Tunnel du Schindellegi, Schwyz CH

PCC dans le tunnel de Schindellegi - l'alternative techniquement et économiquement intéressante

La réfection conventionnelle des structures porteuses en béton armé représente une énorme intervention sur un ouvrage, est coûteuse et prend beaucoup de temps - dans les tunnels, elle constitue en outre un obstacle à la circulation. De plus, il n'est pas possible de déplacer la charge d’un tunnel : le remplacement du béton doit être minimisé afin de garantir la stabilité de l’ouvrage pendant la rénovation. La protection cathodique contre la corrosion (PCC) est une alternative à la réfection conventionnelle des tunnels en béton armé, techniquement et économiquement très intéressante.

Le tunnel routier de Schindellegi, également appelé tunnel H8, dans le canton suisse de Schwyz, a été construit à l'origine en 1972 et mesure 168 mètres de long. Il permet de faire passer le trafic sur quatre voies le long du village de Schindellegi entre Zoug et le lac de Zurich. L'analyse de la structure de l'ouvrage a révélé que depuis la dernière remise en état, en 2003, des polluants - en particulier des chlorures - avaient pénétré en profondeur dans la structure en béton armé. Une remise en état dans les règles de l'art pour assurer la pérennité du tunnel était nécessaire. Dans le cadre de la réfection du béton en 2021, l'équipe de projet a décidé de doter le tunnel d'une protection cathodique contre la corrosion et d'augmenter en même temps l’épaisseur de la protection du béton.

Le principe de réparation de la protection cathodique contre la corrosion (PCC) prévoit d'appliquer à l'ouvrage en béton armé un courant continu qui s'oppose au courant de corrosion. Ainsi, seules des réactions partielles cathodiques ont lieu à la surface de l'acier. La corrosion de l'acier d'armature peut être réduite à presque rien. La corrosion par piqûres est stoppée et l'armature reste ainsi en bon état.

Pour la rénovation avec un procédé PCC, l'enlèvement du béton chargé de chlorure ou carbonaté n'est nécessaire que jusqu'à ce qu'un support porteur soit créé pour installer le système d'anodes et réaliser le recouvrement nécessaire des anodes. L'inspection du tunnel a recommandé d'agir sur les sous-faces des dalles, les poutres, les bandes supérieures des murs ainsi que sur les les piliers et les joints. Ces surfaces n'avaient pas été traitées lors de la dernière réfection en 2003. Une remise en état par le haut était exclue, ne serait-ce que parce que le tunnel est recouvert de 7 mètres de terre.

Les experts suisses de suicorr AG ont élaboré en détail le concept d’assainissement par protection cathodique contre la corrosion et ont appliqué des anodes en bande de 13 millimètres sur un total de 1 855 mètres carrés de plafond, 162 mètres carrés de poutres, 72 mètres carrés de piliers et 486 mètres carrés de murs. L'ensemble de la surface est divisé en 8 zones de protection et chacune des zones de protection peut être réglée séparément. Les réglages dans les zones de protection respectives dépendent de paramètres tels que la taille, l'humidité, l'activité de corrosion ou encore le type d'anode. De plus, des anodes en forme de barre de différentes longueurs ont été installées sur 35 mètres carrés de plafond, 12 mètres carrés de piliers et 23 mètres carrés de murs, ainsi que sur 116 mètres de joints. Les anodes en forme de barre servent à atteindre et à protéger également les couches arrière de l'armature et sont montées dans des trous de forage. Ces derniers sont ensuite remplis de mortier de scellement à base de ciment et à haute fluidité. Ce dernier établit le contact électrolytique entre les anodes et le béton de construction.

Le mortier à projeter par voie humide StoCrete TS 203 a été utilisé pour l'enrobage des anodes. Ce substitut de béton enrichi aux polymères a été testé par le fabricant comme mortier de réparation et d'anode pour le principe de réparation par protection cathodique contre la corrosion pour le béton armé avec des anodes en oxyde mixte de titane. Le mortier de substitution dans le procédé PCC doit toujours avoir une résistance électrolytique similaire à celle de l'ancien béton. Même après avoir atteint l'humidité d'équilibre dans le mortier, il reste suffisamment d'humidité dans la structure poreuse du mortier pour assurer la migration ionique nécessaire.

De plus, StoCrete TS 203 remplit d'autres caractéristiques décisives pour la réparation de structures porteuses en béton d'importance statique. Le béton de substitution correspond à la classe R4 selon la norme EN 1504-3 et satisfait à la classe de matériaux de construction A2-s1, d0 (incombustible) selon la norme EN 13501-1. Cette très bonne classification repose sur les fibres synthétiques spéciales contenues dans le mortier. Elles améliorent nettement le comportement au feu et la stabilité est décuplée. Le faible module d'élasticité statique permet au béton de remplacement de suivre les mouvements dans le béton existant sans provoquer de fissures ou de détachement du matériau. De plus, l'excellent comportement mécanique est renforcé par le faible taux de retrait. En raison de sa faible absorption d'eau par capillarité, le substitut de béton présente une résistance élevée à la pénétration des composants chimiques solubles dans l'eau. La résistance au feu dans le tunnel a été de nouveau assurée en augmentant la couverture de béton par projection de StoCrete TS 203 sur une épaisseur de couche allant jusqu'à 300 millimètres. Les fibres de polypropylène (PP) contenues dans StoCrete TS 203 empêchent les éclatements en cas d'incendie : Les fibres fusionnent. L'eau interstitielle contenue dans le béton peut s'échapper sous forme de vapeur d'eau par les canaux ainsi créés.

La surface rugueuse obtenue par projection a ensuite été recouverte d'un enduit minéral fin à 2 composants StoCrete TF 300, disponible en exclusivité en Suisse, dans une granulométrie fine et grossière. Le matériau de la classe R3 est un système pour les surfaces lisses dans la construction de tunnels. Pour finir, les tubes du tunnel ont été recouverts du revêtement StoPox TU 100 à base de résine époxy. Mécaniquement très résistant et spécialement conçu pour les surfaces en béton qui doivent être régulièrement nettoyées de manière intensive, StoPox TU 100 offre, grâce à sa structure de surface, la meilleure protection contre les particules de saleté. Les particules telles que la suie peuvent moins bien se fixer, la surface doit être nettoyée moins souvent et sans avoir recours à des produits chimiques. Le revêtement clair et non réfléchissant contribue à la sécurité du trafic dans le tunnel.

La réfection du béton s'est accompagnée du renouvellement des équipements d'exploitation et de sécurité du tunnel de Schindellegi. Le concept d'assainissement par PCC, associé aux mortiers hautement performants StoCretec et à la protection de surface, a permis de préparer au mieux l'ouvrage pour les prochaines décennies d'utilisation.