Voiles et dalles en béton pour applications étanches aux liquides
Conception et calcul selon l'Eurocode 2 2005/04.08

Les structures en béton assurant le rôle de barrière étanche aux liquides sont soumises à de multiples sollicitations. Le présent article explique comment employer le béton seul pour garantir l'étanchéité de la structure.

1. Introduction


Les structures en béton assurant le rôle de barrière étanche (stockage intérieur de liquides, barrière contre l'eau extérieure) sont soumises à de multiples sollicitations simultanées d'origine externe ou interne (pression de liquide, pression du sol, température, retrait, tassements, ...).

Le matériau le plus couramment utilisé pour remplir cette fonction est le béton armé. Comme ce dernier n'est pas à proprement parler étanche aux liquides, on lui associe bien souvent une deuxième enveloppe (cuvelage secondaire pour garantir l'étanchéité aux substances dangereuses) ou un revêtement externe ou interne (liner).

Il existe trois sources de percolation à travers une structure en béton armé :
  • la porosité du béton lui-même
  • les fissures éventuelles, lorsque les sollicitations de la structure sont telles que les contraintes de traction générées sont supérieures à la résistance en traction du béton
  • les éventuels joints incorporés dans la structure afin de limiter les risques de fissuration.
En voulant résoudre le phénomène de fissuration par la création de joints, on augmente les risques de fuite. On estime que le débit de fuite est 10.000 fois plus grand au droit d'une fissure, voire même 10.000.000 fois au droit d'un joint fonctionnant mal, par rapport au débit de fuite susceptible de se produire au travers d'une structure en béton. Il est dès lors conseillé d'agir graduellement lors de la conception de la structure (formulation, calcul, conception et exécution des joints) en fonction de l'étanchéité (relative) souhaitée.

2. Maîtrise de l'étanchéité des structures en béton armé

Le choix d'une composition ad hoc du béton permettra de garantir son étanchéité. Le béton étanche nécessite un rapport eau/ciment relativement bas et une classe de résistance correcte. Théoriquement, on considère comme imperméable un béton présentant un rapport E/C de 0,45 et une classe de résistance supérieure à C30/37.

On réalisera ensuite une conception et un calcul de la structure armée corrects en limitant suffisamment la fissuration (en fonction de l'étanchéité souhaitée) (voir tableau 1). En effet, le débit de fuite au travers d'une paroi fissurée étant directement proportionnel au cube de l'ouverture de la fissure (wk³), on préférera avoir davantage de fissures de faible ouverture que peu de fissures larges. La répartition et l'ouverture des fissures sont contrôlées par les armatures. On veillera enfin à réaliser les joints éventuels avec le plus grand soin. Si ces joints doivent être limités durant la phase de conception, ils se révèlent parfois nécessaires au sein de la structure (joints de reprise, de tassement et de dilatation). Des profilés de jointoiement spécifiques existent sur le marché pour remplir cette fonction aux différents endroits de la structure.

2.1. Silos et réservoirs en béton

Le projet définitif de norme EN 1992-3 'Eurocode 2. Calcul des structures en béton. Partie 3 : Silos et réservoirs' permet de mieux déterminer la notion d'étanchéité. Cette norme a pour but d'aider les concepteurs et les ingénieurs responsables des calculs à dimensionner des structures qui retiendront de l'eau, des liquides ou des matériaux pulvérulents.

Quatre classes d'étanchéité sont définies afin de couvrir les différents domaines d'application. La spécification de la classe souhaitée est une tâche qui incombe au maître d'ouvrage.

2.2. Conception générale des joints

Les joints constituant le principal point faible d'une structure en béton, il est recommandé de limiter leur nombre autant que possible. La répartition des joints doit être imaginée sur la base de deux principes :
  • le rapprochement des joints : plusieurs règles doivent être suivies afin de déterminer leur espacement maximal. Aucune fissuration (traversante) ne peut en effet apparaître entre les joints et la distance entre les joints de mouvement devrait être limitée à 1,5 H (H étant la hauteur du voile), avec un maximum de 5 m. Il faut ensuite prévoir correctement les joints de structure et calculer l'armature minimale (entre 0,1 et 0,2 % de la section de béton)
  • l'espacement des joints : on veillera à utiliser du béton armé de manière appropriée afin de limiter l'ouverture des fissures. En fonction de la classe d'étanchéité souhaitée et de l'ouverture de fissure admissible, on calculera la section d'armatures nécessaire. Il convient néanmoins de prévoir des joints de structure en fonction de la géométrie de celle-ci, de façon à reprendre les éventuels tassements différentiels et les importantes déformations thermiques ou de retrait.
B. Parmentier, ir., et J. Vyncke, ir., département 'Géotechnique et structures'