MATUROMÉTRIE

MATUROMÉTRIE

Module 6.6 (7/11) 1

MATUROMÉTRIE

La MATUROMETRIE permet d’évaluer et de prévoir la résistance instantanée

d’un béton au jeune âge, en temps réel, à partir du suivi de la température du

béton au cours de son durcissement.

Le suivi de la température permet :

de déterminer par calcul le degré d’avancement des réactions

d’hydratation correspondant au durcissement du béton

de connaître l’ « état de mûrissement » du béton

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MATUROMÉTRIE

• Guide technique LCPCRésistance du béton dans l’ouvrageLa maturométrie

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MATUROMÉTRIE

Réalisation d’éprouvettes d’information

Conservation des éprouvettes dans des conditions climatiques proches de

celles de l’ouvrage

Mesure de la résistance en laboratoire

PROBLÈMES

Différences des conditions de mûrissement avec celles de l’ouvrage

Écart sensible sur éléments de forte épaisseur

Influence déterminante de la température

MÉTHODE CLASSIQUE POUR ÉVALUER LA RÉSISTANCE D’UN BÉTON AU JEUNE ÂGE

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MATUROMÉTRIE

La MATUROMÉTRIE permet d’évaluer la résistance d’un béton à partir d’une courbe de référence et de la connaissance d’un historique de température.

INTÉRÊT DE LA MATUROMÉTRIE

Bonne représentativité des résistances du béton au jeune âge (informations quasi instantanées) dans les différentes parties de l’ouvrage (zones critiques de l’ouvrage)

Evaluation de la résistance ciblée, localisée (in situ : sondes positionnées dans chaque partie stratégique de l’ouvrage)

Meilleure gestion des opérations de décoffrage Meilleure gestion des mises en précontrainte Meilleure gestion de la maturation des éléments préfabriqués Meilleure maîtrise de l’aspect et de l’esthétique des parements par

décoffrage à maturité constante Optimisation des durées des cycles de production

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MATUROMÉTRIE

CONCEPT DE MATURITÉ

Le concept de « maturité » permet de traduire l’état de mûrissement du béton en

intégrant les effets couplés :

de la température

du temps

sur la cinétique de mûrissement du béton.

Le concept est basé sur la notion « d’âge équivalent » et sur la « loi d’Arrhénius ».

Deux bétons de même composition ayant la même valeur de maturité auront la même

résistance , quelle que soit l’histoire des températures ayant conduit à cette valeur de

maturité.

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MATUROMÉTRIE

CONCEPT D’ÂGE ÉQUIVALENT

L’âge équivalent correspond au temps durant lequel le béton doit être maintenu à une

température de référence (20°C) afin d’obtenir la même valeur de maturité et donc la

même résistance que dans les conditions réelles dans l’ouvrage.

Exemple :

Coefficient d’activation E/R = 4000 K

Un mûrissement d’une heure à 40°C correspond à un mûrissement de 2h30 à

20°C.

Âge équivalent : 2h30

Nota : le coefficient d’activation E/R est une constante propre à chaque béton qui doit être déterminé

par des essais en laboratoire 7

MATUROMÉTRIE

HYPOTHESES DE BASE DE LA MATUROMÉTRIE

La résistance d’un béton au jeune âge ne dépend que de son histoire thermique :

Loi d’Arrhénius :

La réaction d’hydratation du ciment est une réaction chimique qui obéit à la loi

d’Arrhénius reliant la vitesse de la réaction chimique à la température du béton.

L’application de la loi d’Arrhénius permet de transformer un historique de

température quelconque en une valeur de maturité, de laquelle on peut déduire la

résistance mécanique.

Loi de Saul :

Deux bétons de même composition, ayant même valeur de maturité, ont la même

résistance ou le même dégagement de chaleur, quelle que soit l’histoire de

température ayant conduit à cette valeur de maturité.

Corrélation entre :• La quantité de chaleur dégagée par un béton au jeune âge• Ses propriétés mécaniques à court terme

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MATUROMÉTRIE

LOI D’ARRHÉNIUS

Loi d’Arrhénius

AvecA : constante de proportionnalité (1/s)R : constante des gaz parfaits (8,314 J/mol K)Ea : énergie d’activation apparente (J/mol)T : température du béton

Nota : la vitesse des réactions chimiques d’hydratation (nombre d’hydrates formés par unité de temps) est pilotée par une loi exponentielle de la température.

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MATUROMÉTRIE

PRINCIPE DE LA MATUROMÉTRIE

Le principe consiste à évaluer en temps réel l’évolution thermique et mécanique du béton

dans l’ouvrage en cours de réalisation.

Il permet d’intégrer l’ensemble des facteurs influençant cette évolution :

Composition du béton, géométrie de l’ouvrage, nature du coffrage

Isolation ou chauffage du béton, température initiale du béton frais

Effets couplés de la température et du temps sur la cinétique de mûrissement du

béton.

L’utilisation de la maturométrie en différents points de l’ouvrage consiste à :

Déterminer une courbe de référence du béton

Mesurer les variations de température en différents points de l’ouvrage

Transformer ces enregistrements en résistance mécanique réelle dans l’ouvrage.10

MATUROMÉTRIE

MÉTHODOLOGIE

Détermination de l’énergie d’activation apparente Ea qui traduit la sensibilité du

béton à la température et qui est fonction du ciment, du rapport E/C, des additions

et des adjuvants.

Méthode des vitesses

Méthode de superposition

Méthode globale

Courbe de référence du béton : évolution de la résistance en compression en

fonction du temps de mûrissement pour une température constante de 20°C

Détermination de l’âge équivalent : à partir de l’histoire réelle de température

suivie par le béton dans l’ouvrage

Détermination de la courbe d’étalonnage

Un béton est caractérisé par son énergie d’activation apparente (Ea) et sa courbe d’étalonnage.

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MATUROMÉTRIE

COURBE D’ETALONNAGE

Détermination de l’évolution de la résistance du béton pour une histoire

thermique connue

Transformation pour chaque échéance de mesure de la résistance, de

l’âge réel du béton en âge équivalent à 20°C grâce à la loi d’Arrhénius

La courbe d’étalonnage est la courbe donnant la résistance du béton en

fonction de l’âge équivalent à 20°C.

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MATUROMÉTRIE

CONDITIONS PREALABLES

Bonnes maîtrise de la régularité de fabrication et de mise en œuvre du béton

Suivi des variations des caractéristiques mécaniques du béton au jeune âge

Le béton mis en œuvre dans l’ouvrage doit être le même que le béton ayant fait l’objet de

l’étalonnage.

Nota : Plage d’utilisation de la maturométrie 5 MPa à

Détermination des points critiques dans l’ouvrage pour le positionnement adapté des sondes : en général réalisé par le bureau d’études structures

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MATUROMÉTRIE

MATÉRIEL NÉCESSAIRE

Le MATUROMÈTRE qui permet de :

Mesurer les températures dans le béton

• Sondes de température

• Câbles thermocouplés

Stocker les mesures : températures et échéances

Effectuer les calculs :

• Âge équivalent

• Résistance mécanique du béton

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MATUROMÉTRIE

Opérations de décoffrage : décoffrage dès que la résistance du béton est suffisante ou décoffrage à même maturité

Mise en tension des câbles de précontrainte : mise en précontrainte dès que la résistance suffisante est atteinte

Manutention des éléments préfabriqués

=> GAIN DE TEMPS POUR L’ENTREPRISE/OPTIMISATION DE CYCLES DE FABRICATION

• Opérations qui nécessitent une mesure fiable de la résistance du béton dans l’ouvrage pour optimiser les durées des cycles de production

DOMAINE D’UTILISATION DE LA MATUROMÉTRIE

• Suivi de contrôle De la régularité des productions de béton Des gradients thermiques dans l’ouvrage : détermination des risques de

fissuration dus aux gradients thermiques sous le dégagement de chaleur généré par l’hydratation du ciment

Þ EXIGENCES DE QUALITÉ DES PAREMENTS DURABILITÉ DE L’OUVRAGE

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