2.8 Notions de formulation des bétons

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NORMES, CONSTITUANTS ET BÉTON SESSION 2 Notions de formulation des bétons SESSION 2.8

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Notions de formulation des bétons

SESSION 2.8

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DéfinitionsBéton = mélange optimal de ciment, sables, gravillons, eau et éventuellement adjudants, additions (dont les propriétés se développent par l’hydratation du ciment)

Formuler un béton = trouver les proportions de chaque constituant pour satisfaire :

Nota - Un béton est d’autant plus résistant qu’il est plus compact. Il existe une proportion optimale de chacun des constituants permettant d’atteindre une porosité minimale.

Les propriétés du béton à l’état frais : maniabilité, consistance…

Les conditions de transport et de mise en œuvre du béton

La durabilité de l’ouvrage

Les exigences esthétique

Les propriétés du béton à l’état durci : résistances mécaniques à différentes échéances

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Critères de formulation des bétonsDurée d’utilisation de l’ouvrage

Classes d’exposition de chaque partie de l’ouvrage

Géométrie de l’ouvrage et dispositions des armatures• Diamètre maximal des plus gros granulats• Enrobage nominal : fonction des classes d’exposition

Conditions climatiques sur le chantier

Contraintes d’exécution

Propriétés du béton• À l’état frais• À l’état durci

Maîtrise de la durabilité• Gel / dégel • Alcali-réaction • Réaction sulfatique interne• Agressions chimiques

Exigences esthétiques

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Classes d’exposition

Classes d’exposition en fonction des risques de corrosion ou d’attaques

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Granulats

Caractéristiques intrinsèques Dureté Los Angeles, Masse volumique, Teneur en alcalins, Absorption d’eau, Gélivité…

Caractéristiques de fabrication Analyse granulométrique : classe granulaire d/DTeneur en Fine, Coefficient d’aplatissement, Équivalent de sable, Module de finesse…

Gravillons, sables, sablons, fillers Concassés : concassage, criblage et lavage de roches sédimentaires ou métamorphiquesRoulés : criblage et lavage de matériaux alluvionnaires

Dmax : dimension nominale supérieure du plus gros granulat Modulation de la quantité minimale de liant équivalent en fonction de Dmax

G/S : rapport gravillon sur sable 1,2 à 1,4

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GranulatsDésignation

Fines : D ≤ 0,063 mmSables : D ≤ 4 mm et d = 0Granulats : d ≥ 2mm et 4 mm ≤ D ≤ 63 mm

Classe granulaire : d/Dd = dimension du tamis inférieurD = dimension du tamis supérieur

Propreté d’un sableEquivalent de sable

Essai au bleu de méthylène

Caractéristiques du sableModule de finesse : FM

Somme des refus sur les tamis : 0,123/0,250/0,5/1/2/4 mm

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Principaux essais sur granulats

Mesure du coefficient d’aplatissement A Caractérisation de la forme plus ou moins massive des granulats

Essai d’équivalent de sable Caractérisation de la propreté des sables

Essai au bleu de méthylène Caractérisation de la propreté des granulats (activité des argiles)

Détermination de la masse volumique absolue Rapport entre la masse de l’échantillon séché à l’étuve et le volume qu’il occupe dans l’eau

Essai de résistance à l’usure et au choc

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Analyse granulométrique 1/3ObjectifDéterminer les dimensions et les pourcentages pondéraux respectifs des différentes familles de grains

PrincipeClassement des grains à l’aide de tamis Dimensions des ouvertures (mailles carrées) décroissantes

NotaGranulométrie : détermination de la dimension des grainsGranularité : distribution dimensionnelle des grains d’un granulat (% en masse) passant au travers d’un ensemble de tamis

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Analyse granulométrique 2/3Dimensions des tamis : séries de tamis

Réalisation de l’essaiTamisage par lavage de l’échantillon pour enlever les éléments de dimension < 0,063 mm

Séchage de l’échantillon

Tamisage de l’échantillon séché à travers les différents tamis (taille des tamis croissante du bas vers le haut)

Représentation graphique : courbe granulométrique• Abscisse (échelle logarithmique) : dimension des tamis en mm• Ordonnée : % Refus cumulés/Tamisas cumulés• Courbes continues ou discontinues

Sériesde base

Série de base+ série 1

Série de base+ série 2

0124

——8

————16——

31,5 (32)———63——

0124

5,6 (5)—8

—11,2 (11)

——16—

22,4 (22)31,5 (32)

—455663—90

0124—

6,3 (6)810—

12,5 (12)141620—

31,5 (32)40—6380——

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Analyse granulométrique 3/3

Courbes granulométriquesTamisat : poids de matériaux passant à travers un tamis donné

Refus : poids de matériaux retenus par le tamisCourbe 1Granulat riche en éléments fins

Courbe 2Courbe granulométrique discontinue. Manquent les granulats 0,25 mm < diamètres < 1 mm

Courbe 3Courbe granulométrique courante

Courbe 4Granulat pauvre en éléments fins

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EauRôles de l’eau•Hydrater le ciment : 25 litres d’eau pour 100 kg de ciment•Conférer sa maniabilité au béton : fluidification du mélange•Eau/ciment = 0,5

Objectifs de la formulationMinimiser la quantité d’eau sans modifier la consistance du mélange à l’état frais

Eau totale = quantité d’eau contenue dans le béton frais

E eff = E app + E non absorbée provenant des granulatsE eff = E app + ∑ Mi ωi - ∑ Mi Ai + E adjuvant

Eau libre / Eau liéeEau libre : eau n’ayant pas participé à la réaction d’hydratationEau liée : eau consommée par la réaction d’hydratation

• E eff : eau efficace = eau qui sert à hydrater les grains de ciment • E abs : eau absorbée par les différents constituants

du béton (retenue par la porosité des granulats et des additions)• E app : eau d’apport lors du malaxage• Mi : masse sèche des granulats• ωi : teneur en eau des granulats• Ai : coefficient d’absorption des granulats• E adjuvant : eau incluse dans les adjuvants

E totale = E eff + E abs

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AdjuvantsProduits incorporés au malaxage du béton qui modifient et améliorent les propriétés :

- du mélange à l’état frais : prise, durcissement, ouvrabilité…

- du béton durci : résistance au gel/dégel, perméabilité…

Dosage < 5% de la masse du ciment

Nécessité de vérifier la compatibilité « ciment/adjuvant »

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Différentes méthodes de formulation

Méthode de Bolomey

Méthode de Fuller

Méthode Cubique

Méthode de Faury

Méthode de Joisiel

Méthode de Dreux – Gorisse

Méthode informatique : logiciel BétonlabPro du LCPC

Méthode de Dreux-Gorisse

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NOTION DE LIANT ÉQUIVALENTPossibilité de substituer une partie du ciment (CEM I) par une addition normalisée

Liant équivalent :Leq = C + kA

Avec :

Leq : dosage en liant équivalent en kg/m3

C : dosage en ciment CEM I en kg/m3

k : coefficient de prise en compte de l’addition

A : dosage en addition normalisée en kg/m3

Taux maximal d’additions indiqué dans le tableau NA.F.1 de la norme NF EN 206-1 :fonction du type d’addition et de la classe d’exposition k varie de 0,25 (additions calcaires) à 2 (certaines fumées de silice)

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Résistance du bétonRésistance mécanique à la compression à 28 jours•Sur cylindre

•Sur cube

Optimisation des décoffrages•Résistance à 2 jours

•Résistance à 7 jours

Mise en tension de câbles de précontrainteRésistance à quelques heures

Essai sur éprouvette cylindrique

Essai sur éprouvettecubique

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Résistance du bétonFormule de Bolomey

RC28 = G FCE x [ Leq / (Eeff + Vair) – 0,5]

Avec :

RC28 : résistance du béton à 28 jours (MPa)

G : coefficient granulaire fonction de la nature du granulat et du Dmax (0,45 < G < 0,65)

FCE : classe vraie du ciment à 28 jours (MPa)

Leq : dosage en liant équivalent (kg/m3)

Eeff : quantité d’eau efficace (l)

Vair : quantité d’air occlus (l/m3) : 15 à 25 l/m3 pour un béton courant

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Résistances caractéristiquesRésistance à la compression d’un béton •Exprimée par sa résistance caractéristique (fck)

•Valeur de résistance en dessous de laquelle peuvent se situer 5% de la population de tous les résultats des mesures de résistances effectuéesNota - La résistance caractéristique est toujours inférieure à la résistance moyenne de n essais (n éprouvettes de béton rompues en compression).

La distribution des résultats de n essais est représentée par une courbe de Gauss.

fck = min [fcmoy – k1 ; fcmin + k2]

Avec :

fcmoy = résistance moyenne en compression des n lots d’essais

fcmin = résistance minimale en compression des différents lots

Exemple : k1 = 4 MPa et k2 = 4 MPa

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Classe de consistanceManiabilité du béton Doit être adaptée aux contraintes du chantier et aux conditions de bétonnage

Caractérisée par l’essai d’affaissement au cône d’Abrams et traduite par la classe d’affaissement

Classes d’affaissement : Norme NF EN 206-1

Nota - Consistance = doit être définie par l’entreprise en fonction des conditions de réalisation du chantier et des moyens mis en œuvre

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Classes de chlorure

Norme NF EN 206-1

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Exigences esthétiques des parementsQualité esthétique d’un béton brut de décoffrage Se traduit par des exigences relatives aux parements

3 critères définis dans le fascicule P 18-503 :

Planéité (P)Flèche maximale mesurée sous une règle de 2 m(planéité d’ensemble) et sous un réglet de 20 cm (planéité locale)

Texture (E)Niveau de bullage et présence de défauts localisés

Teinte (T)Référence à une échelle de gris

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