Etude de la reprise de bétonnage pour les bétons ordinaires et autoplaçants

Le domaine de construction a été le champ de plusieurs recherches durant ces dernières décennies, ou plusieurs travaux scientifiques ont été élaborés dans la perspective d’améliorer les propriétés constructives du béton frais et durci. Aussi des études et des découvertes n’ont cessé de lui conférer des performances et des aptitudes nouvelles dans le but de trouver un compromis entre l’ouvrabilité et la résistance .

De nos jours le béton est devenu le matériau le plus utilisé au monde dans le domaine du génie civil. A ce jour, On estime que 4 milliards de mètres cubes de béton sont utilisés tous les ans de par le monde pour la construction d’ouvrages de toutes natures, notamment de bâtiments administratifs, d’immeubles habitation, de ponts, de routes, de tunnels, d’aéroports, de barrages, de ports, de centrales thermiques et nucléaires et de plates-formes offshore.

Ce matériau composite et hétérogène résulte d’un mélange intime de ciment, de granulats, d’eau et d’autres matériaux organiques et minérales, il présente des propriétés mécaniques qui peuvent être très élevées. Cependant, et vue son indispensabilité dans le domaine de la construction, le matériau béton a été et reste toujours sujet à de multiples travaux d’étude et de recherche. Même si l’avancée est jugée considérable, les études d’adaptation et de formulation s’avèrent nécessaires en chaque région du globe.

De plus, lorsque les éléments des ouvrages ne peuvent pas etre bétonnés en une seul opération, nous devons recourir à la reprise de bétonnage. Ainsi, une surface limitant les deux parties du béton risque de se former. La seconde couche de béton étant coulé à un intervalle de temps supérieur à la prise du ciment de la couche déjà coulée, peut ne pas s’adhérer correctement à la première couche.

La surface d’adhérence doit présenter des caractéristiques qui assurent une liaison énergétique et mécanique entre les deux couches.

Béton ordinaire :

Le béton est un matériau composite dont les constituants varient par leurs dosages et leurs réactivités [Georges Dreux, Jean Festa, 1998]. Le béton ordinaire est un terme générique qui désigne un matériau de construction composite constitué d’un mélange de granulats (sable, gravillons) agglomérés par un liant. Le béton classique est constitué d’éléments de granulométrie différente. Le spectre granulométrique se poursuit également avec la poudre de ciment et parfois avec un matériau de granulométrie encore plus fine comme la fumée de silice. La continuité du spectre granulométrique peut être étendue vers les faibles granulométries de manière à améliorer la compacité, donc les performances mécaniques du béton [Béton– Définition, 2008]. L’eau joue un double rôle : l’hydratation de la poudre de ciment et l’amélioration de l’ouvrabilité. En l’absence d’adjuvant de type super plastifiant, la quantité d’eau est déterminée par les conditions de mise en œuvre. Un béton contient donc une part importante d’eau libre, ce qui tend à favoriser une forte porosité et donc une faible résistance du béton durci. En ajoutant un super plastifiant, appelé aussi haut réducteur d’eau, la quantité d’eau utilisée décroît et les performances mécaniques du matériau sont améliorées, c’est le cas des bétons à hautes performances (BHP) ou encore des bétons autoplaçant.

De nos jours, l’étendue des exigences possibles a augmenté de façon spectaculaire. Par exemple l’affaissement au cône d’Abrams varie de 0 pour les bétons fermes à plus de 25 cm pour les bétons Auto-plaçant, qui sont caractérisés d’ailleurs par des étalements. De même, les résistances en compression à 28 jours peuvent variées de l’ordre de 10 MPA pour certains bétons de masse, à des valeurs très élevées, supérieures à 200 MPA pour les bétons d’ultra haute performance.

Béton Auto-plaçant  :

Définition des BAP :
Les bétons Auto-plaçant sont des matériaux nouveaux qui sont au centre d’un enjeu important pour limiter la pénibilité de travail des ouvriers. En effet leurs formes sont des hyper-fluides qui se mettent en place, sans vibration, sous l’effet de leur propre poids et de leurs caractéristiques d’écoulement. Les BAP doivent présenter une grande fluidité et pouvoir s’écouler avec un débit suffisant sans apport d’énergie externe (vibration) à travers des zones confinées (armatures) en présence d’obstacles ou se mettre en place dans des coffrages de grande hauteur. Ils doivent s’opposer à la ségrégation « dynamique » (en phase de coulage) et à la ségrégation « statique » (une fois en place) afin de garantir l’homogénéité des caractéristiques et de ne pas présenter de ressuage ou de tassement. La formulation des BAP repose sur trois critères : fluidification de la pâte, limitation des frottements entre les granulats pour favoriser l’écoulement, stabilisation du mélange pour éviter les risques de ségrégation.

Les BAP se comportant comme un liquide, exercent une pression hydrostatique perpendiculairement aux faces coffrantes des banches utilisées. L’hyper-fluidité des BAP conduit à prendre des dispositions spécifiques (préparation, organisation et coordination) pour éviter des déversements et à adapter l’ouvrabilité au temps de transport et de mise en œuvre sur chantier .

Ainsi de par leur formulation spécifique, les BAP offrent des caractéristiques exceptionnelles d’écoulement et de remplissage et permettent d’épouser des formes de coffrage complexes. Homogènes et stables, ils présentent des résistances et une durabilité analogue à celles des bétons traditionnels, dont ils se différencient par leurs propriétés à l’état frais.

L’utilisation croissante des bétons en général et des BAP en particulier lors de la réalisation d’ouvrage de grandes surfaces a révélé leur grande sensibilité à la fissuration précoce. Dès sa mise en place, le béton est sujet à des fluctuations volumiques causées par le développement microstructural de la matrice cimentaire et l’exothermie du processus d’hydratation du ciment. Sous certaines conditions structurales, environnementales et climatiques, ces déformations peuvent rapidement provoquer la fissuration prématurée du matériau et compromettre l’esthétique, les performances et la durabilité des ouvrages en service.

Ce phénomène est encore plus distingué lors d’un écoulement avec reprise de bétonnage.

Caractéristiques et propriétés des BAP :
Les bétons Auto-plaçant sont des matériaux encore relativement nouveaux au monde de construction qui permettent de remplir des coffrages dont la complexité de forme ou la densité en ferraillage n’aurait pu être imaginée dans le cas d’un béton ordinaire.

Il existe de nombreux procédés pour effectuer le contrôle de ces propriétés sur béton frai. Ils vont du complexe et couteux rhéomètre à béton, jusqu’au simple cône servant à la mesure de l’étalement (Slump-flow) [HOLCIM]. Trois essais de caractérisation des BAP ont été recommandés par l’AFGC et normalisés récemment par la norme 206/CN.
-La fluidité : est déterminée à l’aide de l’essai d’étalement au cône d’Abrams.
-La capacité de remplissage : est déterminée à l’aide de l’essai à la boite en L.
-La résistance à la ségrégation : est déterminée à l’aide de l’essai de la stabilité au tamis.

Bétonnage :
Mise en œuvre à la benne à manchette traditionnelle :
– Le béton est mis en œuvre par le haut du coffrage au moyen d’une goulotte.
– La manche est glissée dans le coffrage pour réduire la hauteur de chute (maximum 80 cm). Il est nécessaire d’adapter les diamètres de la manche sous la benne par rapport au béton traditionnel (60 à 80 mm au lieu de 150 à 200 mm) pour qu’elle puisse être introduite entre les armatures. Pour maîtriser l’esthétique des parements, il convient de limiter au maximum la hauteur de chute.

Mise en œuvre par pompage en tête de coffrage avec tube plongeur
– Le tube plongeur doit être suffisamment introduit dans le coffrage pour limiter au maximum la hauteur de chute.
– Comme pour tous les bétons, il convient lors des phases de bétonnage de prendre en compte les conditions climatiques et de mettre en œuvre des dispositions particulières en dehors de la plage de températures usuelles (5 °C à 30 °C).

Domaines d’emploi:
Les caractéristiques des BAP laissent entrevoir de nombreuses possibilités techniques du fait de leur grande fluidité :
• Possibilité de coulage de zones fortement ferraillées ;
• Possibilité de coulage de zones d’architecture complexe et difficilement accessibles.
• Obtention de très bonnes qualités de parement.

L’utilisation des BAP présente des intérêts architecturaux importants puisque, sans augmenter les performances mécaniques d’une structure donnée, ils permettent l’optimisation des sections ou la réalisation d’éléments de forme complexe. Les BAP constituent donc une alternative particulièrement intéressante au béton vibré dans les différents domaines de la construction : bâtiment, ouvrages d’art, tunnels, préfabrication, réhabilitation, etc. Précise cependant, que les BAP sont souvent adoptés dans le domaine de la préfabrication grâce aux avantages et aux gains directs qu’ils présentent. Globalement, leur utilisation permet de réduire les coûts de production et, parallèlement, d’améliorer les conditions de travail et la qualité des produits finis. Leur utilisation est plus délicate sur site car les BAP sont particulièrement sensibles aux variations de teneur en eau. Or, bien que la production soit contrôlée, les lots de matériaux peuvent avoir des caractéristiques légèrement différentes.