Cours De B Ton Hydraulique Partie 1

Bétons hydrauliques L. JOSSERAND Introduction générale Le matériau béton est présent dans tous les domaines du bâtiment et des travaux publics. C’est un matériau polpalent, durable, moulable et économique. C’est ce qui en fait Fun des matériaux les plus utilisés dans l’industrie de la construction (Figure 1). Figure 1 : Utilisations Dans le bâtiment, 80 bétons (planchers, , – 16 millions de tonn or 14 o. • $. s gros œuvre sont en S »ige to View • 10 millions de m2 de pr dalles (armees ou précontraintes), Dans les T.

P. , on le rencontre aussi bien dans les ponts, barrages, unnels, routes, Il existe plusieurs types de béton suivant la nature du liant utilisé, le type de granulat : – les mortiers – les bétons de sables – les bétons à hautes performances – les bétons autoplaçants les bétons légers / lourds – les bétons réfractaires – les bétons ordinaires – les bétons de fibres – les bétons de poudres réactives exigences d’un cahier des charges qui fixe les caractéristiques fonctionnelles du matériau.

La productlon de béton prêt à l’emploi s’établit autour de 40 millions de m3 par an (soit 90 MT par an). Parmi cette production, on notera 16 MT ‘agglomérés (vulgairement parpaings), IO M de m2 de prédalles (armées ou précontraintes) Rappels Il résulte d’un mélange à froid de liant, eau et granulats (+adjuvants éventuellement). Le liant utilisé est un liant minéral qui possède la propriété d’hydraulicité. Sont utilisés principalement les ciments portland CEM l, CEM Il, dont on produit environ 19 millions de tonnes par an (380 MT pour les granulats).

Ces ciments sont composés majoritairement de clinker dont les constituants de bases sont des minéraux anhydres (voir cours de liants minéraux) : silicates tricalciques 3CaO , Si02 ) silicates bicalciques ( 2cao , Si02 ) -C3A aluminates tricalciques ( 3CaO , A1203 ) – C4AF aluminoferrites tétracalciques ( 4CaO , A1203 , Fe203 ) Les normes en vigueur précisant qu’un clinker doit contenir une quantité supérieure à 70% de C3S et C2S. 12 réactions suivent la loi de Le Châtelier : le volume des produits est inférieur au volume des réactants.

La composition au cours de l’hydratation est à peu prés la suivante (pour une pâte de ciment à E/ C . 2 496 Ar Eau AFm cat0H)2 C-S-H le béton). Le durcissement est la période débutant à la fin de la prise l’aiguille ne s’enfonce plus). Le béton est devenu un bloc rigide. Dans cette période, le béton voit progressivement ses caractéristiques mécaniques augmenter. Résistances temps prise durcissement l) e béton durci 1. 1 ) Propriétés Densité : 2,3 pour les bétons ordinaires à comparer avec 7,8 pour les aciers.

Cette densité qui est relativement importante, entraîne une assez bonne isolation phonique. porosité : 15 à 20 % (Figure 4) dont la moitié environ est remplie d’eau. En effet, dans les plus petits pores, la tension superficielle est telle qu’il faut de fortes températures pour ssécher complètement le béton. Figure 4 : Distribution des vides — porosimétrie mercure Cette porosité entraîne quant à elle une moyenne isolation thermique (conductivité de W. m-1.

K-1 contre 0,15 pour le bois, et 0,04 pour la laine de verre). Du fait aussi de sa capacité calorifique, le béton est relativement assez isolant vis à vis d’un changement rapide de TO (cas par exemple de l’incendie) 2 classes d’environnement (Figure 5) qui fixent, entre autres, des quantités minimales de ciment. (voir paragraphe 1. 4. 4) Désignation de la classe Description de l’environnement Exemples 1 . Aucun risque de corrosion ni d’attaque Ambiance sèche Béton d’intérieur ou béton non armé xo 2.

Corrosion induite par la carbonatation Ambiance sèche ou humide en Béton d’intérieur ou submergé en XCI permanence Ambiance humide, rarement sèche Fondations, XC2 Ambiance humide modérée Béton d’extérieur abrité de la pluie XC3 Alternance d’humidité et de XC4 séchage 4. Corrosion induite par les chlorures présents dans reau de mer Exposé à l’air véhiculant du sel Structures à proxlmité d’une côte XSI mann Immergé en permanence Éléments de structures marines XS2

PAGF s OF véhiculant des sels Forte saturation en eau, sans agent Surfaces horizontales exposées à la pluie XF3 de déverglaçage et au gel Forte saturation en eau, avec agent Routes et tablier de ponts 6. Attaques chimiques Environnement à faible agressivité XAI chimique Environnement à agressivité chimique modérée Environnement à forte agressivité Figure 5 : Désignation des classes d’exposition Figure 6 : Carte des zones de gel en France par exemple, à Orléans, on classera XFI les surfaces verticales exposées à la pluie et XCI les bétons d’intérieur. 6 6 2 Caractéristiques

Résistance à la compression uniaxiale : fc28 Module d’Young: E2B Déformation à la rupture : Erupt Coefficient de poisson : v BÉTON 20 à 40 Mea pour les BO 60 à 100 MPa pour les BHP plus de 100 pour les BTHP 30 à 40 GPa 0,18 ? ACIERS de construction O pour les pièces fines Infini pour les éléments massifs 210 GPa (elmts massifs) Figure 9 : Résistance en compression et traction sur mortier D’une part la contraction de Le Châtelier entraîne de la porosité (le volume des hydrates est inférieur au volume ciment + eau), d’autre part, un excès d’eau (par rapport à la réaction himique) formera des pores qui se videront progressivement par évaporation et diffusion (Figure 4). Puisque les pores ne participent pas à la résistance du béton, l’exces d’eau est donc néfaste. En conclusion, si 7 2 en Figure 10 permet quant à lui d’obtenir l’ensemble de la courbe de traction mais est relativement peu usité.

Barres d’acier Droite de pente E28 fT28 Béton urupt Figure 10 : Mesure complète de la résistance en traction d’un béton Ordres de grandeurs : de 2 à 6 MPa (BHP) contre 235 MPa pour les aciers Nota : L’industrie routière préfère utiliser l’essal de raction directe qu’elle réserve aux éprouvettes diabolos de MTLH (Matériaux traités aux liants hydrauliques). La valeur de résistance obtenue sera alors notée RT28. On notera que la résistance à la traction directe avoisine de celle au 0,8. f 2 PAGF C’est celle qui est imposée dans le cahier des charges. L’écart type 5 représente la dispersion propre des caractéristiques du béton mais aussi toutes les erreurs (conception, réalisation) qui sont accumulées par le fabricant. Une bonne centrale à béton peut donc compter sur un écart type faible. Elle sera écompensée par le fait qu’elle aura à viser une résistance moyenne moins élevee.

Remarque : Classes de résistance caractéristiques (fractile à 5%) : 2 séries de classes de résistances sont définies pour les bétons normaux et les bétons légers (Figure 1 1) C 20/25 : « concrete » ; 20 MPa sur cylindre ; 25 sur cube (ex- appellation 220) LC 30/33 : « light concrete » ; 30 MPa sur cylindre ; 33 sur cube La référence est prise sur les éprouvettes cylindriques 1 5 x 30. Pour les autres types d’éprouvettes, on applique la correction suivante . Cyl. 16 x 32 : fcyl = R (résultat de l’essal) cyl. 1 x 22 : 0,98. R (Si 50MPa) = R-l (sinon) cube 10x 10: fcub = 0,97 R (si SOMPa) = R-1,5 (sinon) Classes normalisées de résistance Bétons de MVR < 2000 kg. m-3 LC 8/9 LC 45/50 LC 12/13 LC 50/55 LC 16/18 LC 55/60 LC 20/22 LC 60/66 LC 25/28 compléter la désignation officielle des bétons (Figure 12). 0 BPS - NF EN206-1 - C25/30 - XC2 - 20 - S3 - CI 0,65 représente un béton à propriétés spécifiées de résistance caractéristique 25 MPa, pour classe d'environnement XC2, d'étendue granulaire 0/20 mm, très plastique contenant 0,65 % maximum crions CI-- BCP NF EN206-1 350 - CEM 111/3 32,5 PM ES - XD2 16-S2 eprésente un béton ? composition prescrite à 350 kg de ciment par m3, plastique d'étendue granulaire 0/1 6 mm, fabriqué avec un ciment CEM III pour la classe d'environnement XD2. Figure 12 : Désignations normalisées d'un béton La teneur maximale en Chlorures doit également figurer dans cette désignation (Figure 13). Utilisation du béton Classe de chlorure Béton ne contenant ni armatures en acier ni pièces métalliques noyées Béton contenant des armatures en acier ou des pièces métalliques noyées et formulé avec un ciment de Béton contenant des arm pe CEM Ill ou des pièces