Construction. Formulation des bétons. Sika France

(1)

Constru cti on

Sika France

1

Formulation des bétons

(2)

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2

Plan

Les principes généraux

Exemple : la méthode Dreux-Gorisse

• Exercice d ’application

(3)

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3

Les principes généraux

OBJECTIF :

Proposer la formule la plus économique

répondant à un cahier des charges technique

Cahier des charges

•affaissement

•résistance

•durabilité

•etc...

+

Rapport d’essai

•ciment

•additions

•granulats

•...

Formule économique

(4)

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4

Les principes généraux

Approche bi-phasique:

Caractérisé par :

• Dmax

• compacité

• courbe granulaire

• coef. granulaire

= constituants < 80 µm

La pâte Le squelette

granulaire

Caractérisée par :

• Eau

• Ciment

• Teneur en air

• Rapport E/C

• Additions

• Adjuvants

(5)

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5

Les principes généraux

La pâte

• 1. Le choix des constituants :

– Eau – Ciment

– Teneur en air – Rapport E/C – Additions – Adjuvants

En fonction du cahier des charges :

– des résistances mécaniques à court et long terme – de l’environnement

– des conditions de mise en œuvre du béton

(6)

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6

La pâte

• 1. Choix du ciment



Résistances mécaniques à court et long terme

Choix du Ciment

12,5 22,5 32,5 42,5 52,5 62,5 72,5

0 7 14 21 28

I 52.5 R I 42.5 R II 52.5 R (D7) II 42.5 R (L7) II 32.5 R (L21F2) V 42.5 (S22V22)

(7)

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7

La pâte

• 1. Choix du ciment



Résistances mécaniques à court et long terme



Environnement :

eaux sulphatées

proximité de la mer

utilisation de sels de déverglaçage

présence d’acides

jus agricoles

Choix du Ciment

(8)

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8

La pâte

• 1. Le choix des constituants



Résistances mécaniques à court et long terme



Environnement



Conditions de mise en œuvre :

béton de masse

température extérieure

qualité de parement

importance de la vibration

Les principes généraux

(9)

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9

Teneur en air

La teneur en air

Elle dépend :

– type de malaxage

– méthode de mise en place du béton : « serrage »

– utilisation d’adjuvants entraîneur d’air ou anti-mousse – limitation de la résistance mécanique

Elle entraîne :

– limitation des résistances mécaniques – améliore l’ouvrabilité

– meilleur tenue au cycle de gel/dégel – diminue la masse volumique du béton

Varie de 1% à 8% d’air

(10)

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10

Rapport E/C

La pâte

• 3. Le rapport Eau/Ciment (en masse)

Il faut environ 25% d’eau pour hydrater tout le ciment.

Pour des questions de mise en œuvre, on utilise beaucoup plus d’eau que nécessaire à l’hydratation :

Béton courant : 0,40 < E/C < 0,70

augmentation de la porosité et diminution des

résistances

(11)

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11

Rapport E/C

Les pores d’une pâte de ciment varie du mm à l ’Å :

• air occlus (bulles remplies d ’air de l ’ordre du mm)

• bulles d’air entraîné (Ø entre 10 µm et 1 mm)

• pores capillaires (Ø entre 0,01 µm et 5 µm) (ils sont remplis d’eau et se vident progressivement au cours de la prise et du séchage en commençant par les plus gros)

• pores du gel (Ø < 0,01 µm) : pores des C-S-H. Ils sont remplis d ’eau très stable

(12)

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12

Rapport E/C

Distribution de la porosité pour différents rapports E/C

(13)

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13

Les principes généraux

La pâte

• 3. Le rapport Eau/Ciment (en masse)

– Résistance mécanique

(14)

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14

Les principes généraux

Influence du rapport E/C sur les résistances mécaniques

des bétons

(15)

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15

Les principes généraux

La pâte

• 3. Le rapport Eau/Ciment (en masse)

– Résistance mécanique – Environnement

 le cahier des charge ou les normes locales précisent en général le rapport E/C maximum en fonction de

l’environnement

eaux sulphatées

gel modéré

gel sévère

eau de mer

etc...

(16)

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16

Les principes généraux

La pâte

• 4. Les additions

• Fillers calcaires ;

• Cendres volantes ;

• Laitier ;

• Fumée de silice ;

• Métakaolin ;

• Quartz broyé ;

(17)

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17

Les principes généraux

Les additions - Notion de liant équivalent

• principe

– LE = C + k

_j

. A (k

_j

= cte fonction du type d’addition)

Additions k_j A/(A+C)

Fillers calcaires 0,25 0,25

Cendres volantes 0,4 à 0,6 0,30

Laitier 0,9 0,30

Fumée de silice 1 à 2 0,10

Quartz broyé 0,1 0,10

Autres 0 /

 mais effet de plafonnement

(Valeurs NF P 18-305)

(18)

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18

Les principes généraux

La pâte

• 5. Les adjuvants

En fonction :

– de la fluidité recherchée

– de la nécessité d’entraîner de l ’air – des conditions de mise en œuvre

 cycle de coffrage/décoffrage

 coulage sous l’eau

 durée du maintien de l’affaissement

 etc...

(19)

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19

Les principes généraux

Approche bi-phasique:

Caractérisé par :

• Dmax

• compacité

• courbe granulaire

• coef. granulaire

= constituants < 80 µm

La pâte Le squelette

granulaire

Caractérisée par :

• Eau

• Ciment

• teneur en air

• RapportE/C

• adjuvants

(20)

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20

Les principes généraux

Les granulats varient par leur :

• Distribution dimensionnelle :

– fillers 0/2

– sable 0/6,3 mm – gravillon 1/31,5 – cailloux 20/125

• Forme :

– Roulés (alluvionnaires)

– Concassés (roches broyées) – alongés, plats

(21)

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21

Le squelette granulaire

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0,01 0,1 1 10 100

Tamis (mm)

Tamisats (% volumique)

Les principes généraux

(22)

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22

Les principes généraux

Tableau présentant les caractéristiques de différents

granulats.

(23)

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23

Les principes généraux

Granulats spéciaux

Granulats légers:

– polystyrène expansé, verre expansé, vermiculite (d <

0,5)

– argile ou schiste expansé (0,8 < d < 1,6)

Granulats lourds :

– Basalte (2,8 < d < 3)

– Magnétite (oxyde de fer) (4,5 < d < 5,1)

– Riblons concassés (d  7)

(24)

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24

Les principes généraux

Le squelette granulaire

• 1. Dmax

En fonction :

– de l’espace entre les armatures :

e

Dmax < 2e/3 Dmax < l l

Économiquement, il est toujours préférable d’utiliser le Dmax le plus élevé possible

(25)

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25

Les principes généraux

Le squelette granulaire

• 2. Compacité

– pour avoir un comportement plastique il faut l’aide de la pâte :

Remplir les vides granulaires

ensuite

Ecarter les granulats

Compacité = économie

(26)

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26

Consistance et compacité

Pour un squelette optimisé :

•

5

D 47 d

, 0 1

Compacité   

(formule approchée, d’après Caquot)

(27)

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27

Consistance et compacité

Optimisation du mélange granulaire

(>80µm)

• courbe granulaire type Dreux…

(Ultra)fines en complément du ciment

• remplir les vides des granulats (Super)plastifiant

• casse les flocs des fines = diminution de d

• compacité augmente...

(28)

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29

Les principes généraux

Le squelette granulaire

• 2. Compacité

– recherche de la compacité optimale

• méthode mathématique

» complexe

» nécessite des moyens informatiques

» précise

(29)

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30

Les principes généraux

Le squelette granulaire

• 2. Compacité

– Méthode mathématique

(modèle de suspension solide)

Mesure de la compacité de chaque granulat Itération mathématique

Compacité du mélange binaire

0,5 0,6 0,7 0,8

0 20 40 60 80 100 120

Proportion de Palvadeau 2/4 en %

Compacité

Calcul Théorique

Palvadeau 0/0.315 Palvadeau 2/4

Calcul de la compacité optimale

(30)

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31

Les principes généraux

Le squelette granulaire

• 2. Compacité

– Méthode mathématique

(modèle de suspension solide)

0.65

0.8 0.75 0.7

Mélange ternaire

Palvadeau 12/20

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Palvadeau 2/4

Palvadeau 0/0.315

(31)

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32

Les principes généraux

Le squelette granulaire

• 2. Compacité

– Compacité maximale pas toujours souhaitable :

• dosage faible en ciment

• BAP

• produits fluides de remblayage

Utilisation de la méthode des fuseaux

(32)

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33

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0,01 0,1 1 10 100

Tamis (mm)

Tamisats (% volumique)

Courbe granulaire du béton

Les principes généraux

Le squelette granulaire

• 3. Méthode des fuseaux granulaires

– recherche de la combinaison se plaçant au

centre du fuseau

(33)

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34

Les principes généraux

Approche bi-phasique:

• Dernière étape : recherche des proportions pâte/granulats

200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400

200 220 240 260 280 300 320 340 360

volume de pâte

coût du béton

0 0,5 1

1,5 2

2,5 3

superplastifiant (%)

Coût du béton

% superplastifiant

Méthode expérimentale

(34)

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35

Les principes généraux

Approche bi-phasique :

• Résistances mécaniques Modèle de Bolomey :

f ’

_c

= R

_c

x G ( C - 0,5) E + A

Rc = résistance à la compression normalisée du ciment (Mpa) G = coefficient granulaire (0,4 à 0,6) C = ciment (kg/m³ de béton)

résistance moyenne visée

=

résistance caractéristique

+ 15 à 20 %

(40)

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41

Ouvrabilité

Cône d'ABRAMS (NF P 18-451/ISO 4109)

Caractérise uniquement le seuil de cisaillement du béton t

_o

. Deux bétons peuvent avoir le même seuil (même

affaissement) mais des viscosités très différentes.

(41)

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42

Ouvrabilité

Affaissement Classes Désignation

0-4 Ferme F (S1)

5-9 Plastique P (S2)

10-15 Très Plastique TP (S3)

>16 Fluide F (S4)

Type d’ouvrage Affaissement au cône d’Abrams (cm)

Béton compacté au rouleau 0

Bétons extrudés (poutrelles) Bétons secs (préfabrication)

Béton à démoulage immédiat (parpaing)

3

Béton projeté 5

Mise en place à la pompe > 7

Mise en place à la benne

(banches, planchers, …) TP

Pieux, parois moulées > 18

Béton auto-plaçant / auto-nivelant > 22 (étalement > 650 mm)

(42)

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43

Cône d'ABRAMS

Pour les bétons très fluides (aff. > 20 cm) et auto-plaçants on mesure plutôt l’étalement.

De même, l’étalement caractérise

uniquement le seuil de cisaillement du béton t_o donc 2 bétons peuvent avoir le même seuil (même affaissement) mais des viscosités différentes.

^ _{, S}-1

t, Pa

0 400 800 1200

BAP visqueux

BAP fluide Seuil de cisaillement < 400 Pa

(43)

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44

Maniabilimètre à béton (NF P 18-452) Type B - D > 12,5 mm - 30 litres

Caractérise la fluidité d’un béton sous vibration.

(44)

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45

Appareil VéBé (P18-438 /ISO 4110)

Écoulement sous vibration d’un matériau ferme.

Mesure le temps de vibration nécessaire pour que le cône d ’Abrams s’étale complètement dans la cuve .

Vébé Temps

d’écoulement (s)

V0 > 31

V1 30 à 21

V2 20 à 11

V3 10 à 5

V4  4

(45)

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46

Flow-Test béton (ASTM C 124)

Protocole CTG

Mesure de l’étalement après 15 chocs

Flow-Test (%) = 100*(Etal.-25)/25

N’est plus normalisé

!

(46)

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47

Table DIN (NF P 18-448 / ISO 9812) Essai d ’étalement à la table à chocs

Mesure de l’étalement après 15 chutes.

Étalement = (d1 +d2)/2 (mm)

Table à secousses Etalement (mm)

F1 340

F2 350 à 410

F3 420 à 480

F4 490 à 600

(47)

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48

Degré de compactabilité (P 18-439 / ISO 4111) Essai Walz

On mesure le degré de serrage pour une quantité d’énergie déterminée.

Boîte métal carrée de 400 mm de haut remplie à la truelle.

Facteur de serrage : Rapport du volume du béton avant et après serrage.

c = h

₁

/(h

₁

-s)

_{Test de}

compactibilité

Degré de compactibilité

C0 ³ 1,46

C1 1,45 à 1,26

C2 1,25 à 1,11

C3 1,10 à 1,04

(48)

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49

Méthode Dreux-Gorisse

(49)

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50

Méthode Dreux-Gorisse

6 étapes

• Dmax

• volume fines (formule)

• eau et air (tableaux)

• E/C (formule de Bolomey)

• C (calcul)

• granulats (méthode graphique)

(50)

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51

Méthode Dreux-Gorisse

• Volume de fines

2 ,

D

0

Vfines  220

(51)

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52

Méthode Dreux-Gorisse

• Eau et air

(52)

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53

Méthode Dreux-Gorisse

• Formule de Bolomey

 

 



 

 



 0 , 5

V E

k C Rc

Rb

₂₈ ₂₈ _b

5 , k 0

Rc Rb V

E C

b 28

28



 



(53)

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54

Méthode Dreux-Gorisse

(54)

Constru cti on

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55

Méthode Dreux-Gorisse

• Ciment

    _



 



 

 



 

 



 



 0 , 5

k Rc

V Rb V E

E V C

E C

b 28

Vg

%

Vg

_i



_i



(62)

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63

Méthode Dreux-Gorisse : exemple

Cahier des charges

• B25

• Plastique

• 0/25

• Granulats siliceux roulés 0/6 et 5/20

• CPA-CEM II/A 32,5

(63)

Constru cti on

Méthode Dreux-Gorisse : exemple

• Formule de Bolomey

 

 



 

 



 0 , 5

V E

k C Rc

Rb

₂₈ ₂₈ _b

5 , k 0

Rc Rb V

E C

b 28

28



 



30 MPa

0,55 45 MPa

= 1,71

(66)

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67

Méthode Dreux-Gorisse : exemple

• Ciment

  _ ^ _ ^

 



 E V

V C E

C

181 19 1,71

= 342

(67)

Constru cti on

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68

Méthode Dreux-Gorisse : exemple

• Volume de fines

2 ,

D

0

Vfines  220

V

_C

= 342 / 3.15 = 109 l/m

³

(68)

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69

Méthode Dreux-Gorisse : exemple

• Courbe de Dreux

(69)

Constru cti on

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70

Méthode Dreux-Gorisse : exemple

• Volume granulats

691 19 181

109 1000

Vg







m

3

/ kg 859

7 , 2 x 318 ms

318 691

% 46

Vs      

m

3

/ kg 1007

7 , 2 x 373 mg

373 691

% 54

Vg      

(70)

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71

Méthode Dreux-Gorisse : exemple

Formule

• C = 342 kg/m

³

• E = 181 l/m

³

• V = 19 l/m

³

• mg = 1007 kg/m

³

• ms = 859 kg/m

³