EIDGENSSISCHE TECHNISCHE HOCHSCHULE LAUSANNEPOLITECNICO FEDERALE DI LOSANNASWISS FEDERAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY LAUSANNE

INSTITUT DES MATERIAUX LABORATOIRE DE MATERIAUX DE CONSTRUCTION

COLE POLYTECHNIQUE FDRALE DE LAUSANNE

DEPARTEMENT DES MATERIAUX

ESSAIS SUR BETON FRAIS INTRODUCTION Les mthodes de calcul de la composition du bton sont nombreuses et il nexiste pas de mthode qui soit universellement reconnue comme tant la meilleure. Une composition de bton est toujours le rsultat dun compromis entre une srie dexigences gnralement contradictoires. Une mthode de composition du bton pourra tre considr comme satisfaisante si elle permet de raliser un bton rpondant aux exigences suivantes : Le bton doit prsenter, aprs durcissement, une certaine rsistance, Le bton frais doit pouvoir facilement tre mise en uvre (ouvrabilit), Le bton doit prsenter un faible retrait et fluage peu important, Le cot du bton doit rester le plus bas possible, Parmi les mthodes de composition les plus connues on peut citer celles de Bolomey, Dreux, Faury, Joisel et Valette. Les diffrences principales entre ces mthodes rsident entre autres dans la dfinition de la courbe granulomtrique de rfrence, selon que l'on inclue ou non le ciment dans les matires fines. Pourtant, toutes ont un point commun, elles dpendent de paramtres qui sont intimement relis aux caractristiques morphologiques des matriaux utiliss (nature et qualit des granulats, type de liant, etc.). C'est pourquoi, connaissant la nature minemment variable des composants du bton et surtout des granulats, il est absolument ncessaire lors de la dfinition d'une composition de bton de complter le calcul thorique des quantits des divers composants par un essai de gchage et par des essais de rsistance aprs durcissement. Pour le bton frais, l'essai de gchage permet de contrler que les proprits du bton frais sont conformes aux exigences, ou sinon d'effectuer les corrections ncessaires (soit en agissant sur la composition, soit au moyen d'adjuvants). Il faut noter aussi quune tude effectue en laboratoire doit gnralement tre adapte ultrieurement aux conditions relles du chantier. OBJECTIFS Initiation lexamen visuel des granulats et lanalyse granulomtrique. Dtermination de la composition granulomtrique et le calcul de la composition du

bton en variant plusieurs paramtres (la quantit deau, le type granulomtrie,..).

Essais de gchage, de contrle de la consistance et fabrication des prouvettes pour le contrle de la qualit du bton durci.

Fabrication dun lment de structure sous forme de poutrelle en bton arm.

1. EXAMEN VISUEL DE QUELQUES ECHANTILLONS DE GRANULATS

BUT

METHODE

INTERPRETATION

TRAVAIL

Contrler rapidement la qualit dun granulat

Examen visuel

Un jugement global peut tre port sur la base des critres suivants : Nature: matriau roul ou concass ; Forme :les formes allonges, aplaties ou en aiguilles sont proscrire. Propret : les impurets argileuses et limoneuses sont nuisibles, lexcs de matires fines,les dchets de bois sont nuisibles au-del dune certaines proportions Matires nuisibles : les micas, le gypse, les scories, le charbon, les matires organiques. Examiner et juger les chantillons prpars cet effet

Echatillon nature forme propret matires nuisibles jugement

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2. ANALYSE GRANULOMETRIQUE BUT

METHODE

TRAVAIL

Dterminer les proportions des grains de chaque dimension. Lanalyse seffectue par tamisage avec un jeu normalis de tamis et de passoires. On superpose les tamis par dimensions croissantes, et lon place un rcipient sans ouverture sous la pile. Aprs tamisage, on mesure les refus de chaque tamis ainsi que le tamisat ayant pass travers le tamis le plus fin. La composition granulomtrique dun granulat destin la fabrication dun bton doit tre comprise dans un fuseau de tolrance dfini par la norme SIA 162 (voir Fig.1). La courbe granulomtrique est la carte d'identit d'un granulat. Elle indique les proportions des grains de chaque dimension. On reprsente en abscisse l'ouverture des tamis selon une chelle logarithmique et en ordonne les tamisats cumuls selon une chelle normale. Analyser le granulat prpar cet effet; remplir le tableau des mesures et tablir la courbe granulomtrique sur la Fig.2.

Tamis Refus en

g Refus par tamis %

Refus cumul %

Tamisat cumul %

Totaux

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Tam

isat

en

%

Ouverture des tamis en mm

0.06

0.08

0.10

0.12

50.

160.

200.

250.

315

0.40

0.50

0.63

0.80

1.0

1.25

1.6

2.0

2.5

3.15

4.0

5.0

6.3

8.0

10.0

12.5

16.0

20.0

25.0

31.5

40.0

50.0

63.0

80.0

0.05

Dmax = 32 mmCourbe C

Courbe B

Courbe A

Fig.1 Fuseau SIA 162

3. COMPOSITION GRANULOMETRIQUE

BUT

METHODE

TRAVAIL

Dterminer les proportions de chaque classe de granulats afin dobtenir un bton compact et facile mettre en uvre. Il existe diverses courbes granulomtriques de rfrence. Celles prconises par la norme SIA 162 sont du type continue et ne contenant pas le ciment. Pour chaque diamtre maximal dagrgats, des fuseaux de tolrance sont dlimits par les trois courbes suivantes :

A. 50

B. 100

C. 5% au dessus de B au-dela de 0.4

max max

max

d dpD D

dpD

d m

= + =

= m

Le travail de composition consiste trouver les proportions de chaque classe dagrgat dont on dispose, voir Fig.2 Calculer la composition granulomtrique pour un bton proche de la courbe B avec Dmax=15 mm, connaissant les courbes granulomtriques lmentaires des classes (Fig.2) : - sable 0-3 mm - gravillon 3-8 mm - gravier 8-15 mm Compositions admises :

Bton

Sable 0-3 Gravillon 3-8 Gravier 8-15

G1-G3

G2-G4

OBSERVATIONS

Fig.2 Construction de la courbe de la classe manquante

Fig.3 Dtermination du % d'un granulat en tenant compte du recouvrement

4. COMPOSITION DUN BETON BUT

METHODE

TRAVAIL

Dterminer les proportions de ciment, deau, de granulats et dadjuvants ventuels devant entrer dans la composition dun bton dont on exige certaines performances. La mthode est essentiellement base sur lexprience qui permet destimer les quantits de ciment et deau ncessaires. Sachant que par ailleurs le volume des vides est de lordre de 10% de celui de leau pour les btons courants, on peut dterminer le volume des granulats et leur masse ncessaire pour 1 m3 de bton par les relations suivantes :

+ + + =+ + =

1000

b

c e g vC E G

v est le volume est des vides ; 10%v du volume deau. C est le poids de ciment par m3 de bton ; E est celui de leau et G celui du granulat. c est le volume du ciment; e est celui de leau et g celui du granulat. Connaissant le dosage en ciment, le rapport E/C et leurs masses volumiques respectives on peut retrouver le volume des granulats et donc leur poids G. On admet les masses volumiques suivantes : = =3.1; 2.67c g A partir de la composition des courbes granulomtriques obtenues en 3, composer les btons suivants et confectionner les prouvettes indiques ci-dessous. Utiliser les tableaux de la page suivante.

Groupe Type de bton

G1-G3

Gche de 25 l

0-15 ; E/C = 0.45, C=375 kg/m3 1 prisme + 2 cylindres

G2-G4

Gche de 25 l

0-15 ; E/C = 0.55, C=325 kg/m3 1 prisme + 2 cylindres

Bton G1/G3. Masse spcifique Poids (Kg) / m3 Volume abs. / m3 Poids / l

Ciment 3.1 C = .. c = .. .

Eau 1 E = .. e = .. .

Granulat 0/3 2.68 .

Granulat 3/8 2.68 .

Granulat 8/15 2.68

= = ?iG G ......

= = ?ig g

.

Air ----- ----- v = . -----

Totaux 1000 b =. 1000

Bton G2/G4. Masse spcifique Poids (Kg) / m3 Volume abs. / m3 Poids / l

Ciment 3.1 C = .. c = .. .

Eau 1 E = .. e = .. .

Granulat 0/3 2.68 .

Granulat 3/8 2.68 .

Granulat 8/15 2.68

= = ?iG G ......

= = ?ig g

.

Air ----- ----- v = . -----

Totaux 1000 b =. 1000

MODE OPERATOIRE : GACHAGE ET FABRICATION DES EPROUVETTES Contrler que tous les composants ncessaires sont prpars. Vrifier que les granulats sont bien secs. Prparer les moules en indiquant la rfrence du groupe et la date. Mouiller l'intrieur du malaxeur. Mouiller les appareils de mesure de la consistance. Introduire les granulats et le ciment dans le malaxeur. Mlanger 15 secondes sec puis introduire au fur et mesure l'eau de gchage. Malaxer en tout 2 minutes. Mesurer la consistance au moyen du cne d'Abrams (Fiche 5) et de la table

secousses (Fiche 6) la fin du malaxage. Mesurer la masse volumique apparente du bton. Remplir les cylindres et le(s) prisme(s) et les compacter l'aide du pervibrateur. Couvrir la surface des prouvettes d'un couvercle.

5. MESURE DE LA CONSISTANCE DU BETON SLUMP TEST

BUT

METHODE

INTERPRETATION

TRAVAIL

Le slump test ou le cne dAbrams permet dvaluer la consistance dun bton courant, cest--dire ni trop sec ni trop fluide. Cette mthode convient bien pour le contrle du bton sur chantier lors de la rception. La consistance est caractrise par laffaissement, mesur en mm aprs dmoulage, dun cne de en bton de forme normalise. Mode opratoire : Mouiller l'intrieur du moule. Placer le moule avec la rehausse sur un support rigide et

horizontal, mais non absorbant. A l'aide d'une truelle remplir le moule de bton frais, en trois

couches d' peu prs mme hauteur, viter le dplacement du moule en pesant sur les pattes de calage.

Compacter chaque couche par 25 coups de barre. Retirer la rehausse, araser le dessus du moule et nettoyer le

support autour du moule. Retirer le moule verticalement avec prcaution. Mesurer l'affaissement du cne par rapport la hauteur

initiale (moule).

Consistance plastique molle fluide

Slump en cm 1 7 8 15 16 Effectuer les mesures de slump sur le bton tudi.

Consistance G1/G3 G2/G4

Poutre

Slump en cm

OBSERVATIONS

6. MESURE DETALEMENT- FLOW TEST BUT

METHODE

INTERPRETATION

TRAVAIL

Lessai dtalement ou fow-test, permet dvaluer la consistance dun bton plastique ou fluide. Cette mthode ne convient pas pour les btons raides ou fermes ; elle est essentiellement utilise en laboratoires. La consistance est caractrise par ltalement, mesur en mm, dun cne de bton de forme normalise aprs une srie de secousses imposes une table normalise. Mode opratoire :

- Mouiller le plateau de la table et l'intrieur du moule. - Placer la table sur un support rigide et horizontal. - A l'aide d'une truelle remplir le moule de bton frais, en deux

couches d' peu prs mme hauteur, viter le dplacement du moule en pesant sur les pattes de calage.

- Compacter chaque couche par 10 coups de barre. - Retirer la rhausse, araser le dessus du moule et nettoyer la

table autour du moule. - Soulever lentement le plateau suprieur jusqu' la bute et

le laisser retomber librement quinze fois en quinze secondes.

- Mesurer la galette en deux diamtres perpendiculaires d1 et d2 et en calculer la moyenne d.

Consistance plastique molle fluide

talement en cm 30 40 41 50 51 Effectuer les mesures ltalement sur le bton tudi.

Consistance G1/G3 G2/G4

Poutre

talement en cm

7. FABRICATION DUN ELEMENT EN BETON ARME BUT

METHODE

TRAVAIL

Le but est de se familiariser avec les principaux aspects et les dfrentes tapes de fabrication dune poutrelle en bton arm. Cette dernire sera soumise lors dune autre sance un essai de flexion simple par paliers jusqu la rupture. Les dtails de llment fabriquer sont indiqus sur la Fig.4 De manire pouvoir prparer deux poutres et un cylindre 16x32 cm, les composants ont t prpars lavance pour raliser un volume de 110 litres.

Ciment Eau Sable 0-3 Gravillon 3-8 Gravier 8-15

.Mesurer le slump et ltalement du bton de la poutrelle Complter les lments de la cage darmature sans oublier

les taquets despacement Contrler la conformit du coffrage (dimensions, solidit,

tanchit,...). Mettre en place la cage darmature dans le coffrage ( 12

en bas). Malaxer les ingrdients du bton dj prpars (granulats

+ ciment 10 secondes puis ajouter toute leau et malaxer en tout environ 2 minutes).

Mettre en place le bton dans le coffrage. Compacter le bton de la poutre laide du pervibrateur. Prparer lprouvettes de bton tmoin: 1 cylindres 16/32. Talocher la surface de la poutre et la recouvrir dune feuille

de plastique pour la protger de la dessiccation.

18

220

18

12

1sup. 2 8

3inf. 2 12

2triers 15 6/e=15

Remarques

- enrobage min.: 2 cm - Bton B 35/25 Dmax = 15 mm

CEM I 42.5 - 375 kg/m3 - Acier S 500 fsy = 460 N/mm2

Fig4. Coffrage et armature

Prparation de gach e,vol=110l

Composant Marque Poids en kg (calcul) Poids en kg (effectif) Ciment

0/3CEM I - Normo 4

Sergey

41.770.5

3/88/16

16/32

Sergey

Sergey

54.476.6

Sergey

AdjonctionEau

Adjuvant20.785

Aromtre:

- poids du bton:

- bton + eau:

- volume de l'eau

- volume de l'appare il:

- volume du bton:

Densit

8 110

8 110

Heure de fabrication:

Temprature de l'air:

Temprature du bton:

Teneur en air %

Consistance, slump:

------------- talement:

---------------------Walz:

Nombre

Essai

N de labo

Fabrication d'prouvette s

Date de b tonnage:Affaire:

N d e s rie:Prparateur de la ga che:

8. MESURE DE LA TENEUR EN AIR (AEROMETRE) BUT

METHODE

INTERPRETATION

TRAVAIL

Lors du gchage du bton, il est intressant de mesurer la teneur en air du bton frais ; cette valeur donne une premire indication concernant la compacit du mlange. La mthode est base sur la compressibilit de lair contenu dans le bton frais. Un volume dtermin de bton est mis en communication avec un volume connu dair en surpression. La valeur de la pression rsultante permet de dterminer la teneur en air du bton (application de la loi de Mariotte). Pour tre certain que lenceinte contenant le bton soit parfaitement remplie, on complte avec de leau aprs la mise en place du couvercle, sans oublier de vibrer le bton. La teneur en air du bton peut tre lue directement sur le manomtre talonn en fonction des caractristiques de lappareil.

La teneur en air du bton est fonction du diamtre maximum des granulats(Dmax). Pour un bton sans air occlus et de bonne composition granulomtrique, la teneur en air doit tre infrieure ou gale aux valeurs suivantes :

Dmax (mm) 10 12.5

20 25 40

Teneur en air en %

3 2.5 2 1.5 1

Mesurer la teneur en air et la masse volumique apparente du bton de la poutrelle. Commenter.

9. PLAN SUGGERE POUR LE RAPPORT

les deux groupes doivent se passer les rsultats entre eux. Ainsi chaque groupe pourra constater linfluence des diffrents paramtres et avoir une vue plus globale ;

dcrire brivement le travail effectu ; rapporter toutes les mesures faites au cours du TP ; prsenter les rsultats par des graphiques en mettant en vidence, par exemple, la

consistance en fonction de divers paramtres ;

discuter les rsultats ; rpondre aux questions poses. Questions : 1. Parmi les granulats rouls et concasss, lesquels sont plus favorables louvrabilit du

bton ? Expliquer pourquoi. 2. Pourquoi doit-on utiliser des granulats propres dans la fabrication du bton ? 3. Quelles sont les formes de granulats viter dans la fabrication des btons ? Quelles

caractristiques du bton frais ou durci sont directement influences par ces formes ? 4. Comment varie le dosage en ciment en fonction du Dmax ? Expliquer pourquoi. 5. Laquelle des deux courbes de rfrence A et B de la norme SIA 162 contient-elle plus

dlments fins ? Quelle est la consquence sur la rhologie du bton frais ? 6. Comparer les valeurs de consistance obtenues par les deux mthodes de mesure

utilises. Ces deux mthodes donnent-elles des rsultats quivalents ? 7. Reprsenter graphiquement la variation de la consistance en fonction du rapport E/C.

Commenter. 8. Quels sont les critres qui dterminent le choix du Dmax du bton pour la fabrication de

la poutrelle ? Le diamtre choisi (Dmax=15 mm) rpond-t-il ces exigences ? 9. Comparer les masses volumiques apparentes thoriques celles mesures par le

pycnomtre. Sil y a une diffrence, quoi peut-elle tre attribue, et quelles en sont les consquences ?

10. Calculer les valeurs thoriques de la teneur en air et la masse volumique apparente du

bton de la poutrelle. Comparer ces valeurs aux valeurs relles mesures avec laromtre. Commenter.

EEEEPPPPFFFFLLLL - Laboratoire de Matriaux de Construction

TP MX 5me semestre - Bton frais /Bton durci

Consistance - SIA 162/1, Essai n 20Domaine

de consistance

Ferme K1

AffaissementSM (slump)

[cm]

non approprie

EtalementAM[cm]

non approprie

Degr de serrageVM (Walz)

1.26

Plastique K2

Molle K3

Fluide K4

Groupe G1 - G3

1 7

8 15

30 40

41 50

16 51

1.25 1.11

1.10

non approprie

Groupe G2 - G4

Poutre

Essais sur prouvettes

essai

Masse vol. bton durci

Unit

kg/dm3

Groupes G1 - G3Bton E/C = 0.45

Groupes G2 - G4Bton E/C = 0.55

PoutreBton E/C = 0.50

Vitesse du son

Sclromtre

Module dynamique

Flexion

m/s

-

GPa

N/mm2

Traction transversale

Compression sur demi prisme

Compression sur cylindre

N/mm2

N/mm2

N/mm2

Masse volumique et teneur en air - SIA 162/1, Essai n 18 et 21

G1 - G3GroupeG2 - G4 Poutre

Dosage ciment - E/C

Masse de l'appareil (tare)

Masse du bton frais + tare

Masse du bton frais + tare + eau ajoute

n

g

375 - 0.45

g

g

325 - 0.55 375 - 0.50

Masse du bton:

Volume de l'appareil

Masse volumique du bton frais

Teneur en air (% du volume du bton)

g

cm3 8000

kg/m3

%

8000 8110

ESSAIS SUR BETON FRAISINTRODUCTIONTRAVAIL GroupeType de btonG1-G3G2-G4 MODE OPERATOIRE: GACHAGE ET FABRICATION DES EPROUVETTES