Le béton, un matériau pour des constructions étanches ?

Claude PloyaertConcrete Technology Engineer

21/01/2016

Agen

da Introduction1

Spécification du béton2

Mise en œuvre du béton3

Maîtrise des déformations du béton4

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Introduction

Intr

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1 Les notions à maîtriser

Le béton, un matériau poreux !Le béton, un matériau perméable ?

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1 Les notions à maîtriser

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1 Les notions à maîtriser

ü Type de béton : compact, de qualité, spécification correcte

ü Mise en œuvre soignée et cure du béton

ü Etanchéité de la construction§ Maîtrise des déformations dues au retrait du béton§ Conception adéquate (joints, …)

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Spécification du béton

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2 Spécification d’un béton

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2 Spécifications minimales d’un béton pour une construction étanche

Conformité aux normesNBN EN 206-1 et NBN B 15-001

C30/37BAEE3

S3 ou S4≤ 20 ou 32 mm

Exigences complémentaires :

Min. 350 kg/m³ ciment LAWAI (0,50) ou WAI (0,45) selon l’annexe O de la NBN B15-001

BENOR

T(0,50)

C35/45BAEE4

S3 ou S4≤ 20 ou 32 mm

T(0,45)

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2 Béton étanche : rapport E/C ≤ 0,50

Le moins d’eau possible

0,50 – Ciment : 350 kg – Eau : 175 kg

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2 Le béton est un matériau poreux

Eau adsorbée

(eau de gel)

Pore capillaire

Plaquette hydratée (avec eau liée chimiquement)

Plus la quantité d’eau est importante, plus les plaquettes hydratées sont éloignées

Ciment + eau (hydratation) ð formation d’une microstructure continue

Spéc

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2 Le béton est un matériau poreux

ü Quantité d’eau qu’un ciment portland peut lier chimiquement : ± 25 % de la masse du ciment

ü Une quantité d’eau de ± 15 % de la masse du ciment est adsorbée physiquement à la surface des produits d’hydratation

ü Les produits d’hydratation occupent un volume inférieur à la somme des volumes de l’eau et du ciment qui sont à leur origine. A l’intérieur de l’espace occupé, un vide s’est créé, il s’agit des pores capillaires. Ils sont soit vides, soit remplis d’eau car en général, le rapport E/C est > 0,40 pour une bonne mise en œuvre du béton

ü Il existe aussi des vides de compactage (air occlus)

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2 Le béton est un matériau poreux

Limiter le rapport E/C et la quantité totale en eau

=

Béton compact+

Gage de durabilité

Comment mesurer cette porosité ?

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2 Mesure de la porosité d’un béton

Absorption d’eau par immersionSelon la NBN B 15-215 : 1989

Critères selon l’annexe O de la NBN B15-001

BENOR

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2 Mesure de la porosité d’un béton

Classes Exigences

Type de BétonValeur moyenne

(%) (*)

Valeur individuelle(%) (*)

Béton sans air entraîné

WAI (0,50) T (0,50) ≤ 6,0 ≤ 6,5

WAI (0,45) T (0,45) ≤ 5,5 ≤ 6,0

Béton avec air entraîné

WAI (0,50)A T (0,50)A ≤ 6,3 ≤ 6,8

WAI (0,45)A T (0,50)A ≤ 5,8 ≤ 6,3

(*) - Essais selon NBN B15-215 sur 3 éprouvettes de 800 à 1200 cm3

- Cubes de 150 X 150 X 150 mm autorisés MAIS RÉDUIRE les prescriptions ci-dessus de 0,3%- Si Dmax < 16 mm, valeurs autorisées + élevées moyennant accord des parties

Absorption d’eau par immersion selon l’annexe O - NBN B15-001

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2 Mesure de la porosité d’un bétonAbsorption d’eau par immersion

Relation entre l’absorption d’eau par immersion et la teneur en eau totale du béton

Essai selon NBN B 15-215 : 1989

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2 Mesure de la porosité d’un bétonAbsorption d’eau par immersion : %-masse

≠ Porosité qui s’exprime en %-volume

Porosité : en volume. Si porosité = 5 %, 1 dm³ du béton présente 0,05 dm³ soit 50 cm³ de vides internes

Porosité d’un béton (%) = absorption d’eau par immersion (en %) x masse spécifique sèche de ce béton (en kg/dm³).

Exemple :o Soit un morceau de béton de 1,1 dm³ pesant 2,500 kg à l’état sec et 2,650 kg

après immersion prolongée dans l’eau.o La quantité d’eau absorbée est donc de 0,150 kg ou 0,15 dm³.o Son absorption d’eau par immersion est de 0,15 kg/2,5 kg = 6 %.o Sa porosité vaudra 0,15 dm³/1,1 dm³ soit 13,6 %.o Calculée au départ de l’absorption d’eau et de la connaissance de la masse

spécifique sèche du matériau, soit 2,5/1,1 = 2,27 kg/dm³, elle sera de 6% x 2,27 = 13,6 %.

Spéc

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2 Mesure de la porosité d’un bétonPorosité ≠ Perméabilité

Porosité = fraction du volume occupée par les cavités (en %)

Perméabilité = la facilité avec laquelle des fluidespénètrent et se déplacent dans un système poreux

Perméabilité dépend de :§ caractéristiques des pores : diamètre, forme, longueur§ présence d’humidité et d’air dans les pores§ fluide à transporter (réaction avec les constituants)

A retenir :§ Perméabilité æ si volume des pores capillaires æ§ Volume des pores capillaires æ lorsque :§ le rapport E/C æ et la teneur en eau diminue§ le degré d’hydratation ä

Spéc

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2 Mesure de la perméabilité d’un béton

Porosité ≠ Perméabilité

Essai selon NBN EN 12390-8

L’eau est mise sous pression à la surface du béton – 5 bars durant 72 heuresA la fin de l’essai, l’éprouvette est fendue et la profondeur maximale de pénétration de l’eau est mesurée.

Critère = ?

Testé selon EN 12390-8, âge du béton : 28 jours

Spéc

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2 Mesure de l’absorption d’eau par capillarité

NBN B 15-217 : 1984Essais des bétons - Absorption d'eau par capillarité

Une éprouvette est trempée dans 5 mm d’eau. Le niveau de la montée d’eau par capillarité est relevé à 3, 6, 24 et 72 h. Davantage que la hauteur atteinte, la vitesse d’ascension renseigne sur la dimension des capillaires:- lente pour des capillaires fins,- rapide pour des gros capillaires éventuellement dangereux :

gélivité, pénétration des agents extérieurs, …

NBN EN 480-5 : 2005Adjuvants pour béton, mortier et coulis - Méthodes d'essai - Partie 5: Détermination de l'absorption capillaire

Spéc

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2 Mesure de la conductivité hydraulique

SIA 262/1 : 2013 Construction en béton - Spécifications complémentaires

Le volume d’eau absorbé est comparé avec le volume d’eau évaporable sans pression d’eau durant un certain temps.

Béton étanche si la perméabilité à l’eau reste inférieure à 10 g/m²h auquel cas le volume d’eau évaporé qd > volume d’eau absorbé qw

Spéc

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2 Béton pour une construction étanche

Conformité aux normesNBN EN 206-1 et NBN B 15-001

C30/37 ou C35/45BA

EE3 [T(0,50)] ou EE4 [T(0,45)] S4

≤ 20 ou 32 mm

Exigences complémentaires :

WAI (0,50) ou WAI (0,45)selon l’annexe O de la NBN B15-001

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Spéc

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2 Du béton spécifié au béton compact

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25 litres / 100 kg ciment (E/C = 0,25)

Résistant et compact

Fluide

60 litres / 100 kg ciment (E/C = 0,60)

Impossible de travailler !!

Spéc

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2 Du béton spécifié au béton compact

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Produit qui est ajouté en petite quantité par rapport à la masse de ciment (maximum 5 %), avant ou pendant le malaxage ou pendant une opération supplémentaire de malaxage, et provoquant les modifications voulues des propriétés habituelles du béton.

La classe de consistance S4 ne peut être obtenue que par l’ajout de superplastifiant

Spéc

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Ne jamais ajouter de l’eau au béton frais

Soyons polyglottes !!!!

COMMENT DIT – ON “IL PLEUT” EN :

• RUSSIE > VLAKIDOUSH• ARABIE > MERDIDRACH• SCANDINAVIE > ZUTIFLOT• AMERIQUE DU SUD > IPISSAMAC• A LIEGE > IRATAKAPLOU• A NAMUR > IPLOUKO

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Mise en œuvre du béton

Mise

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Mise en œuvre du bétonNBN EN 13670 et NBN B 15-400

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Limiter la hauteur de chute : max. 1 m

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Vibrer correctement le béton

Un compactage soigneux permet :§ une meilleure adhérence du béton aux armatures § une étanchéité plus élevée§ des résistances mécaniques élevées§ une durabilité améliorée

Mise

en

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Protéger le béton contre la dessiccation : la cure

Un béton ne peut pas sécher, il doit durcir !

Mise

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Protéger le béton contre la dessiccation : la cure

ð du latin cura : soin

ü C’est un ensemble de précautions qui permettent de protéger le béton dès sa mise en place jusqu’au moment où il atteint une résistance suffisante

ü La cure a pour objet de protéger le béton proche de la surface afin que son évolution soit similaire à celle du béton à cœur.

3 Protection contre la dessiccation

Il faut protéger le béton le plus vite possible

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Exemple de pertes en eau d’un béton protégé contre la dessiccation ou nonConditions : 35 °C, 40 % d’HR, pas de vent

± 1,5 l d’eau/m² après 6 h

± 2,5 l d’eau/m² après 24 h

Mise

en

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3 Protection contre la dessiccation

Durée de la cure selon NBN B 15-400

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Mise

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Maîtrise des déformations du béton

4 Maîtrise du retrait

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Maî

trise

des

déf

orm

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bét

on§ Retrait plastique

§ Retrait de dessiccation (retrait endogène et retrait hydraulique)

§ Retrait thermique

Les déformations peuvent intervenir simultanémentet donc S’ADDITIONNER

4 Maîtrise du retrait de dessiccation

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Maî

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on ü Retrait endogène (auto-dessiccation) : les pores fins extraient l’eau des pores plus grands

ü Retrait hydraulique : résulte du lent séchage du bétonü Fissures superficielles voire traversantes

ü Limiter le E/C (≤ 0,50)ü La cure a une grande influenceü Conception adéquate : quantité d’armatures et joints

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4Le ciment est une colle qui réagit avec l’eau

Réaction chimique simplifiée : Ciment + H2O ⇒ Pâte de ciment durcie + Ca(OH)2 + chaleur ↑

L’hydratation du ciment est une réaction exothermique c’est-à-dire que la réaction s’accompagne d’un dégagement de chaleurEn refroidissant, le béton peut se fissurer !!

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onLe retrait thermique

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Le retrait thermique

A. Montée de la température→ Dilatation mais empêchée par le

radier⇒ Contraintes de compression limitées

car faible rigidité (faible module d’élasticité)

B. Refroidissement→ Contraction mais empêchée par le

radier⇒ Contraintes de traction élevées et

fissuration possible car module d’élasticité déjà élevé et résistance à la traction encore faible

A B

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Le retrait thermique

A 2 jours, le module d’élasticité est déjà égal à 80 % de sa valeur de 28 jours alors que la résistance à la traction est encore très faible⇒ risque de fissuration bien réel

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Le retrait thermique

Voile de 30 cm d’épaisseurDécoffrage à 24 heures

Evolution des températures in situ : décoffrage rapide

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Le retrait thermique

Voile de 30 cm d’épaisseurDécoffrage à 24 heures

Evolution des températures in situ : décoffrage après plusieurs jours

Voile de 32 cm d’épaisseurDécoffrage après 5 jours

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4Quand un matériau s’échauffe, il se dilateQuand un matériau se refroidit, il se contracteü Fissuration par bridage (retrait empêché car le voile est bétonné sur un

radier déjà bien durci et froid) ou par gradient thermiqueü Risque de fissuration quelques heures à une semaine après bétonnageü Fissures superficielles voire traversantesü La composition du béton a une influence élevée

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onLe retrait thermique

Le moment de décoffrage et la cure ont une très grande

influence

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Le retrait thermique

Tous les auteurs s’accordent pour citer des écarts de température de 15 à 20 °C entre la face extérieure et le cœur du béton comme suffisants pour créer des fissures

⇒ Diagramme descontraintes detype parabolique

Fissuration lors d’un décoffrage rapide car :- brusque refroidissement- béton encore peu résistant

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Fissuration par retrait thermique : prévention

ü Ciments :• limiter le dégagement de chaleur d’hydratation • ciments Low Heat conformes à NBN EN 197-1 si ouvrage de plus

de 50 cm d’épaisseur• moindre teneur en ciments ordinaires

ü Granulats : coefficient de dilatation thermique du béton plus élevé pour bétons avec gravillons roulés et résistance à la traction aussi plus faible

ü Température du béton par temps chaud à limiter à 25 °Cü Adjuvants :

• superplastifiant : diminue le E/C• retardateur de prise : ne font que postposer le problème éventuel

dû à l’effet de la chaleurü Armatures : quantité et répartition

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Fissuration par retrait thermique : prévention

Béton EE4 dans des ouvrages massifsðminimum C35/45

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Fissuration par retrait thermique : prévention

Béton EE4 dans des ouvrages massifs

Solution : C30/37 au lieu de C35/45 mais avec exigences complémentaires à 56 ou 90 jours

EE1 EE4 Air

ES1 ES2 ES3 ES4 ES4 Air

T(0.60) T(0.45) A

C 20/25

C30/37C 35/45

T(0.55) T(0.50) T(0.45)

C 25/30

EI

T(0.65)

C 30/37

EE2 EE3 EE4

EA1 EA2 EA3

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Merci pour votre attention