Étanchéité des tabliers en béton : utilisation des systèmes multicouches avec moyens de production haute cadence

Les techniques d’étanchéité disponibles pour les tabliers en béton

Plusieurs techniques d’étanchéité existent actuellement pour la protection des surfaces en béton contre l’effet néfaste de la présence d’eau souvent chargée de chlorures :

• Les applications manuelles de membrane à chaud au bitume caoutchouté;
• L’utilisation d’une membrane préfabriquée en rouleaux avec film adhérant au support;
• La réalisation de systèmes multicouches à base de matériaux bitumineux mis en œuvre à haute cadence par utilisation de moyens mécanisés intégrant la couche de roulement en enrobé.

L’application de résine époxydique ou de polyuréthane en film mince adhérant au support est également une technique de plus en plus utilisée en France.

L’importance de la préparation du support

La qualité globale d’une intervention d’imperméabilisation et sa bonne tenue dans le temps sont directement liées à la préparation adéquate du support en béton. Celui-ci doit être sec et propre pour assurer un collage suffisant (> 0,4 MPa), ragréé et d’une profilométrie adéquate permettant l’écoulement de l’eau en tout point avant la mise en place de la membrane d’étanchéité. Les corrections de profil sont généralement réalisées par l‘application d’enrobés correcteurs 0-5 mm. La propreté des surfaces en béton, particulièrement pour les tabliers ayant subi une réfection, est généralement assurée par des opérations successives de bouchardage, de grenaillage par projection de billes d’acier ou par lavage sous pression et aspiration. Le soin à apporter à la préparation des surfaces en béton est comparable quelle que soit la technique d’étanchéité retenue. Le support doit également être suffisamment sec de façon à éviter la formation de gonfles (phénomène de montée en pression par vaporisation de l’eau résiduelle piégée sous la membrane par l’effet de la montée en température générée par la mise en oeuvre de la couche d’enrobés). L’utilisation des nouveaux enrobés tièdes présente une caractéristique intéressante à ce niveau, car l’abaissement des températures peut limiter l’apparition de gonfles.

Les systèmes multicouches à base de matériaux bitumineux

Depuis maintenant plus de 16 ans, des interventions en système multicouche ont été réalisées au Québec sous tout type de trafic. Ce système est composé des applications successives suivantes :

• Une couche d’accrochage à l’émulsion de bitume de type routière fortement dosée au taux de 200 à 400 g/m2 ou un enduit d’imprégnation à froid;
• Une couche de microbéton bitumineux (mastic) utilisant une forte teneur en fines et en bitume modifié, de 20 à 50 mm d’épaisseur (égalisation de la surface), généralement 25 mm spécialement utilisé pour les tabliers présentant des fissurations, des dépressions ou demandant des corrections;
• Une membrane épaisse de bitume fortement modifié par ajout de copolymère (10 % de modification) au dosage de 2,5 à 3 kg/m2 restant flexible jusqu’à – 34 °C;
• Une couche protectrice par gravillonnage de paillettes d’ardoise de dimension 2-4 mm au dosage de 3 à 4 kg/m2;
• Une couche de roulement en enrobé variant de 3 à 6 cm d’épaisseur de formulation adaptée au trafic, aux seuils de raccordement et à la charge morte admissible.

Applications avec moyen à haute cadence, M.H.C.

La principale particularité du système multicouche décrit précédemment est la possibilité d’en faire l’application à grande cadence avec des moyens entièrement mécanisés (finisseurs pour la mise en oeuvre du microbéton bitumineux, épandeuses à liant et gravillonneurs) couramment utilisés en chaussée souple. Ce type de système révèle tout son intérêt lors de la réalisation d’ouvrage de moyenne à grande envergures (surface > 2 000 m2). Les cadences d’application peuvent atteindre 10 000 à 15 000 m2/jour/couche. Cet avantage considérable permet la livraison des ouvrages ou la réouverture au trafic des ouvrages en réfection plus rapidement. De plus, l’utilisation de moyens de pose mécanisés élimine presque en totalité les interventions manuelles souvent difficiles de réalisation et améliore le contrôle des différents dosages (émulsion d’accrochage, membrane, etc.). L’épandage de la membrane est assuré par l’emploi d’une épandeuse spécialement adaptée permettant son application en forte épaisseur ainsi qu’en grande largeur et assurant l’affranchissement des joints soudés souvent délicat de réalisation, tout en évitant tous plissements, surépaisseurs et poches d’air sous la membrane.

Des performances remarquables

Une évaluation exhaustive des performances du procédé a été réalisée par le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) en 1998 confirmant que le système multicouche assure les performances suivantes :

• Efficacité parfaite à la remontée de fissures en provenance du support en béton par simulation sous charge dynamique et allongement de 0,15 mm à – 20 °C pendant 1 million de cycles;
• Imperméabilité parfaite à l’eau sous pression de 1,2 MPa durant 24 heures;
• Imperméabilité parfaite à la vapeur.

Un nouveau système multicouche encore plus rapide d’exécution et économique

Considérant que la grande majorité des interventions de mise en oeuvre de systèmes d’étanchéité est réalisée sur des ouvrages de moins de 5 000 m2, une nouvelle variante du système multicouche original est maintenant disponible.

Cette variante comprend :

• Une couche d’accrochage à émulsion de bitume de type routière fortement dosée au taux de 200 à 400 g/m2 ou un enduit d’imprégnation à froid;
• Une membrane épaisse au bitume fortement modifié par ajout de copolymère au dosage de 2,5 à 3 kg/m2 (même membrane que le système original);
• Une ou deux couches protectrices en enrobé coulé à froid ECF de granularité 0-2,5 mm au dosage de 6 à 8 kg/m2 respectivement ou gravillonnage à l’ardoisine;
• Une couche de roulement en enrobé variant de 4 à 6 cm d’épaisseur de formulation adaptée au trafic, pour une épaisseur finale étanchéité-couche de roulement de 5 à 7 cm.

Ce nouveau système permet la réalisation à très grande rapidité d’exécution de toute superficie tout en assurant la protection parfaite du support en béton par la multiplicité des couches bitumineuses étanches (couche d’accrochage fortement dosée, membrane épaisse et enrobés coulés à froid). La suppression du microbéton bitumineux de correction du système original est permise pour la très grande majorité des tabliers neufs ou en réfection, puisqu’en preuve. La mise en place de membrane préfabriquée en rouleaux, plus délicate d’application que la membrane coulée à chaud du système multicouche, est réalisée directement sur le support préparé n’ayant pas reçu une correction de profil sur toute sa superficie. De plus, l’épaisseur totale du système (± 65 mm) respecte l’exigence que l’on retrouve sur les structures du MTQ. La membrane, composante principale de l’étanchéité, se retrouve également au bas du système multicouche, la protégeant d’éventuelles interventions de planage de la couche de roulement. Notons aussi que la nouvelle variante permet les réparations ponctuelles (lors du renouvellement des épaulements des joints par exemple) plus aisément que le système original du fait que la réfection de la membrane peut être réalisée par la pose de feuilles préfabriquées ou à chaud directement sur le béton après application de la couche d’accrochage.

Traitements des points singuliers

Le traitement des points singuliers (contour des drains, regards, épaulements des joints, raccordement en rive des parapets) doit être considéré avec le plus grand soin et de façon détaillée. Souvent les premières infiltrations d’eau proviennent de ces raccordements difficiles d’exécution. Ainsi, les systèmes multicouches permettent un traitement répété (plusieurs applications) de ces points particuliers. L’utilisation de drains collecteurs aux épaulements des joints et en rive, utilisés à plusieurs reprises, assure également la pérennité de l’étanchéité en cas de décollement ou autres infiltrations non désirées.

En plus de 15 ans d’application en milieu canadien, les systèmes multicouches ont fait leurs preuves sous différents niveaux de trafic et de contraintes. Notons les réalisations sur le pont de l’île aux Tourtes de l’autoroute 40 en 2001, le tronçon de l’autoroute 720 Est (direction centre-ville de Montréal) en 1998 et nombreux autres ponts et viaducs au Québec, ainsi que sur le célèbre pont de la Confédération reliant le Nouveau-Brunswick à l’île du Prince-Édouard en 1997. Sur tous ces ouvrages, les performances du système multicouche/couche de roulement sont remarquables.

L’emploi des enrobés coulés à froid en technique d’entretien pour couche de roulement

De façon à préserver la bonne tenue des couches de roulement sur les ouvrages d’art, une application originale permettant la régénération de la texture et l’étanchéisation de celle-ci est utilisée depuis 1995 au Québec. La mise en oeuvre d’enrobés coulés à froid ECF à granularité 0-5 mm continue (ou discontinue pour une texture superficielle supérieure) a montré tous ses bienfaits.

Ce procédé coulé a comme principal intérêt d’être applicable à très faible taux de 16 à 20 kg/m2 (épaisseur de l’ordre de 10 mm) permettant de ne pas surcharger la structure, et de pouvoir être répété lors de plusieurs interventions successives (par exemple tous les 7-8 ans). De plus, il ne nécessite pas de travaux préalables tels que le planage à froid (sauf peut-être aux raccordements des épaulements des joints). Ainsi, cette approche permet d’éviter les interventions de type planage à froid et de couche d’usure, toujours délicates lorsque réalisées sur des ouvrages d’art (présence de la membrane). Les moyens modernes de planage fin facilitent cependant cette intervention d’entretien. La rapidité d’exécution, la réduction importante des travaux préparatoires font de cette technique une application très avantageuse pour l’entretien séquentiel des surfaces de roulement sur les structures.

Conclusion

Le bilan exceptionnel des interventions multicouches étanchéité/ couche de roulement au Canada et ailleurs confirme l’intérêt du recours à cette technique d’étanchéité à grande cadence de production. La nouvelle variante maintenant disponible est spécialement adaptée à toutes les superficies d’ouvrages et présente une solution encore plus rapide d’exécution en plus d’être très avantageuse économiquement. Les systèmes multicouches d’étanchéité/couche de roulement appliqués avec des moyens mécanisés sont sans aucun doute une solution des plus adaptées aux nombreux travaux de réfection et de reconstruction d’ouvrages d’art devant être réalisés selon des échéanciers très courts.