Faits:
A. A.a R._, né en 1961, a travaillé en qualité de maçon jusqu'au 4 juin 2002. A partir de cette date, il a été mis en arrêt total de travail en raison de douleurs lombaires. Le 18 mars 2003, il a déposé une demande de prestations auprès de l'Office de l'assurance-invalidité du canton de Genève (ci-après : l'office AI) en vue d'une orientation professionnelle et d'un reclassement dans une nouvelle profession.
L'instruction médicale a établi que R._ souffrait d'une discopathie inflammatoire prononcée L3-L4 avec une importante hernie intra-spongieuse associée à d'importants phénomènes inflammatoires L3 (rapports des docteurs N._ et M._, spécialistes FMH en radiologie, du 10 juillet 2002, du docteur D._, médecin adjoint à l'Hôpital X._, des 19 décembre 2002 et 31 janvier 2003, du docteur A._, spécialiste FMH en neurochirurgie, du 1er avril 2003, et de la doctoresse B._, spécialiste FMH en médecine interne et médecin traitant de l'assuré, du 5 mai 2003). L'assuré a bénéficié d'un stage d'observation professionnelle (COPAI) du 15 décembre 2003 au 18 janvier 2004 qui a mis en évidence une capacité résiduelle de travail de 60 %, soit un rendement de 60 % sur un plein temps dans le circuit économique ordinaire. Compte tenu des limitations fonctionnelles admises (emploi pratique et léger avec possibilité d'alterner les positions), l'assuré pouvait effectuer des travaux légers à l'établi, être employé dans le conditionnement léger ou comme aide-monteur dans un poste sans port de charges (rapport du 28 janvier 2004).
Sur la base de ces éléments, l'office AI a octroyé à l'assuré une demi-rente à partir du 1er juin 2003 (décision du 3 juin 2004). L'opposition subséquente de l'assuré, tendant à l'octroi d'une rente entière, a été rejetée par l'administration (décision sur opposition du 22 septembre 2004). Par jugement du 23 mars 2006, le Tribunal cantonal des assurances sociales de Genève a rejeté le recours de R._ contre cette nouvelle décision. Ce jugement n'a pas été attaqué.
A.b Le 4 mai 2006, l'assuré a fait état d'une aggravation de son état de santé, confirmée par la doctoresse B._ le 21 mai 2006, laquelle signalait l'apparition d'une oligo-arthrite des deux épaules d'origine indéterminée provoquant une atteinte fonctionnelle bilatérale fluctuante. Le 28 août 2006, l'office AI a considéré que le degré d'invalidité de l'assuré n'avait pas changé au point d'influencer son droit à une demi-rente.
Par téléfax du même jour, la doctoresse B._ a transmis à l'office AI divers rapports radiologiques, dont une échographie de la cheville droite du 18 avril 2005 mettant en évidence de petits épanchements articulaires tibio-astragaliens et métatarso-phalangiens ainsi qu'un foyer d'enthésopathie du jambier postérieur sans déchirure associée, ainsi qu'une tomodensitométrie des articulations acromio-claviculaires du 23 juin 2003, objectivant un remaniement des deux articulations acromio-claviculaires à caractère érosif évoquant plutôt une pathologie inflammatoire qu'un remaniement dégénératif. Invité à remplir un questionnaire pour la révision de la rente, l'assuré a indiqué que son état de santé était resté le même et qu'il se trouvait à l'assurance-chômage à 50 % (questionnaire pour la révision de la rente du 15 octobre 2008). Dans un rapport du 17 novembre 2008 requis par l'office AI, la doctoresse B._ a constaté que l'état de santé de l'assuré ne s'était pas amélioré pour envisager une reprise du travail, même à 50 %.
Par décision du 12 février 2009, l'office AI a confirmé le droit à une demi-rente d'invalidité. Parallèlement, l'office cantonal de l'emploi du canton de Genève (ci-après: l'OCE) a prononcé l'inaptitude au placement de R._ par décision du 13 février 2009, confirmée sur opposition le 17 septembre 2009.
B. R._ a recouru devant le Tribunal cantonal des assurances sociales en concluant à l'annulation de la décision de l'office AI du 12 février 2009 et à l'octroi d'une rente entière d'invalidité.
L'assuré a également interjeté un recours contre la décision de l'OCE du 17 septembre 2009. Il a notamment demandé la jonction des causes en matière d'assurance-invalidité et d'assurance-chômage.
Statuant le 7 janvier 2010 dans la cause d'assurance-invalidité et le 6 mai 2010 dans la cause d'assurance-chômage, le tribunal cantonal a débouté le recourant dans les deux cas.
C. L'assuré interjette un recours en matière de droit public contre le jugement cantonal du 7 janvier 2010, dont il demande l'annulation, en concluant à l'octroi d'une rente entière d'invalidité, subsidiairement au renvoi de l'affaire à l'autorité cantonale pour nouveau jugement. Il requiert par ailleurs le bénéfice de l'assistance judiciaire.
R._ interjette également un recours en matière de droit public contre l'arrêt cantonal du 6 mai 2010 (8C_490/2010), en demandant préalablement la jonction des causes en matière d'assurance-invalidité et d'assurance-chômage ainsi que la suspension de la cause d'assurance-chômage jusqu'à droit jugé en matière d'assurance-invalidité.
L'intimé conclut au rejet du recours, tandis que l'Office fédéral des assurances sociales a renoncé à se déterminer.
Considérant en droit:
1. A titre préalable, le recourant demande la jonction de la présente procédure avec celle l'opposant à l'assurance-chômage également pendante devant le Tribunal de céans. Dans la mesure où la décision de l'assurance-invalidité n'a aucun effet obligatoire pour l'assurance-chômage, cette requête doit être rejetée. Par ailleurs, dès lors qu'au moment du présent jugement, le Tribunal fédéral ne s'est pas encore prononcé dans la cause parallèle en matière d'assurance-chômage (8C_490/2010), la requête de suspension de cette procédure est sans objet.
2. 2.1 Le recours en matière de droit public (art. 82 ss LTF) peut être formé pour violation du droit selon les art. 95 et 96 LTF. Le Tribunal fédéral applique le droit d'office (art. 106 al. 1 LTF). Il n'est donc limité ni par les arguments soulevés dans le recours ni par la motivation retenue par l'autorité précédente; il peut admettre un recours pour un autre motif que ceux qui ont été invoqués et il peut rejeter un recours en adoptant une argumentation différente de celle de l'autorité précédente (cf. ATF 130 III 136 consid. 1.4 p. 140).
2.2 Le Tribunal fédéral statue sur la base des faits établis par l'autorité précédente (art. 105 al. 1 LTF). Il peut cependant rectifier ou compléter d'office les constatations de l'autorité précédente si les faits ont été établis de façon manifestement inexacte ou en violation du droit au sens de l'art. 95 LTF (art. 105 al. 2 LTF).
3. Est litigieuse la question de savoir si la capacité de travail du recourant a diminué de façon à influencer son taux d'invalidité.
4. La juridiction cantonale a retenu, de façon à lier le Tribunal fédéral, que l'état de santé du recourant et sa capacité de gain n'avaient pas subi de modifications importantes depuis l'octroi d'une demi-rente.
4.1 Le recourant reproche à l'autorité cantonale une constatation inexacte des faits en rapport avec la modification de son état de santé. En se fondant sur l'avis du 6 octobre 2008 du docteur C._, généraliste et médecin-conseil de l'OCE, et sur le rapport du 12 janvier 2009 de l'Atelier Y._ de l'Hôpital X._, il estime que sa capacité de travail est de 60 % sur un mi-temps, qu'elle ne lui permet plus de prétendre un emploi sur le marché économique ordinaire et que seule une activité en atelier protégé permettrait de mettre en valeur sa capacité résiduelle de travail.
4.2 L'argumentation du recourant ne saurait être suivie. Il n'est pas établi que les faits retenus par l'autorité cantonale étaient manifestement inexacts. En effet, dans le cadre de la seconde révision initiée en 2008, le recourant a confirmé que son état de santé était toujours le même (réponse du 15 octobre 2008 au questionnaire de l'office AI) et la doctoresse B._, dans son rapport du 17 novembre 2008, a admis un état stationnaire et un diagnostic sans changement pour son patient. S'agissant du docteur C._, il a estimé que le recourant pouvait exercer une autre activité professionnelle que celle de maçon, si elle respectait certaines limitations fonctionnelles qu'il a décrites de façon précise. Il a donné la description suivante de la profession raisonnablement exigible : « partout où il peut être assis 1-2 heures, se lever un peu (pas trop fréquemment non plus) et ce par 1⁄2 journée, en évitant charges à lever et à tirer ou pousser ». Cette description, contrairement à ce que pense le recourant, ne réduit pas la capacité de travail à 50 % sur un mi-temps mais permet bien une activité adaptée à la demi-journée. Enfin, le rapport de l'Atelier Y._ se base sur un stage à mi-temps (soit 3 heures par jour) dans des activités de mailing, de réfection de dossiers médicaux et de menuiserie. Il confirme les capacités fonctionnelles telles qu'énumérées par le docteur C._ mais estime que le rendement est notablement diminué et que l'assuré ne peut plus exercer une activité sur le marché économique ordinaire, même à 50 %, et que seul un travail en atelier protégé serait adapté. Cette estimation n'est cependant pas étayée.
Au vu de ces éléments, l'autorité cantonale pouvait, sans arbitraire, retenir que l'état de santé, respectivement la capacité de gain du recourant était inchangée et qu'en conséquence, le taux d'invalidité était le même qu'en 2004.
5. Le recourant reproche encore à la juridiction cantonale une violation du droit fédéral, respectivement de la jurisprudence rendue en application de celui-ci, par le fait de ne pas avoir examiné quelles activités étaient encore exigibles de sa part.
Cet argument est dénué de pertinence. En effet, il ressort du rapport du COPAI que le recourant peut effectuer des travaux légers à l'établi, du conditionnement léger ou exercer une activité d'aide-monteur sans port de charges. Ces différents domaines permettent l'exercice d'un certain nombre d'activités adaptées. De plus, le docteur C._ est encore plus large dans son évaluation puisqu'il estime que le recourant peut travailler « partout » à condition que la place de travail respecte les limitations fonctionnelles prévues.
6. Le recourant critique enfin le fait que les premiers juges n'ont pas pris en compte l'incidence de la décision de l'OCE le déclarant inapte au placement pour raisons de santé sur la capacité de gain au sens de l'assurance-invalidité.
L'assurance-invalidité et l'assurance-chômage ne sont pas des branches d'assurance complémentaires, ce qui aurait pour conséquence qu'un assuré exclut de l'une d'elles pourrait dans tous les cas toucher les prestations de l'autre. L'assuré, qui, malgré de graves atteintes à sa santé, n'a pas une incapacité de gain suffisante pour prétendre à une rente, peut également être déclaré inapte au placement par l'assurance-chômage (ATF 109 V 29; arrêt C 282/05 du 3 mars 2006 consid. 2.3). Ainsi, il se peut qu'une même atteinte à la santé conduise l'assurance-invalidité à reconnaître une pleine capacité de travail et que, de son côté, l'assurance-chômage nie l'aptitude au placement. En outre, les décisions de l'assurance-invalidité, respectivement de l'assurance-chômage n'ont aucun effet obligatoire pour l'autre assurance (DTA 1998 n° 5 p.28 consid. 3b/bb et 34 consid. 5c).
Au vu de ce qui précède, il faut admettre que l'autorité cantonale n'avait aucune obligation de prendre en compte la décision de l'OCE qui n'est pas pertinente pour la solution du litige.
Mal fondé, le recours doit être rejeté.
7. La procédure est onéreuse (art. 65 al. 4 let. a LTF). Le recourant a toutefois sollicité le bénéfice de l'assistance judiciaire, en requérant la dispense des frais judiciaires. Etant donné que R._ en remplit les conditions (art. 64 al. 1 LTF), il y a lieu de lui accorder l'assistance judiciaire. Il est cependant rendu attentif au fait qu'il devra rembourser la caisse du tribunal, s'il devient ultérieurement en mesure de le faire (art. 64 al. 4 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 500 fr., sont mis à la charge du recourant mais sont provisoirement pris en charge par la caisse du Tribunal fédéral.
3. Le présent arrêt est communiqué aux parties, au Tribunal cantonal des assurances sociales de la République et canton de Genève et à l'Office fédéral des assurances sociales.
Lucerne, le 6 octobre 2010
Au nom de la IIe Cour de droit social
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: La Greffière:
Meyer Fretz Perrin