BETON. Il a mérité sa place par ses caractéristiques de résistance, ses propriétés en matière d’isolation thermique et phonique, sa résistance au feu,

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1 BETON

2 Il a mérité sa place par ses caractéristiques de résistance, ses propriétés en matière d’isolation thermique et phonique, sa résistance au feu, sa durabilité, ainsi que par la diversité qu’il permet dans les formes, les teintes et les textures. Le béton est un matériau artificiel, composite fabriqué par le mélange de plusieurs composants : ciment, eau, granulats et, le plus souvent, adjuvants et colorants qui constituent un ensemble homogène. Ses performances et sa souplesse d’emploi lui permettent d’être présents dans tous les domaines du bâtiment et des travaux publics Il peut varier en fonction de la nature de ces constituants et peut ainsi s’adapter aux exigences de chaque réalisation. On distingue : I- DÉFINITIONS

3 Les bétons fibrés, plus récents, correspondent à des usages très variés : dallages, éléments décoratifs, mobilier urbain... Les bétons courants sont les plus utilisés, aussi bien dans le bâtiment qu’en travaux publics. Ils présentent une masse volumique de 2200 à 2600 kg/m 3 environ. Les bétons lourds, dont les masses volumiques peuvent être supérieures à 3000 kg/m 3. Ils servent, entre autres, pour la protection contre les rayons radioactifs. ils sont réalisés à base de granulats spéciaux de densité élevée (barytine, magnétite, hématite, plomb...) Les bétons légers, dont la masse volumique varie de 1500 à 2000 kg/m 3, dans des cas elle peut descendre jusqu’à 300kg/m 3

4 Béton fibré

5 Béton Granulats Eau Adjuvant 60 à 78 % en volume 14 à 22% 1 à 6 % Air < 5 % de la masse du ciment II- LES CONSTITUANTS DU BÉTON Ciment 7 à 14 %

6 Ces granulats sont caractérisés par leur composition minéralogique, leur texture, leur état d’altération et leur porosité. Ces caractéristiques intrinsèques ont soit, une influence directe sur les propriétés du béton, soit, une influence indirecte sur le rapport E/C avec toutes les conséquences qui en résultent sur la résistance et la durabilité Granulats ils améliorent la stabilité rhéologique du béton en limitant le retrait et le fluage Une source de résistance du béton.

7 Ciment Le choix du type de ciment et son dosage dépendent des performances recherchées (résistance mécanique, résistance aux agents agressifs, apparence). Le ciment est un des composants essentiels du béton. Agissant comme une colle, il permet d'agréger les différents constituants du béton.

8 Les adjuvants sont de plus en plus utilisés. Ils modifient en les améliorant les propriétés des bétons et des mortiers auxquels ils sont ajoutés (en faible proportion : < 5 % du poids de ciment). Tous les adjuvants font l’objet de la norme de définition et des exigences NF EN 934-2 un adjuvant est un produit dont l'incorporation à faible dose (inférieure à 5% de la masse du ciment) aux bétons, mortiers ou coulis lors du malaxage ou de la mise en oeuvre, provoque les modifications recherchées de telle ou telle de leurs propriétés, à l'état frais ou à l'état durci. Adjuvants

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10 Exigences générales pour les adjuvants pour béton (NF EN 934-1)

11 L’eau de gâchage L'eau permet au ciment de faire prise (c'est un des réactifs de la réaction d'hydratation), et de donner au béton une consistance (ouvrabilité) adaptée à l'ouvrage à réaliser. L'eau est un constituant très important du béton, car elle peut en influencer la qualité, en fonction de sa qualité et de sa quantité. un excès d'eau nuit à la durabilité du béton et diminue la résistance du béton durci.

12 Spécifications de l’eau de gâchage suivant la norme NF EN 1008

13 des risques de ségrégation et de ressuage. Les ajouts d'eau non maîtrisés (sur chantier ou en centrale à béton) entraînent : une diminution des performances mécaniques du béton une augmentation de sa porosité une diminution de sa durabilité une augmentation des phénomènes de retrait une diminution de la résistance aux cycles gel/dégel

14 un état de surface défectueux se traduisant notamment par le bullage. Un excès d’eau se traduit, entre autres inconvénients, par : le phénomène de « ressuage », qui est la création à la surface d’une pièce en béton, d’un film d’eau, générateur de fissures après évaporation. la diminution de la compacité et, corrélativement, des résistances ; une porosité accrue ; un risque de ségrégation des constituants du béton ; un retrait augmenté ;

15 III- PROPRIÉTÉS DU BÉTON Pour utiliser au mieux le béton, il faut bien connaître ses propriétés : d’une part à l’état frais, alors qu’il est plastique et qu’on peut le travailler; d’autre part, à l’état durci, alors que sa forme ne peut plus être modifiée mais que ses caractéristiques continuent à évoluer durant de nombreux mois, voire des années. III-1 Béton frais La propriété essentielle du béton frais est son ouvrabilité, qui le rend apte à remplir n’importe quel volume L’ouvrabilité caractérise l’aptitude d’un béton à remplir les coffrages et à enrober convenablement les armatures. Cette opération doit pouvoir se faire avec le maximum de facilité pour réduire le temps de travail nécessaire à la mise en place du béton. On dira qu’un béton est d’autant plus maniable (ou ouvrable) qu’il est d’autant plus aisé à mettre en place dans les coffrages. a- Maniabilité

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17 le dosage en eau. L’ouvrabilité du béton dépend de bon nombre de facteurs à savoir la nature et le dosage en ciment, la granulométrie, l’emploi d’adjuvants Il ne faut cependant pas considérer que le dosage en eau peut être augmenté au-delà d’une certaine valeur dans le seul but d’améliorer l’ouvrabilité. La grandeur qui caractérise l’ouvrabilité est la consistance. Sa mesure peut être effectuée facilement dans le laboratoire ou sur le chantier avec la méthode du « slump test » ou « cône d’Abrams » qui est un essai d’affaissement d’un volume de béton de forme tronconique, mesuré conformément à la norme NF P 18 451.

18 Essai d’affaissement au cône d’Abrams « slump test » (NF P 18-451) Cet essai consiste à quantifier la maniabilité (ou l’ouvrabilité), qui est une qualité, évolutive dans le temps, du béton avant prise.  Principe de l’essai C’est l’essai le plus couramment utilisé car il est très simple à mettre en œuvre. Il est utilisable tant que la dimension maximale des granulats ne dépasse pas 40 mm. Il s’agit de constater l’affaissement d’un cône de béton sous l’effet de son propre poids. Plus cet affaissement sera grand et plus le béton sera réputé fluide.

19  Appareillage

20  Mode opératoire

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23  Expression des résultats L’affaissement est exprimé par un nombre entier, obtenu soit par une seule mesure en faisant une lecture au centimètre près, soit en effectuant trois mesures successives réalisées sur trois prises. Sur chaque prise la lecture se fait au demi-centimètre. La moyenne des trois valeurs obtenues est arrondie au centimètre le plus voisin..

24 b- Masse volumique du béton frais (NF EN 12350-6)  Principe de l’essai Le béton frais est mis en place dans un récipient rigide et étanche à l'eau, de volume connu, puis pesé  Appareillage Récipient pour mesure de la masse volumique du béton Balance

25  Mode opératoire Le récipient doit être pesé afin de déterminer sa masse (m1) et la valeur obtenue doit être enregistrée Mettre en place le béton dans le récipient en deux couches au minimum. Procéder au serrage du béton soit en employant l’aiguille vibrante, ou la table vibrante ou manuellement en utilisant la tige piquante. Une fois en place, la couche supérieure doit être mise au niveau de la partie supérieure du récipient. La surface doit ensuite être soigneusement arasée avec la règle, et l'extérieur du récipient doit être nettoyé. Le récipient et son contenu doivent être pesés afin de déterminer sa masse (m2) et la valeur obtenue doit être enregistrée.

26  Expression des résultats La masse volumique est calculée selon la formule III-2. Béton durci Les principales caractéristiques du béton durci sont la porosité (pourcentage de vides rapporté au volume total), la résistance mécanique et la durabilité.  La porosité est essentielle, car elle conditionne les caractéristiques mécaniques et la durabilité du béton.  La résistance mécanique est un critère souvent déterminant, surtout la résistance à la compression.  La durabilité est liée à la résistance aux agressions physico-chimiques du milieu environnant (effet du gel, pollution atmosphérique...) et aux sollicitations mécaniques de l’ouvrage.

27 Une bonne résistance à la compression est la performance le plus souvent recherchée pour le béton durci. Cette résistance est généralement caractérisée par la valeur mesurée à 28 jours. La résistance dépend d'un certain nombre de paramètres :  Le type et le dosage du ciment  La porosité du béton  Le rapport du dosage en eau au dosage de ciment Les résistances mécaniques du béton sont contrôlées par des essais destructifs ou non destructifs.  Lors des essais destructifs, la résistance à la compression peut être mesurée en laboratoire sur des éprouvettes généralement cylindriques; de diamètre 16 cm, hauteur 32 cm; confectionnées avec le béton destiné à l'ouvrage à contrôler.  Les essais non destructifs peuvent utiliser le scléromètre, appareil basé sur le rebondissement d'une bille d'acier sur la surface à tester,

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31 IV- Etude de composition des bétons courants  L’étude de la composition d’un béton consiste à définir le mélange optimal des différents constituants dont on dispose afin de réaliser un béton dont les qualités sont celles recherchées pour la construction d’un ouvrage ou d’une partie de l’ouvrage. Les facteurs qui sont à prendre en compte dans l’étude de la composition d’un béton sont nombreux : – les données du projet : caractéristiques mécaniques, dimensions de l’ouvrage, ferraillage… – les données du chantier : matériel de mise en œuvre, conditions climatiques… – les données liées aux propriétés du béton : maniabilité, compacité, durabilité, aspect… Les méthodes actuellement connues permettent d’en tenir compte approximativement, mais c’est, en pratique, par des essais d’études en laboratoire, que l’on pourra les tester et aboutir à une formule de composition convenable.

32 Les méthodes proposées sont nombreuses dont notamment :  la méthode Baron ;  la méthode Bolomey ;  la méthode de Féret ;  la méthode de Faury ; Ces méthodes diffèrent l’une de l’autre par la nature des paramètres pris en compte et aboutissent par conséquent avec les mêmes matériaux de base et les mêmes conditions de mise en œuvre pour un même béton, à des compositions très différentes. Pour cette raison, une méthode simplifiée et très pratique, qui tient compte des données de base essentielles de chacune de méthodes préexistantes, était élaborée pour aboutir approximativement, mais rapidement, à une composition optimale du béton recherché. Cette méthode dite de « Dreux-Gorisse », comporte le plus souvent deux phases : la première phase consiste en une approche de la composition d’une façon graphique ou expérimentale. La deuxième phase consiste à ajuster expérimentalement cette formulation en fonction des résultats obtenus par des essais effectués en laboratoire (essais d’étude) ou dans les conditions du chantier (épreuves de convenance).

33 La méthode de « Dreux-Gorisse » a pour objectif de déterminer en fonction des critères de maniabilité et de résistance définis par le cahier des charges, la nature et les quantités de matériaux nécessaires à la confection d’un mètre cube de béton (eau E, ciment C, sable S, gravillon g et gravier G en kg/m 3 ).. Données essentielles de base Les données essentielles de base devant être définis par le cahier des charges sont :  la maniabilité,  la résistance du béton,  la nature du ciment,  le type de granulats. Principe de la méthode

34  La maniabilité Elle est choisie en fonction de:  type d’ouvrage à réaliser,  mode de réalisation  moyens de vibration disponibles sur chantier. Affaissement au cône conseillé en fonction du type d’ouvrage à réaliser

35 La résistance Le béton doit être formulé pour qu'à 28 jours sa résistance moyenne en compression atteigne la valeur caractéristique σ’28. Cette valeur doit, par mesure de sécurité, être supérieure de 15 % à la résistance minimale en compression f c28 nécessaire à la stabilité de l’ouvrage.  ’ 28 = 1,15 x f c28 Définie par la résistance en compression sur cylindre à 28 jours, c’est elle qui conduit directement vers le choix du dosage approximatif en ciment dont on devra connaître la classe vraie sur laquelle on peut compter en moyenne.

36 Choix du ciment Le choix du type de ciment est fonction de la valeur de sa classe vraie σ’c et des critères de mise en œuvre (vitesse de prise et de durcissement, chaleur d’hydratation, etc…). Choix des granulats : Les granulats à utiliser dans la fabrication du béton doivent permettre la réalisation d'un squelette granulaire à minimum de vides. Il faut en conséquence utiliser des granulats de toutes tailles pour que les plus petits éléments viennent combler les vides laissés par les plus gros.

37 Méthode de « Dreux-Gorisse » La méthode de formulation de Dreux-Gorisse permet de déterminer les quantités optimales de matériaux (eau E, ciment C, sable S, gravillon g et gravier G) nécessaires à la confection d’un mètre cube de béton conformément au cahier des charges. Plusieurs étapes de calcul successives sont nécessaires à l’obtention de la formulation théorique de béton :  Détermination du rapport C/E  Détermination de C et E  Détermination du mélange optimal à minimum de vide  Détermination de la compacité du béton  Détermination des masses de granulats

38 Détermination du rapport C/E Le rapport C / E est calculé grâce à la formule de Bolomey : Avec : σ’28 = Résistance moyenne en compression du béton à 28 jours en MPa σ’ c = Classe vraie du ciment à 28 jours en MPa C = Dosage en ciment en kg par m 3 de béton E = Dosage en eau total sur matériau sec en litre par m 3 de béton G’ = Coefficient granulaire fonction de la qualité et de la dimension maximale des granulats.

39 Coefficient granulaire G’ en fonction de la qualité et de la taille maximale des granulats D max

40 Détermination de C La valeur de C est déterminée grâce à l’abaque de la figure 1 en fonction des valeurs de C/E et de l’affaissement au cône d’Abrams. Figure 1 : Abaque permettant la détermination de C opt.

41 Détermination de E La quantité d’eau E nécessaire à la confection du béton se calcule grâce aux valeurs de C/E et de C. Correction en pourcentage sur le dosage en eau en fonction de la dimension maximale D des granulats (si D≠20mm).

42 Détermination du mélange optimal à minimum de vides Il s'agit de déterminer les pourcentages de sable, de gravillons et de cailloux qui vont permettre la réalisation d'un squelette granulaire à minimum de vides. La démarche proposée par Dreux pour déterminer le mélange optimum à minimum de vides est la suivante :  Tracé de la droite brisée de référence  Détermination des pourcentages en volumes absolus de matériaux

43 1.Tracé de la droite de référence de Dreux : La droite de référence de Dreux est une droite brisée AOB, dont le point de brisure A est défini par son abscisse X et son ordonnée Y : En abscisse : Si D max ≤ 20 mm X = D max / 2 Si D max > 20 mm X = (D max +5mm) / 2 En ordonnée : Y=50-√D + K K est un terme correcteur qui dépend du dosage en ciment, de l’efficacité du serrage, de la forme des granulats roulés ou concassés et également du module de finesse du sable. Le point O de la droite de Dreux correspond à l’origine du graphe et le point B correspond à D max caractéristique des plus gros granulats.

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45 2. Détermination des pourcentages en volumes absolus de matériaux :

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47 Détermination de la compacité du béton Compacité du béton en fonction de D max, de la consistance et du serrage. Sable + Gravillon + Gravier : V = 1000 γ - C

48 Détermination des masses de granulats Connaissant le volume total absolu des granulats (V) et les pourcentages en volume absolue de sable (S %), de gravillon (g %) et de gravier (G %), il est alors possible de déterminer les volumes de sable (Vs) de gravillon (Vg) et de gravier (VG) ainsi que leurs masses respectives (S, g et G) : V s = V * S % S = V * S % * MVR (S) V g = V * g % g = V * g % * MVR (g) V G = V * G % G = V * G % * MVR (G) Obtention de la formulation théorique de béton La formulation théorique de béton recherchée est définie par les quantités d'eau E, de ciment C, de sable S, de gravillon g et de gravier G. La masse totale d’un mètre cube de béton Do=(E+C+S+g+G) est pour un béton courant comprise entre 2,3 t/m 3 et 2,5 t/m 3. La formulation obtenue reste théorique et il convient de la tester et de la corriger par des essais de laboratoire avant d’être utilisée.