuel est bien éliminé (cas des fissures sous cordon d'angle par exemple).

• Toute réparation est réalisée avant tout traitement thermique par un opérateur qualifié.

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Remplacement d'appuis• Procédés de soulèvementLe nombre de pompes et de vérins est fonction de l'ouvrage et du schéma

hydraulique utilisé.Deux schémas distincts sont utilisés en pratique : • premier schéma : n vérins associés à une même pompeC'est le schéma classique mais qui ne s'applique pas aux ouvrages pour lesquels les

réactions diffèrent sensiblement entre les appuis d'une même ligne. En effet, à sections de vérins égales, les efforts exercés par chacun d'eux sont pratiquement identiques. Le tablier risque d'être soumis à des efforts inadmissibles.

• deuxième schéma : n vérins associés à n pompesCe schéma s'applique aux ouvrages pour lesquels les réactions diffèrent

sensiblement entre les appuis d'une même ligne.Au cours du soulèvement de la structure par paliers successifs, l'ouverture des vérins

et la pression sont réglées de manière à ce que le décalage vertical entre poutres reste toujours inférieur à la limite théorique fixée.

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Premier procédé :• le tablier est soulevé• les surfaces d'assise sont ragréées• les appuis sont posés à leur emplacement définitif • du mortier de pose est déposé sur l'appui en quantité suffisante• le tablier est redescendu• le mortier en excès est éliminé.• Une variante de ce procédé consiste à placer le mortier sur la face

d'assise inférieure et de déposer l'appui sur ce mortier. Dans ce cas, il est nécessaire de maintenir l'appui en place avant de redescendre le tablier pour s'assurer d'un parfait remplissage entre face d'assise et appui.

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deuxième procédé :• le tablier est soulevé en utilisant le schéma à n circuits

indépendants• les surfaces d'assise sont ragréées• les appuis sont posés à leur emplacement définitif • le tablier est redescendu jusqu'à 2 mm des appuis. Sa position au

droit de chaque appui est ensuite ajustée de manière à y induire les contraintes précisées dans la note de calcul

• l'espace entre tablier et appuis est ceinturé par un joint de mastic puis injecté au moyen d'une résine époxy

• après polymérisation de la résine, le système de soulèvement est ensuite enlevé.

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Réparation des joints de dilatation

• Les travaux comportent la remise en état de l'étanchéité du joint, le remplacement d'éléments dégradés et l'aménagement des abords du joint.

• Préalablement au démontage du joint de dilatation, celui-ci et ses abords sont nettoyés par élimination des débris de toutes sortes (cailloux, graviers, boulons, etc.) qui peuvent perturber le mouvement ou qui risquent de dégrader un élément de ce joint ou de ses abords.

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L'enlèvement du joint existant se fait, suivant le cas, par simple démontage ou par démolition du béton d'ancrage. Dans le second cas, il y a lieu de procéder sans détérioration des éléments structurels de l'ouvrage. La démolition du béton se fait à l'intérieur de la zone délimitée par les traits de scie dans le revêtement routier. Cette zone est indiquée sur les plans.

De plus :–la zone de travail est délimitée par des traits à la craie indélébile–la position des câbles et des ancrages de précontrainte est repérée avant de

procéder aux forages et aux démolitions–la démolition de béton à proximité de ces câbles et ancrages est interdite–les produits de démolition sont soigneusement enlevés afin d'éviter le blocage du

mouvement du tablier. Les zones d'appui ainsi que les espaces entre travées ou entre tablier et culée doivent notamment être débarrassées de tous débris

–la mise à nu des armatures existantes se fait avec le plus grand soin, afin de ne pas les endommager. Les armatures éventuellement endommagées sont remplacées aux frais de l'entrepreneur par de nouvelles armatures scellées dans le béton sain.

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Remplacement d'éléments de garde-corps et de barrières de sécurité

Deux cas sont rencontrés :–obligation de placer l'ancrage au même endroit que celui qu'il

remplace.Dans ce cas on procède par carottage autour de celui-ci.–possibilité de placer l'ancrage à côté de celui qu'il remplace.• Dans ce cas on procède soit par forage, soit par carottage.• Sauf prescriptions contraires des documents d'adjudication, la

longueur d'ancrage (et donc la profondeur du trou) est la même que celle de l'ancrage d'origine.

• Les moyens mis en œuvre pour procéder au forage ne peuvent en aucun cas altérer le béton au voisinage de l'ancrage

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Réalisation de l'ancrageLes opérations sont réalisées dans l'ordre suivant : –nettoyage et séchage des trous au moyen d'air comprimé. –introduction de la résine d'ancrage en quantité suffisante.–introduction de la tige d'ancrage.–faire tourner la tige dans la résine afin d'assurer un contact

parfait entre résine, trou et tige.–attendre 48 heures au moins avant de poser et fixer les

éléments à remplacer.

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Cas d’étudeIl s’agit d’un pont mixte horizontal d’une longueur totale de 340

m, constitué de 11 travées isostatiques de 30 m de chacune. Le tablier de 10 m de largeur est composé de trois poutrelles métalliques en P.R.S. de 1,50 m de hauteur. Ces poutrelles sont solidarisées par deux entretoises d’about, trois entretoises intermédiaires et surmontées par une dalle en béton armé.

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Son profil en travée est constitué d’une chaussée de 8 m de large encadrée par deux trottoirs de 1 m de largeur. Le support de la chaussée est formé de deux appuis en béton armé avec murs en retour et dix piles intermédiaires constituées de :

• Chevêtre de 1,20 m de largeur et 0,8 m de hauteur reposant sur trois (03) fûts circulaires de 1,0 m de diamètre. Les fondations des piles implantées dans l’Oued sont protégées par des batardeaux en palplanches métalliques.

Le béton a été dosé à 400 kg/m3 de ciment portland CPA 325 avec un rapport E/C (eau /ciment) de 0.55, 750 kg /m3 de sable roulé 0/5 et de 1100 kg/m3 de gravier 5/25 provenant des carrières de la région de Biskra.

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Désordres• De nombreux désordres ont été constatés sur cet ouvrage

principalement fissuration du béton et corrosion des armatures provoquant l’éclatement du béton d’enrobage.

• Les chevêtres des piles N° P1, P2, P3, P8, P9 et P10 sont les plus touchés. les dégradations constatées se manifestent sous les formes suivantes :

• corrosion avancée des armatures ;• détérioration du béton d’enrobage ;• fissuration multidirectionnelle du béton ;• poussée à vide des armatures d’ancrage à retour d’équerre

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Causes des désordresLes travaux de réalisation de l’ouvrage ont été exécutés entre 1983 et 1985.

En 1994, des murs cachés en parpaing plein ont été construits au dessus des sommiers des piles et les culées et ce dans le but de protéger l’ouvrage contre d’éventuels actes de sabotage.

Il a été observé que les joints de chaussées aux nivaux des trottoirs ne sont pas étanche . Ce qui a permet aux eaux de pluie de pénétrer à travers les joints de chaussées déversant sur les chevêtres où elles sont retenues temporairement par les murs cachés construits en parpaing, puis elles s’écoulent sur les fûts. Ces eaux sont retenues par les palplanches métalliques mâles conçues qui forment un réservoir.

Ila été constaté que là où il y a des signes d’écoulements les dégradations sont importantes et montrent que ces eaux sont très agressives.

Après enquête, il s’est apparut que l’augmentation de l’agressivité des eaux pluviales provient des sels chutant des camions faisant la navette entre le gisement Chat Malghigh et Biskra. La pluie permet de faire le lessivage du tablier et dissoudre le sel, l’eau salée pénètre à travers les joints inter-travées non étanches.

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Ainsi la cause principale des dégradations est l’attaque chimique par les ions de chlorure (Cl-) qui provoque la corrosion des armatures et cette dernière engendre l’éclatement du béton.

La dégradation concentrée au niveau des extrémités des chevêtres est vraisemblablement liée à la forme

en toit des chevêtres (pente transversale symétrique de 2.5 %).Le manque d’enrobage dans certains endroits et la mauvaise

qualité du béton remarquée par l’état duparement et la présence des niches de graviers ont favorisé la

corrosion des aciers.

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Elimination des causes directes Démolition des murs cachés construits sur les sommiers des supports (à faire en urgence) ; Mise en place de joints de chaussée étanches y compris dans les zones des trottoirs ; Elargissement des ouvertures des gargouilles. Découpage des palplanches métalliques qui forment une cuvette, afin d’éviter la stagnation des eaux.

Réparation

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Réparation des futs• Préparation de la surface• Piquer tout le béton détaché ou désagrégé sur toute la hauteur des fûts (y

compris les parties enterrées) jusqu’à atteindre le béton sein.• Mettre les armatures à nu en les dégageant d’au moins 2 cm tout autour ;• Débarrasser les barres d’armatures de toutes les traces de rouille par sablage ;• Rinçage et nettoyage par sablage de toute la surface du béton ;• Les barres non exposées aux jets de sables doivent être nettoyées à l’aide d’une

brosse métallique ;• Traitement des armatures corrodées par un produit anti-corrosion

généralement sous forme de kit pré-dosé composé de résine et durcisseur.• Renforcer les armatures dont la section à diminuer par le rajout de nouvelles

barres en assurant un recouvrement total à la base des fûts, si les barres existantes sont fortement corrodées ;

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Coffrage

• Le coffrage, de préférence métallique, doit être muni de cales d’espacement destinées à assurer l’enrobage des armatures avec une augmentation du diamètre des fûts de 20 cm par rapport au diamètre initial. Cette augmentation de la section à pour but de facilité le coulage du béton et de renforcer la

résistance des fûts.

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• Le remplissage des gaines se fera par un béton de latex. Les bétons de latex ne sont pas complètement étanches à la pénétration des chlorures, mais ils offrent une protection bien supérieure à celle obtenue avec des bétons courants de type B 30. Selon différents auteurs, la durée de vie pour les resurfaçages en béton de latex (réparation) serait d’au moins quinze à vingt ans.

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Chevêtres• Mélange et mise placeUn des grands avantages des fibres de carbone est leur faible dimension. En effet,

leur diamètre étant sensiblement le même que celui des grains de ciment, il devient alors possible de fabriquer des composites ayant une haute teneur en fibres. Cependant, pour pouvoir mettre en place de grandes quantités de fibres, un agent dispersant est utilisé afin d’obtenir une distribution tridimensionnelle uniforme des fibres dans la matrice. On peut utiliser comme agent dispersant des fumées de silice. Les fumées de silice sont l’agent dispersant le plus utilisé. En raison de la très petite dimension de leurs particules, les fumées de silice permettent d’améliorer l’adhérence entre les fibres et la matrice. De plus, pour faciliter la mise en place, l’utilisation d’un sable fin est recommandée, ainsi que l’ajout d’un superplastifiant à un dosage supérieur à la normale (souvent supérieur à 5 ml/kg de ciment). Lorsque tous les composants sont mélangés de façon adéquate, les matrices cimentaires renforcées de fibres de carbone (MCRFC) sont appliquées sur les chevêtres par crépissage.