Retrait du béton

Qu’est-ce que le retrait du béton ?

Le retrait est un phénomène physique présent au sein de toutes les matières poreuses, depuis l’arbre jusqu’à éponge… Il est généralement consécutif à la disparition de l’eau depuis un matériau vers l’air ambiant, par évaporation.

Au même titre que l’éponge sur le bord de votre évier de cuisine, lorsqu’un matériau perd de l’eau, sa taille diminue : il devient plus petit. Ce rétrécissement est appelé retrait. Pour une éponge, ce retrait se traduit par une légère courbure et un changement de couleur. Pour le béton, les fissures en sont les possibles conséquences visibles.   

Les particularités du retrait du béton 

Le retrait du béton correspond à des variations dimensionnelles mettant en jeu des phénomènes physiques avant, pendant ou après la prise du béton. Lorsqu’elles ne sont pas maîtrisées par un ferraillage approprié et par des joints, ces variations dimensionnelles engendrent l’apparition de fissures. Les fissures dues au retrait ne doivent pas être confondues avec les fissures liées à la fonctionnalité des ouvrages (dues à l’application d’efforts trop importants par exemple). Celles-ci étant maîtrisées par les règles de calcul du béton armé.

Il existe 4 types de retrait dans le béton :

  • Le retrait de séchage (encore appelé retrait de dessication) : c’est le plus connu. Il se développe dans le béton au cours de son durcissement, pendant les premiers mois. Il est plus important en surface que dans la masse du béton. C’est un retrait du béton durci causé par l’évaporation de l’eau contenue dans la porosité du béton, à partir des surfaces libres soumise à l’air ambiant ayant un degré d’humidité inférieur à celui du béton. Ce processus de séchage génère une diminution de volume du béton. La perte d’eau est progressive et décroissante au cours du temps.
    Les facteurs qui influencent l’amplitude de la perte d’eau, et donc le retrait de séchage, sont la porosité du béton, le degré hygrométrique de l’air ambiant, et le rapport surface exposée à l’air/volume de l’élément.
    D’un point de vue pratique, ce n’est pas tant le retrait de séchage qui est important, mais plutôt la fissuration qu’il peut provoquer. Le mécanisme de fissuration est le suivant : le retrait de séchage commence toujours à se développer au niveau de la surface du béton exposée à l’air sec. Les forces de tension, qui apparaissent alors près de la surface, sont équilibrées par des forces de compression intérieures au béton. Des fissures s’ouvrent dès lors que les efforts de tensions dépassent la résistance à la tension du béton. Ces efforts de tension étant libérés chaque fois que la partie extérieure du béton se fissure.

 

  • Le retrait plastique : il est dû à un départ rapide d’une partie de l’eau de gâchage du béton par évaporation, alors qu’il est encore à l’état plastique et donc déformable. Ce retrait particulier de séchage a lieu pendant un temps limité, avant et pendant la prise. La contraction apparait une fois que le béton a été mis en place, et que la surface libre est soumise au séchage. Le retrait plastique est piloté par la vitesse de séchage. L’ordre de grandeur du retrait plastique des bétons est de 1mm/m dans des conditions courantes et peut atteindre plusieurs mm/m lorsque les conditions sont défavorables.
    Les facteurs favorisant le retrait plastique sont :

    • Une température extérieure élevée.
    • Un air sec.
    • Du vent (ou des courants d’air en intérieur).
    • Un excès d’eau dans le béton.
    • Un temps de prise long (ciment lent ou béton trop retardé).
    • Un ouvrage présentant une grande surface libre par rapport au volume de béton (ex : dalle de faible épaisseur).

 

Un retrait plastique important peut mener à des fissurations apparaissant au jeune âge sur la surface de béton (fissures dites de retrait plastique). Les fissures se présentent sous la forme d’un maillage (faïençage).

Exemple de fissuration due à un retrait plastique trop important sur une dalle béton.

  • Le retrait endogène (encore appelé retrait d’autodessication, ou retrait chimique d’hydratation du ciment) : il se produit dans le béton en cours de durcissement par suite du développement des réactions chimiques entre le ciment et l’eau. Ces réactions sont appelées réactions d’hydratation car en présence d’eau, les constituants du ciment donnent naissance à de nouveaux constituants hydratés qui apparaissent sous forme de micro-cristaux ayant l’aspect d’aiguilles dont le développement et l’enchevêtrement provoquent la prise et le durcissement progressif du ciment. La consommation d’eau résultant de l’hydratation du ciment conduit à une contraction du béton.
    Ce retrait est un phénomène normal, inévitable, inhérent à la nature même du ciment. Il est irréversible et continue d’augmenter pendant plusieurs mois tant que l’hydratation du ciment se prolonge. Son intensité est proportionnelle au dosage en ciment. Il varie entre 300 et 800 µm/m selon la formulation. Lorsqu’il est empêché, ce retrait peut provoquer des fissures.

 

  • Le retrait thermique : il est lié au retour à température ambiante du béton après sa prise. Les réactions chimiques d’hydratation du ciment, qui sont très intenses au moment de la prise du ciment, sont toujours accompagnées d’un important dégagement de chaleur (réaction chimique exothermique). Après la prise, l’intensité des réactions d’hydratation décroit si bien que la température du béton diminue progressivement pour revenir à une température ambiante. Ce retour à température ambiante est accompagné d’une contraction thermique qui génère des déformations empêchées au sein de l’élément en béton. Ces déformations empêchées peuvent conduire à l’apparition de fissures.
    Ce type de retrait ne concerne que les pièces massives, d’épaisseur supérieure à 60cm (exemple : éléments d’ouvrage d’art).

 

Ces 4 types de retrait peuvent se cumuler à l’échelle d’un même béton (on parle ainsi du retrait total comme la somme des différents retraits). Le retrait d’auto dessication et le retrait thermique intéressent la masse du béton, alors que les deux autres types de retrait concernent la surface libre de l’ouvrage en béton.

Un phénomène normal et bien connu

Vous l’avez compris, le retrait du béton est donc un phénomène inévitable. Tous les bétons font du retrait dans des proportions variables selon leur composition, les conditions de mise en œuvre et de séchage.

Quelles sont les conséquences du retrait ?

La conséquence essentielle du retrait est l’apparition de phénomènes de fissuration, pouvant diminuer la durabilité de l’ouvrage en béton et/ou limiter leur capacité à reprendre des efforts, notamment lorsque la fissuration se manifeste dans la masse. Cette fissuration peut également conduire à limiter l’adhérence voire provoquer le décollement des éventuels revêtements rapportés en surface du béton.

 Les bonnes pratiques pour limiter ou contrôler le retrait

Rassurez-vous, avec de bonnes pratiques, le retrait reste tout à fait contrôlable et des solutions existent pour le limiter.

Précautions pour limiter le retrait plastique avant prise du béton :

  • Pulvériser un produit de cure dès la fin du coulage (à l’aide d’un pulvérisateur adapté), ou au fur et à mesure du coulage pour les grandes surfaces ou les temps de mise en œuvre longs.
  • Humidifier les coffrages et le support avant coulage.
  • Faire un béton sans excès d’eau.
  • Diminuer le temps de prise par temps froids (ciment plus nerveux, ajout d’un adjuvant accélérateur).
  • Talocher la surface juste avant la prise pour refermer les fissures.
  • Utiliser un béton comportant des micro-fibres polyproplène (celles-ci visent à limiter la fissuration par retrait plastique).

Pulvérisation d’un produit de cure sur la surface du béton frais afin d’empêcher l’évaporation de l’eau du béton.

Solutions pour limiter la fissuration due au retrait après prise (retrait de séchage et retrait endogène) :

  • Faire un béton compact sans excès d’eau.
  • Assurer une cure de la surface du béton pendant les premiers jours (à l’aide d’un produit de cure pulvérisé en surface, ou bien par mise en place d’un polyane ou encore par aspersion régulière d’eau).
  • Prévoir des joints de retrait sur 1/3 de l’épaisseur, à intervalles réguliers.
  • Armer le béton à l’aide d’un treillis soudé.
  • Désolidariser le béton de son support (par mise en place d’un polyane ou d’un lit de sable).

 

Précautions pour limiter le retrait thermique :

  • Limiter la chaleur dégagée en utilisant un ciment à faible chaleur d’hydratation.
  • Eviter les très forts dosages en ciment.
  • Ne pas utiliser des matériaux trop chauds (ciment pas trop chaud – refroidir les granulats l’été).
  • Mettre des fibres dans le béton.
  • Ne pas décoffrer trop vite.
  • Utiliser des coffrages isolants.

Comment mesure-t-on le retrait du béton ?

Le retrait du béton est mesuré conformément à la norme NF P 18-427. L’essai consiste à mesurer la variation de la longueur entre deux faces opposées d’éprouvettes prismatiques de béton durci équipées de plots. Les éprouvettes prismatiques sont de dimensions 7x7x28cm ou 10x10x40cm.
La mesure se fait à l’aide d’un appareil spécifique muni d’un comparateur (rétractomètre). Pendant toute la durée de l’essai, les éprouvettes sont conservées en laboratoire en conditions régulées (généralement à une température de 20 +/-2°C et une humidité relative de 50 +/-5%).

Mesure du retrait sur une éprouvette de béton à l’aide d’un rétractomètre.