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
Intr
oduc
tion
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1 Les notions à maîtriser
Le béton, un matériau poreux !Le béton, un matériau perméable ?
Intr
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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, …)
Spéc
ifica
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du b
éton
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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)
Spéc
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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
Spéc
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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)
Spéc
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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 ?
Spéc
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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
Spéc
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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
Spéc
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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
Spéc
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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
Soyons polyglottes !!!!
COMMENT DIT – ON “IL PLEUT” EN :
• RUSSIE > VLAKIDOUSH• ARABIE > MERDIDRACH• SCANDINAVIE > ZUTIFLOT• AMERIQUE DU SUD > IPISSAMAC• A LIEGE > IRATAKAPLOU• A NAMUR > IPLOUKO
Mise
en
œuv
re d
u bé
ton
3
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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
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œuv
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3
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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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3
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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
œuv
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ton
3 Protection contre la dessiccation
Durée de la cure selon NBN B 15-400
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Mise
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œuv
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4 Maîtrise du retrait
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Maî
trise
des
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orm
atio
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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
trise
des
déf
orm
atio
n du
bét
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 !!
Maî
trise
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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
Maî
trise
des
déf
orm
atio
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bét
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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