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Bétons durcis
La caractéristique essentielle du béton durci est la résistance mécanique en compression à un âge donné (28 jours). Le béton est un matériau travaillant bien en compression, dont la connaissance de ses propriétés mécaniques est indispensable pour le calcul du dimensionnement des ouvrages. Très souvent un béton de résistances mécaniques élevées est durable bien que l’on puisse confectionner avec un ciment très performant un béton sous-dosé, peu étanche, de durabilité limitée, mais possédant cependant les résistances en compression exigées.
La résistance du béton dépend d’un grand nombre de paramètres : le type et le dosage des matériaux utilisés, le degré et la condition de réalisation.
Par ailleurs, la résistance du béton est fonction d’une quantité de facteurs autres que la classe de ciment et qui sont à contrôler et à surveiller dès le choix de la qualité des granulats et tout au long de la chaîne de bétonnage.
A part de la résistance en compression ; le béton est caractérisé aussi par la résistance en traction, en flexion, au cisaillement.
Méthode et technique de contrôle courante du béton durci par la méthode destructive
• Résistance à la compression
Les éprouvettes conservées dans l’eau à 20°C sont essuyées et pesées, chargées jusqu’à rupture dans une machine pour essai de compression conforme à l’EN 12390-4 à une vitesse constante. La charge maximale atteinte est enregistrée et la résistance en compression calculée. Leurs extrémités sont rectifiées (surfaçage à l’aide de souffre) .On mesure généralement à 7 jours et 28 jours la résistance à la compression qui est le rapport entre la charge maximale appliquée et la surface de l’éprouvette. L’éprouvette le plus couramment employés est le cylindre de 16 x 32 cm dont la section est de 200 cm².
Figure 4: Presse béton Figure 5: Presse béton manuelle électronique
• Traction par fendage
L’essai consiste à écraser un cylindre de béton couché suivant deux génératrices opposées entre les deux plateaux de la presse. Cet essai est souvent appelé « Essai Brésilien ». Si « P » est la charge de compression maximale entraînant l’éclatement du cylindre par mise en traction du plan diamétrale verticale, « D » diamètre et « L » longueur du cylindre, la résistance en traction est égale à : (http://www.univ-msila.dz)
Avec : j = âge du béton (en jours) au moment de l’essai ;
D : diamètre du cylindre (m)
L = longueur du cylindre (m)
• Traction par flexion
L’essai consiste à rompre une éprouvette prismatique de longueur «4 a » et de côté « a » sous une flexion à quatre points et une charge totale « P». Le moment M étant constant entre les deux points d’application de la charge :
Figure 7: Essai de traction par flexion
La résistance à la traction par flexion:
; I : moment d’inertie de la section (http://www.univ-msila.dz)
Méthode et technique de contrôle courante du béton durci par la méthode semi-destructive
• Le scléromètre
L’essai au scléromètre consiste à mesurer le rebondissement d’une petite masselotte composée de bille métallique projetée violement par un ressort qui comprime lors de l’application de l’appareil contre la surface d’un matériau (béton) à mesurer.
Figure 8: Essai au scléromètre
A une pression suffisant, le ressort serait brusquement libéré. La hauteur de rebondissement de la masselotte est d’autant plus importante que le béton est plus résistant. Et l’indice sclérométrique est mesuré sur une échelle graduée. L’augmentation de la teneur en eau du béton diminue les valeurs de cet indice. La surface sur laquelle l’essai est effectué peut être horizontale, verticale ou à tout autre angle, mais l’appareil doit être étalonné à la position où il sera utilisé. Il existe une corrélation empirique entre La dureté superficielle du béton, la résistance fc et l’indice sclérométrique I. Donc, la formule suivante permet d’évaluer approximativement la résistance du béton auscultée :
(G. DREUX et J. FESTA. Nouveau guide du béton et de ses constituants.
Huitième Edition EYROLLES mai 1998).
Figure 9: Variation de la résistance en fonction de l’indice sclérométrique
Apport de la géophysique sur les essais et mesures des résistances mécaniques du béton : la méthode non destructive
• L’auscultation dynamique
La mesure de la vitesse des ondes dans le béton est classiquement utilisée aussi bien en laboratoire que sur les ouvrages. Cette méthode est également normalisée par les normes Françaises [NF-EN-12504-4, 2005] et américaines [ASTM-C597-02,2003], et il existe des appareils commerciaux complets permettant de réaliser ce type de mesures (type PUNDIT).
Le principe général est de mesurer la vitesse de l’onde mécanique se propageant dans le béton en transmission, en réflexion, ou à la surface. On utilise pour cela une paire de transducteurs, l’un servant de source et l’autre le récepteur.
Cette méthode permet principalement de détecter entre autres choses un non uniformité des propriétés de la structure, des grosses fissures s ou des vides résultants par exemple de “nids de cailloux”. Elle peut également être utilisée pour déterminer les modules d’élasticité ou les coefficients de Poisson des structures.
Cependant, la vitesse mesurée dépendant également de beaucoup d’autres paramètres du béton comme les hétérogénéités, la teneur en eau, les conditions de cure, la température, la présence de microfissures, etc., les valeurs obtenues peuvent être très différentes de celles obtenues par tests quasi-statiques de compression en laboratoire.
Certes, la courbe suivante montre une relation entre cette vitesse de propagation du son et la résistance en compression du béton.
Figure 12: Relation approximative entre la vitesse de son (m/s) et la résistance en compression (MPa)
Des appréciations à ces valeurs sont montrées dans le tableau qui suive.
Tableau 1: Appréciation de la qualité du béton en fonction de la vitesse du son
Les différentes spécifications des bétons hydrauliques
Généralement, le béton peut être spécifié par :
• les classes de résistance ;
• les classes de consistance ;
• les classes de chlorure ;
• la dimension des granulats ;
• les classes d’expositions
Classes de résistances
La classe de résistance à la compression des bétons à 28 jours est désignée par la lettre C “concrete” suivi de deux nombres correspondant aux résistances mesurées respectivement sur éprouvettes cylindriques et cubiques (par exemple C 40/50 ; C45/55).
Dans ce cas, pour C40/50 nous indique que le béton atteint une résistance en compression 40Mpa sur une éprouvette cylindrique à 28 jours d’imbibition dans l’eau et 50Mpa sur une éprouvette cubique.
Dans certains cas particuliers, il est possible d’utiliser des niveaux de résistance intermédiaires par rapport aux valeurs indiquées dans les Tableaux 2 et 3, si ceci est permis par les normes de calcul correspondantes.
Tableau 2: Classes de résistance à la compression pour les bétons de masse volumique normale et les bétons lourds
Classes de consistance
Il existe 5 classes de consistance des bétons (S1 à S5). elles sont affichées dans le tableau 4 suivant.
Commentaire :
La classe CL 0,20 est utilisée dans le béton contenant des armatures de précontrainte en acier ou des pièces métalliques noyées. Le rapport (0,20, 0,40, 0,65 et 1,0) correspond à la teneur maximale en ions Cl- rapportée à la masse de ciment. Pour un usage spécifique du béton, la classe à utiliser dépend des dispositions valides sur le lieu d’utilisation du béton.
Classes d’exposition
Les classes d’exposition tiennent en compte de la situation du béton (intérieur, extérieur) et des agressions auxquelles il risque d’être soumis. La prise en compte des environnements climatiques (secs, humides) et des environnements agressifs (marins ou chimiques) permet d’obtenir des bétons adaptés à l’ouvrage et donc d’accroître sa durabilité. Le choix de cette classe d’exposition est important pour la durabilité du béton. Ainsi le client prescripteur est responsable de la détermination de la classe d’exposition en fonction des paramètres liés au chantier.
La classe d’exposition caractérise donc, le type de corrosion auquel est soumis le béton:
X0 : Absence de risque de corrosion ou d’attaque, elle ne peut concerner que les bétons protégés non armés ou faiblement armés avec un enrobage d’au moins 5 cm (milieu très sec)
XC : carbonatation
XS : Correspondant aux cas des bétons au contact des chlorures présent dans l’eau de mer ou à l’action de l’air véhiculant du sel marin.
XD : Corrosion induite par des chlorures ayant une origine autre que marine (sels divers)
XF : Correspondant aux cas où le béton est soumis à une attaque significative due à des cycles de gèle et dégel
XA : Correspondant aux bétons exposés aux attaques chimiques, se produisant dans les sols naturels, les eaux de surface, les eaux souterraines. La classification de l’eau de mer dépend de la localisation géographique, par conséquence la classification valide sur le lieu d’utilisation du béton.
Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LE BETON
I.1. Caractéristiques et contrôle de la performance des bétons : frais et durci
I.1.1. Bétons frais
I.1.2. Bétons durcis
I.2. Les différentes spécifications des bétons hydrauliques
I.2.1. Classes de résistances
I.2.2. Classes de consistance
I.2.3. Classes de chlorures
I.2.4. Classes d’exposition
I.3. Les constituants des bétons
I.3.1. Les granulats
I.3.2. Les liants hydrauliques
I.4. Notions sur les éventuels défauts des bétons
I.4.1. Le gonflement dû au sulfate
I.4.2. Phénomène de fissuration
I.4.3. Défaut dû à la Carbonatation
I.5. Validation d’une formulation du béton
I.6. Fabrication
I.6.1. Approvisionnement et stockage des constituants
I.6.2. Dosage des constituants
I.6.3. Malaxage des constituants
I.6.4. Transport
I.7. Contrôles
CHAPITRE II. METHODOLOGIE
II.1. CRITERES DE SELECTION DES CONSTITUANTS DE BETONS
II.1.1 Granulat
II.1.2. Le ciment
II.1.3. Adjuvant : Types, objectif qualité, normes, spécification
II.1.4. Eau : Types, objectif qualité, normes, spécification
II.2. METHODE DE FORMULATION
II.2.1. Contraintes des normes
II.2.2. Les paramètres incontournables pour une formulation de bétons
II.2.3. Méthodes de formulation et notions de base
II.2.4. Classe d’exposition et critères de formulation
CHAPITRE III. ETUDES EXPERIMENTALES ET RESULTATS
III.1. EXEMPLE D’APPLICATION
III.1.1. Caractérisation des matériaux utilisés
III.1.2. La méthode choisie
III.2. RESULTATS ET INTERPRETATIONS
III.2.1. Caractéristiques Physico – Mécaniques du Ciment
III.2.2. Résultats des essais géotechniques des granulats
III.2.3. Résultat du contrôle qualité de l’adjuvant
III.2.4. Tracé de la droite de référence
III.2.5. Formulation du béton appliquée à la partie d’ouvrage voile
III.2.6. Formulation du béton appliquée à la partie d’ouvrage plancher
III.2.7. Résultats des essais de résistances en compression sur la partie d’ouvrage : Voile
III.2.8. Résultats des essais de résistances en compression sur la partie d’ouvrage : Plancher de haut niveau
III.2.9. Spécification
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ET WEBOGRAPHIQUE
