Le logiciel BétonlabPro 2 Bases scientifiques - Principes de fonctionnement François de Larrard, Thierry Sedran Robert Le Roy, Laetitia d ’Aloia Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

Plan de l’exposé Que fait-il, d’où vient-il? Fondements scientifiques Essais spécifiques: compacité demande en eau dosages de saturation Démonstration Conclusion Questions/Réponses

Que fait-il ? Logiciel de formulation de béton et matériaux à base de ciment Contient une base de données « Constituants » Simulation (« Laboratoire électronique »): composition => propriétés Optimisation: propriétés => composition

D’où vient-il ? Prédécesseurs: Bétonlab (F. de Larrard, D. Fau, 1993-96); logiciel pédagogique d’aide à la formulation René-LCPC (T.Sedran, F. de Larrard, 1994-1999); logiciel d ’optimisation granulaire BétonlabPro (T. Sedran, F. de Larrard) = logiciel professionnel (version 1: 1999, version 2: Juin 2000) Incorpore environ une quinzaine d’années de recherche dans le réseau des LPC (dont 6 thèses de doctorat + 2 en cours)

Fondements scientifiques Généralités Le nœud du problème: prévision de la relation composition <=> propriétés Composition décrite par paramètres des constituants proportions du béton (formulation) Relations exprimées par des modèles mathématiques semi-empiriques calibrés sur de nombreux essais (originaux ou tirés de la littérature)

Modèle de base: le Modèle d’Empilement Compressible (MEC) Calcule la compacité d’un mélange sec à partir de la compacité des classes, des proportions et de l ’énergie de mise en place

Principe de remplissage, avec prise en compte de l ’effet de paroi (dû aux grains et aux parois extérieures : coffrage, armatures) l ’effet de desserrement

Propriétés du béton frais Deux modes de déformation principaux: le serrage et le cisaillement Indice de serrage K’ calculé

Cisaillement: mesuré au rhéomètre BTRHEOM

Comportement en cisaillement

Paramètres de cisaillement 0 seuil de cisaillement (lié à l ’affaissement au cône): calculé en fonction des paramètres granulaires µ viscosité plastique (indiquée par la vitesse d ’affaissement): calculé à partir de la compacité du mélange rapportée à la compacité à sec

Air occlus Calculé à partir de l ’affaissement au cône de la teneur en sable de la teneur en adjuvants

Chaleur d ’hydratation Calcul de l ’élévation de température maximale du béton isolé thermiquement Rôle primordial du ciment (nature, dosage, e/c) Rôle non négligeable des pouzzolanes

Propriétés du béton durci : résistance en compression Modèle calibré sur plus de 500 résultats Influence du ciment: classe du ciment, rapport e/c+v granulat: concentration dans le béton, adhérence (p), résistance propre (q) additions minérales pouzzolaniques (cendres, fumées de silice): coefficients d’activité Kp filler calcaire: finesse âge (de 1 à 365 jours)

Résistance en traction Calculée à partir de la résistance en compression d ’un paramètre dépendant du granulat

Déformabilité (module, retrait, fluage)

Propriétés calculées en fonction des paramètres suivants: module du granulat résistance en compression volume du granulat compacité à sec du granulat contribution des pouzzolanes à la résistance (fluage et retrait endogène)

Et la durabilité ? Evaluée au travers des critères de la norme NF P 18-305: dosage en liant équivalent minimum rapport eau/liant équivalent Liant équivalent calculé en fonction des dosages en ciment, cendre volante, fumée de silice, filler et en fonction de la classe d ’environnement

Optimisation L’utilisateur donne un cahier des charges: contraintes (prescriptions de formulation, performances) critère d’optimisation (coût, dosage etc.) L’ordinateur optimise (module d ’optimisation non-linéaire) L’utilisateur teste (puis éventuellement ajuste) la formule

Mélange final K Mélange initial 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 50 54 58 6.5 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 50 54 58 6.5 6.45 6.4 6.35 Mélange 6.3 final K 6.25 6.2 6.15 6.1 Mélange 6.05 6 initial % Aggr.1/total % Aggr. 3/total aggr. aggr.

Essais spécifiques: 1) Compacité des granulats Mode opératoire proposé Campagne d’essais en cours au LCPC pour proposition d’un mode opératoire normalisable

2) Demande en eau des poudres Méthode de mesure de la compacité des poudres (liants, fines du sable) Essai très simple (ne nécessite qu ’un malaxeur à mortier

3) Dosage de saturation d’un adjuvant sur une poudre Permet de définir une plage d’utilisation de l’adjuvant (plastifiant ou superplastifiant) - Mode opératoire AFREM (1996)

Démonstration

Conclusions Logiciel reposant sur une approche scientifique Modèles « transparents » (publiés) et validés Permet de réduire et de mieux cibler les essais Facilite les comparaisons entre sources de matériaux

Conclusions (suite) Vérification expérimentale des formulations toujours nécessaire L ’avenir: Club de développeurs (interne): pour les évolutions futures du logiciel Club d’utilisateurs

Un club utilisateur pour BétonlabPro Le but : faciliter l ’utilisation du logiciel en proposant des contacts et rencontres périodiques des utilisateurs (mise en place en 2001)

Dans la pratique échanger les données d ’entrée du logiciel compacité du ciment et saturation des adjuvants courbes granulométriques et compacité des granulats etc. échanger des informations sur la précision des prévisions grâce aux retours d ’expériences fournir des informations sur les modèles pour une utilisation plus éclairée

Ouvrage de référence Fourni avec le logiciel Également disponible séparément (120 FF)

Formation à l ’utilisation de BétonlabPro 2.0 Aide en ligne + documentation Des stages d ’une journée sont régulièrement organisés par l ’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées