Comment la pyrite et la pyrrhotite endommagent-elles les fondations des bâtiments?
La pyrite et la pyrrhotite sont des minéraux appelés sulfures de fer. Lorsque les sulfures de fer sont exposés à l’eau et à l’oxygène, une série de réactions chimiques décompose les sulfures de fer et forme de nouveaux minéraux appelés sulfates. Ces sulfates prennent plus de place que les sulfures de fer d’origine. Au fur et à mesure de leur croissance, les nouveaux minéraux sulfatés poussent contre la roche environnante, la faisant gonfler et se fissurer.
Cela cause des dommages de deux manières principales :
- Si de la pyrite ou de la pyrrhotite sont présentes dans les roches sous les bâtiments, le gonflement peut pousser sur les fondations, les murs et le sous-sol du bâtiment, provoquant des fissures et d’autres dommages structurels. Dans certains cas, les eaux souterraines peuvent alors transporter des sulfates dans la fondation fissurée, causant d’autres dommages.
- Si de la pyrite ou de la pyrrhotite sont présentes dans le granulat utilisé pour fabriquer le béton, le matériau de construction lui-même peut être compromis. Si de l’eau et de l’air pénètrent dans le béton par de petites fissures et des trous, les sulfures de fer à l’intérieur peuvent commencer à se décomposer, fissurer le béton et laisser entrer plus d’air et d’eau, causant encore plus de dégâts. C’est un problème particulier pour les fondations en béton et les sous-sols lorsque l’eau s’infiltre depuis le sol environnant.
Pyrite dans les roches sous-jacentes
La pyrite est un minéral commun dans le schiste, les gisements houillers et les roches adjacentes. Cependant, les roches contenant de la pyrite ne causent généralement pas de problèmes de gonflement à moins qu’elles ne soient perturbées par l’activité humaine. Les excavations et autres perturbations du sol pendant les projets de construction peuvent briser la roche sous-jacente, permettant à l’eau et à l’air (et donc à l’oxygène) de pénétrer dans la roche et de déclencher les réactions qui provoquent un gonflement, qui peut se poursuivre pendant de nombreuses années après la fin de la construction.
Pyrite et pyrrhotite dans les granulats et le béton
Les agrégats, tels que le sable, le gravier, la pierre concassée ou d’autres matériaux rocheux, sont utilisés comme matériau de remblai dans la construction et sont ajoutés au ciment et à l’eau pour fabriquer du béton. Les agrégats proviennent d’une grande variété de sources, et parfois les roches mères peuvent contenir de la pyrite ou de la pyrrhotite. Des problèmes peuvent survenir si ces granulats sont utilisés pour fabriquer du béton ou comme matériau de remblai sous ou autour des fondations des bâtiments. Si elles sont utilisées pour faire des fondations en béton, les fondations elles-mêmes peuvent gonfler et s’effriter. S’il est utilisé comme matériau de remblai, qui est meuble et poreux, l’eau et l’air peuvent facilement pénétrer, provoquant un gonflement du matériau de remblai, ce qui endommage les fondations environnantes.
Incidence et solutions
Des dommages structurels aux bâtiments dus à la dégradation de la pyrite ou de la pyrrhotite ont été observés dans de nombreux endroits du monde depuis le milieu des années 1950, notamment en Irlande, au Pays de Galles, en Espagne, au Canada, en Namibie et au Japon.
Les dommages dus à la pyrite dans les immeubles ont commencé à attirer l’attention des professionnels de l’immobilier et des médias à la fin des années 1990 dans la grande région de Montréal. Au début des années 2000, on estime que plus de 5 000 résidences étaient touchées par la pyrite, principalement dans les secteurs de la rive-sud de Montréal.
La dégradation de la pyrite/pyrrhotite n'est qu'une des nombreuses façons dont les bâtiments peuvent être affectés par ce type de processus physiques ou chimiques dans les matériaux de construction ou la roche sous-jacente.
How do pyrite and pyrrhotite damage building foundations?
Pyrite and pyrrhotite are minerals known as iron sulfides. When iron sulfides are exposed to water and oxygen, a series of chemical reactions breaks down the iron sulfides and forms new minerals called sulfates. These sulfates take up more space than the original iron sulfides. As they grow, the new sulfate minerals push against the surrounding rock, causing it to swell and crack. This causes damage in two main ways:
- If pyrite or pyrrhotite are present in the rocks underneath buildings, the swelling can push on the foundation, walls, and basement floor of the building, causing cracks and other structural damage. In some cases, groundwater can then transport sulfates into the cracked foundation, causing further damage.
- If pyrite or pyrrhotite are present in the aggregate material used to make concrete, the building material itself can be compromised. If water and air get into the concrete through small cracks and holes, the iron sulfides inside can begin to break down, cracking the concrete and allowing more air and water in, causing even more damage. This is a particular problem for concrete foundations and basements when water seeps in from the surrounding ground.
Pyrite in underlying rocks
Pyrite is a common mineral in shale, coalbeds, and adjacent rocks. However, rocks containing pyrite generally don’t cause swelling problems unless they are disturbed by human activity. Excavations and other ground disturbance during construction projects can break up the underlying rock, allowing water and air (and therefore oxygen) to get into the rock and begin the reactions that cause swelling, which can continue for many years after the construction is finished.
Pyrite and pyrrhotite in aggregates and concrete
Aggregates, such as sand, gravel, crushed stone, or other rocky material, are used as fill material in construction and are added to cement and water to make concrete. Aggregates come from a wide variety of sources, and sometimes the source rocks may contain pyrite or pyrrhotite. Problems can arise if these aggregates are used to make concrete or as fill material beneath or around building foundations. If used to make concrete foundations, the foundations themselves can swell and crumble. If used as fill material, which is loose and porous, water and air can easily get in, causing swelling in the fill material, which damages the surrounding foundations.
Incidence and solutions
Structural damage to buildings due to pyrite or pyrrhotite breakdown has been observed in many places around the world since the mid-1950s, including Ireland, Wales, Spain, Canada, Namibia, and Japan.
Damages due to pyrite in buildings started to get attention from the real estate professionals and the media in the end of the 1990s in the Greater Montreal region. In the early 2000s, it is estimated that over 5,000 homes were affected by Pyrite, primarily in areas on the south shore of Montreal.
Pyrite/pyrrhotite breakdown is just one of many ways in which buildings can be affected by physical or chemical processes in construction materials or the underlying bedrock.