5 Caractéristiques principales du béton frais








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Le béton

Présentation du chapitre 6

Ce chapitre traite du béton. Après une présentation de ses constituants, de sa mise en oeuvre, de ses avantages et de ses inconvénients, nous verrons comment il peut être classifié suivant sa masse volumique ou la nature du liant.

La section 6.3 présentera brièvement comment sélectionner les éléments nécessaires à la composition du béton. La composition proprement dite sera abordée dans la section 6.4.

Les sections 6.5 et 6.6 aborderont respectivement les caractéristiques principales du béton frais et du béton durcissant.

La section 6.7 détaillera les différents types de déformation que peut subir le béton.

Finalement, vous pourrez expérimenter et mesurer vous-même en laboratoire ces caractéristiques en suivant la description des essais de la section Expériences.

La partie exercices vous permettra de tester vos connaissances théoriques sur le béton.

 

Sommaire du chapitre

1 Introduction

2 Classification

3 Sélection des éléments

4 Etude de la composition

5 Caractéristiques principales du béton frais

6 Caractéristiques principales du béton durcissant

7 Les déformations du béton

8 Expériences

Exercices

1 Introduction

Le béton est un matériau composite aggloméré constitué de granulats durs de diverses dimensions collées entre eux par un liant. Dans les bétons courants, les granulats sont des grains de pierre, sable, gravier, cailloux et le liant est un ciment, généralement un ciment portland. Les composants sont très différents: leurs masses volumiques vont, dans les bétons courants de 1 (eau) à 3 (ciment) t/m3. Si le type de liant utilisé n'est pas un ciment, on parle alors, selon le liant utilisé, de béton de résine, de béton d'hydrocarboné, de béton d'argile, etc.


Fig. 6.1.1 : La différence entre le béton et le mortier.

Les différents granulats forment le squelette granulaire du mortier ou du béton. Le ciment, l'eau et les adjuvants forment la pâte liante. Lorsqu’il n’y a pas de squelette granulaire, on parle de "pâte de ciment". La pâte est un élément unique et actif du béton enrobant les granulats. L'objectif est de remplir les vides existants entre les grains. La pâte joue le rôle de lubrifiant et de colle.

Dans le béton où une très grande compacité est recherchée (béton HP par exemple), la dimension des éléments les plus fins peut descendre en dessous de 0,1 mm (fillers, fumée de silice).
De même les granulats très légers ont des masses volumiques inférieures à 100 kg/m3.

Ordre de grandeur des proportions des constituants d'un béton courant, présentés dans le tableau ci-dessous.

Tableau 6.1.1: La composition des constituants de béton en poids et en volume

1.1. Les divers stades de fabrication et de vie du béton

  • CONSTITUANTS D'UN BETON :


Fig. 6.1.2: Les constituants du béton (Fabrication du béton frais)

  • MISE EN OEUVRE :


Fig. 6.1.3: Transport et mise en place le béton frais

Toutes les opérations de mise en oeuvre sont importantes si l'on veut obtenir un béton dense de qualité homogène.

  • DURCISSEMENT :


Fig. 6.1.4: Durcissement finition

La condition favorable pour le durcissement d'un béton:

  • l'humidité

  • la température supérieure à 50 °C.

  • le calme pendant la période de cure (absence de sollicitation d'ordre mécanique ou physique).



  • VEILLISSEMENT :


Fig. 6.1.5: Détermination, exploitation et destruction

Pour être durable, un béton doit:

  • être bien composé.

  • correctement mis en oeuvre.

  • protégé des causes possibles d'altération par des dispositions constructives adéquates.

1.2. Principaux avantages et inconvénients du béton

  • Avantages du béton:

  • Il est peu coûteux, facile à fabriquer et nécessite peu d'entretien.

  • Il épouse toutes les formes qui lui sont données. Des modifications et adaptations du projet sur le chantier sont faciles à effectuer.

  • Il devient solide comme de la pierre. Correctement utilisé, il dure des millénaires. Il résiste bien au feu et aux actions mécaniques usuelles.

  • Associé à des armatures en acier, il acquiert des propriétés nouvelles qui en font un matériau de construction aux possibilités immenses (béton armé, béton précontraint).

  • Il convient aux constructions monolithiques. Les assemblages sont faciles à réaliser dans le cas de béton coulé sur place. Dans la plupart des cas, les dimensions des ouvrages et éléments d'ouvrage en béton sont suffisants pour ne pas poser de problème délicat de stabilité.

  • Les ressources nécessaires pour sa fabrication existent dans de nombreux pays en quantités presque illimitées.

  • Il exige peu énergie pour sa fabrication.

  • Inconvénients du béton:

Les principaux inconvénients du béton ont pu être éliminés grâce à son association à des armatures en acier ou à l'utilisation de la précontrainte. De toutes façons, il reste les quelques inconvénients suivants:

  • son poids propre élevé (densité de 2,4 environ qui peut être réduite à 1,8 dans le cas de bétons légers de structure et à moins de 1,0 dans le cas de béton légers d'isolation)

  • sa faible isolation thermique (elle peut être facilement améliorée en ajoutant une couche de produit isolant ou en utilisant des béton légers spéciaux)

  • le coût élevé entraîné par la destruction du béton en cas de modification d'un ouvrage.

2 Classification du béton

Le béton fait partie de notre cadre de vie. il a mérité sa place par sa caractéristique de résistance, ses propriétés en matière thermique, sa résistance au feu, son isolation phonique, son aptitude au vieillissement, ainsi que par la diversité qu'il permet dans les formes, les couleurs et les aspects. Le béton utilisé dans le bâtiment, ainsi que dans les travaux publics comprend plusieurs catégories.

En général le béton peut être classer en 4 groupes, selon la masse volumique:

  • Béton très lourd: > 2500 kg/m3.

  • Béton lourd (béton courant): 1800 - 2500 kg/m3.

  • Béton léger: 500 - 1800 kg/m3.

  • Béton très léger: < 500 kg/m3.

Le béton courant peut aussi être classer en fonction de la nature des liants:

  • Béton de ciment (le ciment),

  • Béton silicate (la chaux),

  • Béton de gypse (le gypse) et

  • Béton asphalte.

Le béton peut varier en fonction de la nature des granulats, des adjuvants, des colorants, des traitements de surface et peuvent ainsi s’adapter aux exigences de chaque réalisation, par ses performances et par son aspect.

a) Les bétons courants sont les plus utilisés, aussi bien dans le bâtiment qu'en travaux publics. Ils présentent une masse volumique de 2003 kg/m3 environ. Ils peuvent être armés ou non, et lorsqu'ils sont très sollicités en flexion, précontraints.

b) Les bétons lourds, dont les masses volumiques peuvent atteindre 6000 kg/m3 servent, entre autres, pour la protection contre les rayons radioactifs.

c) Les bétons de granulats légers, dont la résistance peut être élevée, sont employés dans le bâtiment, pour les plates-formes offshores ou les ponts.

d) Les bétons cellulaires (bétons très légers) dont les masses volumiques sont inférieures de 500 kg/m3. Ils sont utilisés dans le bâtiment, pour répondre aux problèmes d'isolation.

e) Les bétons de fibres, plus récents, correspondent à des usages très variés: dallages, éléments décoratifs, mobilier urbain.

La norme ENV 206 classes les bétons en fonction de leur résistance caractéristique à la compression conformément au tableau 6.1. Dans ce tableau fckcyl est la résistance caractéristique mesurée sur cylindres (c’est cette résistance qui correspond à la résistance caractéristique à laquelle il est fait référence dans l’Euro code 2) ; fck cube est la résistance caractéristique mesurée sur cubes. Les valeurs soulignées sont les valeurs recommandées.

Tableau 6.3: Classes de résistance du béton

3 Sélection les éléments pour béton

Le béton est composé de granulats, de ciment, d’eau et éventuellement d’adjuvants. Parmi les quatre constituants, les granulats jouent un rôle important, d’une part car ils forment le squelette et présentent, dans les cas usuels, environ 80 % du poids total du béton et d’autre part car au point de vue économique, ils permettent de diminuer la quantité de liant qui est le plus cher. En plus, du point de vue technique, ils augmentent la stabilité dimensionnelle (retrait, fluage) et ils sont plus résistants que la pâte de ciment.

Les granulats utilisés dans les travaux de génie civil doivent répondre à des impératifs de qualité et des caractéristiques propres à chaque usage.

Qualités exigées des granulats

Les granulats utilisés pour la fabrication des bétons doivent:

a) être stables et durables et donc résister:



Pour remplir ces conditions, il suffit en général de choisir des granulats compacts (ou peu poreux) et non réactifs avec le ciment.

b) posséder une certaine résistance et dureté:



c) être propre:



d) donner un mélange compact, ce qui nécessite:



4 Etude de la composition du béton

En général il n’existe pas de méthode de composition du béton qui soit universellement reconnue comme étant la meilleure. La composition du béton est toujours le résultat d’un compromis entre une série d’exigences généralement contradictoires.

De nombreuses méthodes de composition du béton plus ou moins compliquées et ingénieuses ont été élaborées. On notera qu’une étude de composition de béton doit toujours être contrôlée expérimentalement et qu’une étude effectuée en laboratoire doit généralement être adaptée ultérieurement aux conditions réelles du chantier.

Une méthode de composition du béton pourra être considérée comme satisfaisante si elle permet de réaliser un béton répondant aux exigences suivantes :

  • Le béton doit présenter, après durcissement, une certaine résistance à la compression.

  • Le béton frais doit pouvoir facilement être mis en oeuvre avec les moyens et méthodes utilisées sur le chantier.

  • Le béton doit présenter un faible retrait et un fluage peu important.

  • Le coût du béton doit rester le plus bas possible.

Dans le passé, pour la composition du béton, on prescrivait des proportions théoriques de ciment, d’agrégat fin et d’agrégat grossier. Mais l’élaboration des ciments ayant fait des progrès considérables, de nombreux chercheurs ont exprimé des formules en rapport avec les qualités recherchées:

  • minimum de vides internes, déterminant une résistance élevée;

  • bonne étanchéité améliorant la durabilité

  • résistance chimique;

  • résistance aux agents extérieurs tels que le gel, l’abrasion, la dessiccation.

Sur un petit chantier où l’on fabrique artisanalement et souvent bien son béton l’on utilise le vieux principe: 2/3 de gros éléments et 1/3 d’éléments fins, soit 800 litres de gravillons et 400 litres de sable par mètre cube de béton pour 350 à 400 kg de ciment. La quantité d’eau de gâchage varie trop souvent au gré du savoir-faire du maçon, la nature de ciment, l’humidité du granulat passant après la consistance du béton à obtenir.

Le béton peut varier en fonction de la nature des granulats, des adjuvants, des colorants, des traitements de surface, et peut ainsi s’adapter aux exigences de chaque réalisation, par ces performances et par son aspect.

La composition d’un béton et le dosage de ses constituants sont fortement influencés par l’emploi auquel est destiné le béton et par les moyens de mise en oeuvre utilisés.

Dans la composition d’un béton, les deux relations importantes suivantes interviennent:

  • La somme des poids des constituants de 1 m3 de béton fini est égal au poids de 1 m3 de béton fini. Si le ciment (C), l’eau (E) et les granulats (Gi) sont les poids des constituants en kg par m3 de béton fini et Δ. la densité du béton en place, on a :



  • Le volume occupé par les constituants de 1 m3 de béton est égal à 1 m3. Si (C), (E) et (Gi) sont les volumes absolus des constituants en litres par m3 de béton fini, on a :



Il est avantageux d’écrire ces deux relations sous forme tabulaire :

Tableau 6.4.2: Le dosage des constituants de béton en poids et en volumes absolus




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