Vibration des bétons.

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1 Vibration des bétons

2 Pourquoi vibrer le béton…?
Gravillons Ciment Sable Eau Le béton = granulats + ciment + eau+ adjuvants +… air Air Adjuvants

3 Pourquoi vibrer le béton…?
 Pour obtenir un matériau homogène et le plus compact (ou serré) possible Minimum d’air et de vide Sans ségrégation Porosité minimale Remplissage intégral des coffrages et des moules Enrobage correct des armatures  Béton non vibré Bulles d’air restent piégées au cœur de la pâte Béton foisonné

4 Pourquoi vibrer le béton…?
Béton non vibré Vibration Optimisation de la compacité la vibration transmise aux différents grains constituant le béton, se traduit par un déplacement de ceux-ci, selon un mouvement alternatif rapide et de faible amplitude. Ces mouvements internes développent des forces susceptibles de faciliter l’arrangement optimal des grains. Sous l’effet de forces dues à la pesanteur et à la pression exercée par la masse du béton, les grains tendent alors à adopter une disposition plus compacte,les grains les plus fins s’insérant entre les plus gros. Soumis à la vibration, le béton se comporte comme un corps plastique caractérisé par une certaine viscosité et dont l’abaissement du seuil de cisaillement (valeur minimale de la force assurant le déplacement d’une surface par rapport à une autre dans un fluide plastique) facilite l’écoulement. Lors de la vibration, l’énergie absorbée par le béton est d’autant plus grande que sa structure est plus aérée, les bulles d’air jouant un rôle d’amortisseur. Une fois serré, le béton absorbe moins d’énergie et en transmet plus. Expulsion de l’air L’abaissement des forces de frottement (effet de liquéfaction du béton) rend prédominantes les forces de gravité. L’air, qui a une densité très faible par rapport à celle du milieu environnant, se trouve par contre soumis à une force ascensionnelle importante, qui tend à le faire remonter à la surface. Ce phénomène est nettement visible lors de la vibration. L’arrêt du dégagement d’air marque le moment où la vibration n’a plus d’effet sur le serrage du béton et peut même devenir néfaste en provoquant la ségrégation des granulats plus lourds par rapport à la laitance de ciment plus légère. Ce phénomène se trouve inversé avec les granulats légers qu’un excès de vibration peut faire remonter à la surface. Vibration Appliquée au béton frais Facilite l’empilement optimal des granulats

5 Pourquoi vibrer le béton…?
Apports d’une vibration adaptée  Densité du béton plus élevée (ou porosité plus faible)  Gain de résistance mécanique  Meilleure durabilité du béton  Mise en œuvre plus aisée  Meilleur remplissage des coffrages  Maîtrise esthétique des parements  Bonne adhérence béton/armatures  Enrobage parfait des armatures Domaines d’application de la vibration : Ouvrages verticaux : murs, voiles, poteaux Ouvrages horizontaux : dalles, dallages, voiries, chaussées Amélioration de la maniabilité La vibration a pour effet d’améliorer la viscosité du béton ; il y a donc tout intérêt à réduire l’eau de gâchage, (par exemple en utilisant un adjuvant) dont une partie importante n’est pas nécessaire à l’hydratation du ciment, mais sert uniquement à rendre le béton plus plastique. Une vibration adaptée permet donc la mise en place efficace de bétons fermes contenant peu d’eau et, qui, une fois durcis, ont l’avantage d’avoir une faible porosité. Sur le béton durci Les effets de la vibration sur le béton frais se traduisent, pour le béton durci, par des caractéristiques améliorées : • une porosité réduite par l’effet cumulé du serrage, du départ de l’air et de la réduction d’eau nécessaire pour assurer la maniabilité du béton ; • une homogénéité améliorée par une vibration transmise à la totalité de sa masse ; • un retrait diminué ; • un enrobage efficace des armatures.

6 Les 3 procédés de vibration
Vibration externe  Vibration transmise au béton par le coffrage ou par le moule Vibration interne  Vibration transmise directement dans la masse du béton par des aiguilles vibrantes Vibration de surface  Vibration transmise directement au béton par sa surface au moyen d’une règle vibrante

7 Matériel de vibration Vibrateurs internes : aiguilles vibrantes Pneumatiques : Ø 25 à 150 mm Electriques à moteur incorporé : Ø 25 à 90 mm Mécaniques : Ø 25 à 70 mm Les vibrateurs internes Simples et efficaces, couramment utilisés sur chantier, ils sont appelés aiguilles vibrantes et sont constitués par un tube métallique dans lequel la rotation d’une masselotte excentrée produit la vibration. Différentes formes d’énergie sont utilisées qui conduisent à des conceptions différentes : pneumatique, électrique, thermique. La vibration doit être réalisée avec aiguilles vibrantes de fréquence et de dimension adaptées Le diamètre des aiguilles usuelles varie de 25 à 100 mm. Leur fréquence est comprise entre 10 et vib./mn. Indépendamment du fait qu’une aiguille doit être choisie en fonction de sa masse qui la rend plus ou moins manoeuvrable et d’un diamètre compatible avec l’espacement des armatures entre lesquelles elle doit pouvoir facilement se positionner, les principaux critères de choix restent le volume du béton à vibrer et sa granulométrie. Les aiguilles de 40 à 70 mm sont plutôt utilisées pour des bétons courants et des volumes n’excédant pas 10 m3 et dont la granulométrie est inférieure à 25 mm. Les aiguilles de plus de 70 mm sont utilisées pour des volumes de 10 à 30 m3 de béton avec de fortes granulométries. Une aiguille vibrante est constituée par un tube métallique, dans lequel la rotation d’une masse excentrée provoque la vibration

8 Matériel de vibration Vibrateurs externes Pneumatiques Electriques
Vibrateurs de surface Règles vibrantes de surface “lisseuses” Ne dispensent pas d’une vibration dans la masse Les vibrateurs externes Les vibreurs de coffrage sont installés à l'extérieur du coffrage. Les vibrations sont transmises successivement au coffrage et au béton. Cette méthode n'est intéressante que dans deux cas : Quand la somme des sphères d'influence des parois mises en vibration est plus grande que l'épaisseur de la couche de béton frais se trouvant entre ces parois. Vu les dimensions limitées de ces sphères d'influence, ce procédé est donc adapté au serrage d'éléments de construction hauts et à parois fines (parois, colonnes, poutres), qui sont difficiles à vibrer autrement.Quand la densité des aciers à l’intérieur des coffrages est trop importante. Les vibrateurs de coffrages De même que les aiguilles, les vibrateurs de coffrages utilisent le principe de la vibration produite par la rotation d’une masselotte excentrée. Fixés sur les coffrages, les vibrateurs imposent que ceux-ci soient suffisamment lourds et rigides pour ne pas se déformer et transmettre la vibration de façon homogène. La fréquence de vibration des vibrateurs électriques est le plus souvent de ou vib./mn. Les vibrateurs pneumatiques atteignent des fréquences plus élevées : entre et vib./mn. La profondeur de béton intéressée par la vibration ne dépassant pas généralement 20 à 25 cm, ce type de vibrateurs est réservé à des pièces d’épaisseur moyenne : murs, voiles, poteaux, poutres. L’emplacement des vibrateurs et le temps de vibration sont plus délicats à déterminer, car les paramètres sont nombreux : la nature du moule ou du coffrage, la forme de la pièce, le volume du béton et sa composition. L’expérience, des essais préalables, ainsi que l’assistance des fabricants de vibrateurs sont le plus souvent nécessaires pour obtenir les meilleurs résultats. Les vibrateurs de surface Les vibrateurs de surface permettent de transmettre la vibration à partir d’une règle ou d’une poutre déplacée sur la surface du béton. Ces vibreurs sont intéressants pour le serrage de constructions minces et horizontales telles les dalles de béton, les routes, etc. L'amplitude doit être suffisante pour garantir une efficacité en profondeur. Le poids de la poutre (ou de la plaque) vibrante, le moteur vibrant et le nombre de vibrations à apporter par unité de longueur au béton à serrer sont autant d'autres paramètres déterminants. Le vibrateur est fixé sur la règle qui doit présenter une rigidité et une inertie suffisantes. Ce type de vibration est réservée aux dalles, aux voiries en béton et, de façon générale, à tout élément horizontal de faible épaisseur (15 à 20 cm au maximum).

9 Vibration avec aiguilles vibrantes
Paramètres importants pour le choix de l’aiguille vibrante Diamètre de l’aiguille  Déterminé en fonction des dimensions de l’ouvrage  Limité en fonction de la densité de ferraillage Caractéristiques de l’aiguille  Doit pouvoir s’enfoncer sous son propre poids dans le béton frais  Sa masse peut donc varier en fonction de la consistance du béton

10 Vibration avec aiguilles vibrantes
Paramètres importants pour le choix de l’aiguille vibrante Fréquence de vibration de l’aiguille Varie suivant les granulats : Gravillons et graviers  Basses fréquences : tr / mn Sables, ciment et fines  Hautes fréquences : tr / mn Longueur de l’aiguille Ne doit pas dépasser l’épaisseur de la couche de béton  30 à 50 cm Énergie L’énergie transmise au béton par le vibrateur est proportionnelle à la masse du balourd en rotation, à son excentricité et au carré de sa vitesse. Elle caractérise l’efficacité d’un appareil et doit être la plus élevée possible, tout en restant compatible avec la taille du vibrateur. Fréquence La fréquence optimale varie suivant la taille des granulats. Une fréquence basse (environ vib./mn) favorise la vibration des gros granulats, une fréquence élevée (environ vib./mn) celle des éléments plus fins. Amplitude C’est un paramètre qui détermine en particulier le déplacement des constituants du béton durant une demi-vibration, mais sa mesure est délicate. On peut cependant dire qu’une trop forte amplitude favorise la ségrégation, surtout avec un béton mou. On a donc intérêt à la limiter et à privilégier l’augmentation de la fréquence. Nota - Fréquence et durée de vibration doivent être adaptées à la composition du béton et aux caractéristiques géométriques de l’ouvrage

11 Vibration avec aiguilles vibrantes
Règles usuelles générales Limiter la hauteur de chute du béton Epaisseur des couches de béton : 30 à 50 cm Maintenir une vitesse de bétonnage aussi constante que possible Introduire rapidement l’aiguille dans la masse Immerger l’aiguille verticalement ou sous un angle faible Repiquer la couche inférieure sur 10 à 20 cm Ressortir l’aiguille d’autant plus lentement que le béton est ferme Le trou laissé par l’aiguille doit se refermer lors de la remontée

12 Vibration avec aiguilles vibrantes
Règles usuelles générales Ne jamais mettre en contact direct l’aiguille avec les armatures ou le coffrage Ne pas vibrer trop près du coffrage Éviter de laisser le vibreur en marche s’il n’est pas dans le béton Eviter la mise en place et la vibration du béton sous forte pluie Appliquer la vibration à la totalité du volume de béton de manière uniforme Ne pas utiliser l’aiguille pour déplacer le béton Ne pas vibrer directement le béton d’enrobage Respecter un maillage d’introduction du vibreur

13 Marques laissées par une mauvaise vibration

14 Vibration avec aiguilles vibrantes
La vibration : une succession de zones concentriques Zone 1 périphérique  déjà serrée et désaérée Zone 2 en cours de plastification  absorbe la totalité de l’énergie au fur et à mesure qu’on s’éloigne de la source vibratoire La vibration une succession de zones concentriques : La zone périphérique déjà serrée et désaérée, une zone en cours de plastification qui absorbe la totalité de l’énergie au fur et à mesure qu’on s’éloigne de la source vibratoire, Une zone qui n’est plus accessible à la vibration, car elle ne reçoit pratiquement plus d’énergie. Les deux premières zones constituent le rayon d’action de l’aiguille vibrante. Zone 3 pas accessible à la vibration  ne reçoit pratiquement plus d’énergie Zones 1 et 2 : rayon d’action de l’aiguille vibrante

15 Vibration avec aiguilles vibrantes
Éléments verticaux d : diamètre de l’aiguille D : diamètre d’action  D = 10 x d Δ : espacement entre deux points d’introduction  Δ = 8 à 9 x d Epaisseur du voile (cm) Diamètre de l’aiguille (cm) 20 3 25 3,5 30 4

16 Vibration avec aiguilles vibrantes
Éléments verticaux Exemple : voile de 20 cm d’épaisseur Diamètre (d) de l’aiguille : d = e / 7 (e : épaisseur du voile) d’où D = 1,4 e et Δ = 0,85 D d = ? D = 1,4 x e = 28 cm aiguille Δ =0,85 x D banches e = 20 cm = 25 cm béton Diamètre d’action D souhaité : 1,4 x 20 = 28 cm (environ) Diamètre d idéal de l’aiguille : 28 mm  d = 30 mm d = D /10

17 > 8,5 d D = 35 mm e = 25 cm Δ = 8,5 x d D = 25 mm
Manque de vibration si respect écartement 8,5 x d Survibration si points d’introduction trop rapprochés Manque de vibration compensé par survibration coffrage Grande partie de l’énergie dans le coffrage  augmenter l’espacement > 8,5 d Attention aux fantômes de coffrage D = 50 mm

18 Vibration avec aiguilles vibrantes
Éléments verticaux Choix du diamètre de l’aiguille IMPORTANT Si l’aiguille est trop petite  Faire plus de passages, donc perte de temps Si l’aiguille est trop grosse  Une grande partie de l’énergie passe dans le coffrage et la vibration peut créer des défauts de parement

19 Vibration avec aiguilles vibrantes
Éléments verticaux Vibration par couches Couches de 30 à 50 cm Pénétration dans la couche inférieure de 10 à 15 cm 15 cm

20 Vibration avec aiguilles vibrantes
Éléments verticaux Remontées de l’aiguille Quand le béton ne tasse plus Lorsque les bulles d’air ne remontent plus à la surface Quand la surface commence à briller Le temps de vibration lié à la nature du béton (granulométrie, consistance), au volume à vibrer, à la densité de ferraillage, varie également en fonction du type de vibrateurs et de leur puissance. Certains indices permettent d’apprécier le moment requis pour arrêter la vibration : • le béton cesse de se tasser ; • le dégagement de bulles d’air s’arrête ; • la laitance apparaît en surface. La détermination du temps de vibration est importante, car s’il est trop court, le béton est insuffisamment serré, s’il est trop long, il peut entraîner une ségrégation de ses constituants. Les effets de la vibration en fonction du temps se caractérisent par une action rapide qui diminue très vite, une fois obtenus l’arrangement des grains et l’expulsion de l’air. A titre indicatif, les temps nécessaires à la vibration d’un volume de béton (en pervibration : temps où l’aiguille est laissée au même emplacement) sont de l’ordre de : • 5 secondes pour les bétons mous ; • 20 secondes pour les bétons plastiques ; • 1 minute pour les bétons fermes. Lorsque le bruit émis par le vibrateur se stabilise Ordres de grandeur : • 5 secondes pour les bétons mous • 20 secondes pour les bétons plastiques • 1 minute pour les bétons fermes

21 Vibration avec aiguilles vibrantes
Éléments verticaux Vibration autour d’une réservation de fenêtre Couches de béton d’environ 50 cm Vibrer d’un seul côté jusqu’à apparition du béton de l’autre côté Risque de poche d’air si remplissage de part et d’autre de la réservation Vibration d’un voile comportant une ouverture en réservation. Dans le cas de réservation telle qu’une ouverture de fenêtre par exemple, on vibrera par couche de 50 cm d’un seul côté (1) jusqu’à l’apparition du béton de l’autre côté (2), s’assurant ainsi que la partie inférieure (3) est bien remplie. Si le béton est coulé des 2 côtés, il y a risque en partie inférieure (3) de création de poche d’air.

22 Vibration avec aiguilles vibrantes
Éléments verticaux Vibration autour d’une réservation de porte Couches de béton d’environ 50 cm Remplir et vibrer simultanément des deux côtés Réservation pour porte ou ouverture pleine Vibration d’un voile comportant une porte en réservation. Dans le cas de réservation d’une porte, le béton n’a pas à remplir de cavité en partie basse ; on coulera et on vibrera comme indiqué précédemment mais régulièrement de chaque côté. • poteaux et piles On peut appliquer les critères précédents entre autres pour les épaisseurs de couche et la reprise de bétonnage sur une épaisseur de 0,10 à 0,15 cm de la couche inférieure.

23 Vibration avec aiguilles vibrantes
Éléments verticaux Points particuliers à soigner Répartition égale de produits démoulants sur le coffrage, sur une épaisseur minimale Descendre la manche à béton le plus possible, pour éviter les projections Éléments verticaux Points particuliers à soigner : Répartition égale de produits démoulants sur le coffrage, sur une épaisseur minimale, Descendre la manche à béton le plus possible, de manière à éviter les projections, La dernière couche de béton doit être vibrée légèrement plus longtemps. La dernière couche de béton doit être vibrée légèrement plus longtemps

24 Vibration avec aiguilles vibrantes
Éléments horizontaux Ne pas incliner l’aiguille à plus de 45° Longueur du corps vibrant de l’aiguille  peut être légèrement supérieure à l’épaisseur de béton à vibrer, à condition d’incliner l’aiguille (45° maxi) Nota - Il existe des vibrateurs à corps vibrant court, de plus gros diamètre. Leur puissance est identique à celle d’un vibreur plus long

25 Vibration avec aiguilles vibrantes
Éléments horizontaux Principe de calcul d’espacement des introductions  le même que pour les éléments verticaux Ne pas traîner l’aiguille dans le béton  risque de provoquer ressuage et ségrégation Pb emploi de r au lieu de d • L’épaisseur de l’élément à vibrer peut être inférieure ou sensiblement égale à la longueur du corps vibrant du vibrateur interne. La solution consiste à plonger celui-ci en position inclinée sans pour autant dépasser une inclinaison de l’ordre de 45 °. Dans le cas d’éléments de faible épaisseur, utiliser des vibrateurs à corps vibrant court qui à puissance identique présentent un diamètre plus fort que celui des vibrateurs courants. • Le ou les vibrateurs doivent passer aisément entre les mailles. • Les intervalles entre points d’immersion du ou des vibrateurs se calculent comme dans le cas de la vibration des éléments verticaux. • Les zones d’action du vibrateur doivent s’entrecroiser. • La pratique qui consiste à traîner l’aiguille à l’horizontale est à proscrire (elle est génératrice de ressuage et de microfissuration).

26 Mise en œuvre Éléments horizontaux Attention ! Règle vibrante : efficace sur 12 à 15 cm de profondeur Règle vibrante “lisseuse” : efficace sur 5 cm ! Ce matériel sert essentiellement à “dresser” la surface de l’ouvrage ; les règles vibrantes sont bien adaptées aux travaux de dallage ou de voirie. Elles ont une action de serrage du béton réduite à quelques centimètres d’épaisseur et, dans la plupart des cas, nécessitent une prévibration du béton à l’aide de vibrateurs internes. Conseils d’utilisation : - Placer les guides de niveau. - Tirer la règle régulièrement et, si le béton s’amasse devant, le retirer ou l’épendre. SOMMAIRE SESSION 6 SOMMAIRE GÉNÉRAL