Un béton est un mélange intime de
granulats inertes, de liants hydrauliques et d'eau qui, après sa mise en
oeuvre, durcit dans l'eau ou dans l'air, grâce au liant qu'il contient.
Les
liants hydrauliques sont des produits industriels normalisés, ce qui signifie
que leurs performances doit correspondre à des exigences précises.
Au
contraire, les granulats, cailloux, gravillons et sables sont des matériaux
naturels. Leurs formes, granularité, propreté, couleur, densité, dureté,
varient d'un point à un autre du territoire, de sorte que les qualités d'un
béton ne dépendent qu'en parie de celles du liant ; elles peuvent être
gravement altérées par les défauts éventuels des granulats ou le mauvais emploi
qui en est fait.
1- Ouvrabilité :
L'ouvrabilité caractérise l'aptitude
d'un béton à remplir les coffrages et à enrober les armatures convenablement et
facilement.
La
pratique déplorable, mais malheureusement courante, consistant à ajouter de
l'eau exagérément en croyant améliorer d'autant plus l'ouvrabilité que le béton
sera plus liquide, ne peut aboutir à un bon résultat parce, comme on
l'expliquera ci-dessous, la résistance du béton est fonction du rapport ( Poids de ciment / Poids d'eau ).
En conséquence, le fait d'ajouter de
l'eau (en quantité appréciable, s'entend) devrait toujours être compensé par un
rajout de ciment si l'on ne veut pas diminuer la résistance. Il faut donc
savoir mesurer cette ouvrabilité, ne serait-ce que pour appuyer sur des bases
précises d'évaluation que le praticien peut en faire par observation directe
dans la bétonnière.
La méthode du Cône d'Abrams, du cône
de celui qui l'a vulgarisée, est à la portée de tous les utilisateurs; c'est
celle dont on se set pour vérifier l'ouvrabilité des livraisons de béton prêt à
l'emploi.
1.1- Mesure de
la plasticité au cône d'Abrams (ou slump test) :
L'appareil est constitué par un tronc
de cône en tôle muni de deux poignées. Il est aisé de confectionner un tel cône,
dont les dimensions normalisées et indiquées sur la figure doivent être
respectées.
Le
processus de mesure est lui aussi normalisé. Il est le suivant lorsqu'il est
effectué dans les laboratoires de contrôle. Après avoir posé le cône sur une
surface bien plane, on le remplit avec le béton à essayer en quatre couches de
même épaisseur (7,5 cm, environ) tassées avec une tige d'acier de 16 mm de
diamètre à raison de 25 coups par couche.
On
enlève ensuite le moule avec précaution et en faisant, si nécessaire, tourner
légèrement le moule autour de son axe. L'affaissement du béton qui en résulte,
mesuré en centimètres exprime sa maniabilité.
Pour
effectuer cette mesure, on se set d'un petit portique enjambant le tas de béton
affaissé dont la hauteur est égale à celle du cône. Si l'aire est suffisamment
grande et plane est si les deux bases du tronc de cône sont bien parallèles, on
peut se contenter d'appuyer une règle sur la partie supérieure de celle-ci.
On
peut classer comme suit les qualités d'ouvrabilité (plasticité) du béton en
fonction de l'affaissement au cône :
Affaissement
en cm
|
Plasticité
|
Désignation
|
Vibration conseillée
|
Usages fréquents
|
0 à 4
|
Ferme
|
F
|
Puissante
|
Bétons extrudés
Bétons de VRD
|
5 à 9
|
Plastique
|
P
|
Normale
|
Génie civil
Ouvrages d’art
Bétons de masse
|
10 à 15
|
Très plastique
|
TP
|
Faible
|
Ouvrages courants
|
³ 16
|
Fluide
|
Fl
|
Léger piquage
|
Fondations profondes
Dalles et voiles minces
|
Il
est préférable d'effectuer l'opération trois et de prendre la moyenne. Il
arrive quelquefois que le cône s'effondre complètement pour des affaissements
supérieurs à 10 cm ; il convient alors de renouveler l'opération, mais en
démoulant très lentement.
Si
l'affaissement est supérieur à 16 cm, le béton est en général liquide et la
mesure au cône n'a plus de sens.
à
gauche
|
:
Cône d'Abrams et son portique
|
au
centre
|
:
Remplissage du cône en quatre couches
|
à
droite
|
:
Mesure de l'affaissement = b -a
|
1.2- Relations
entre compacité, ouvrabilité et caractéristique finales d'un béton :
Le but
poursuivi lors de préparation d'un béton est évidement de lui assuré avec une
certaine marge de sécurité la résistance désirée, en même temps que
l'ouvrabilité convenable pour sa mise en place.
La
quantité d'eau de gâchage destinée à assurer les combinaisons chimiques qui
provoque le durcissement d'un mélange de liant hydraulique est d'eau était très
inférieure à celle que nécessite la confection d'un béton avec ce liant. En
effet, le fait d'ajouter des granulats à une pâte pure de ciment, exige une
centaine quantité d'eau supplémentaire pour leur mouillage. La composition d'un
béton doit donc concilier ces deux tendances contraires: d'une part, mettre le
moins d'eau possible dans le béton pour obtenir une bonne résistance, et,
d'autre part, mettre suffisamment d'éléments fins (parties fines du sable et
liant) et d'eau pour obtenir un béton assez plastique afin de remplir
complètement les moules et d'enrober parfaitement les armatures lorsqu'il y en
a.
 | ||||
|
La résistance à la compression d'un
béton contenant suffisamment de liant croit avec sa compacité.
La compacité est le rapport entre le
volume absolu (ou plein ) des éléments solides et le volume apparent du béton
qu'ils constituent.
Au
fur et à mesure que s'accroît la compacité (fig.1) les frottements entre les
grains de granulat augmentent et l'ouvrabilité diminue, de sorte qu'un béton
très compact, théoriquement susceptible de donner la plus forte résistance peut
se révéler moins satisfaisant en pratique qu'un béton un peu moins compact mais
plus maniable, donc susceptible de se mettre en place sans laisser de vides
(fig.2)
1.3- Avantages
d'une bonne compacité :
La bonne compacité d'un béton présente
par elle-même les avantages suivants :
- Moins il existe de vides
dans le béton (en dehors des inévitables capillaires) accessibles à l'air,
moins sa dessiccation est rapide. La protection du béton contre la dessiccation
qu'on appelle "cure du béton" est ainsi plus facile à assurer dans de
bonnes conditions. Rappelons, en effet, que les phénomènes physiques et
chimiques qui provoquent la prise et le durcissement du ciment nécessitent
qu'une humidité régulière soit maintenue dans toute la masse du béton. on
diminue la tendance à la fissuration.
- Si un béton est plongé dans
un liquide agressif : eau pure, eaux
séléniteuses, eau contenant des acides organiques, etc., l'attaque qu'il subit
est évidement beaucoup plus lente si elle n'intéresse que sa surface extérieure
au lieu de s'étendre à de nombreuses zone intérieures du massif grâce aux vides
traversant un béton peu compact.
- Si on
recherche l'étanchéité (réservoir), une fuite locale appréciable, conséquence
probable d'une mauvaise compacité, ne se bouchera jamais d'elle-même ; au
contraire, un léger suintement réparti par se colmater par un processus
analogue à la formation des stalactites dans les grottes ( à la partie
supérieure dissolution de la chaux libérée par la prise du ciment ou du
carbonate de calcium auquel elle a donné naissance- dépôt de carbonate de
calcium à la face inférieure qui obture les capillaires).
Dans le cas du béton armé, une bonne compacité est
indispensable pour protéger les armatures contre l'oxydation : en effet, le
ciment portland dégage de la chaux au cours de son durcissement.
L'acier est
protégé contre l'oxydation tant qu'il est baigné par cette chaux ; mais si elle
se carbonate au contact de l'air pour revenir à l'état de carbonate de calcium
(calcaire), l'acier redevient vulnérable. En retardant cette carbonatation, une
forte compacité assure la protection des armatures.
a) Béton armé manquant de compacité. L'air circulant dans le béton
a rapidement carbonaté la chaux qu'il contenait : L'acier n'est plus protégé et
rouille, notamment aux points où il est en contact avec l'air.
b) Béton armé compact. La carbonatation progresse lentement et
n'intéresse qu'une faible profondeur à partir de la surface. Les armatures sont
protégées.
2- Résistance à la compression et à la traction :
Une bonne résistance à la compression (ou à l'écrasement)
est la qualité recherchée en premier lieu pour le béton durci, mais on verra
ci-dessous que des inconvénients d'un autre ordre peuvent résulter d'une recherche
à tout prix d'une forte résistance.
La
résistance à la compression de différents bétons présentant des ouvrabilités
voisines augmente avec les valeurs du rapport ( Poids de ciment / Poids d'eau ) contenus dans ce béton. Le poids d'eau intervenant est le poids total,
c'est-à-dire l'eau dite de gâchage qui est celle que l'on met effectivement
dans la bétonnière plus celle contenue naturellement dans les granulats, le
sable notamment.
3- Retrait :
Le retrait est la diminution
de longueur d'un élément en béton. Il se développe au cours de la prise et du
durcissement.
Le béton fraîchement coulé peut subir un premier retrait
dit "avant prise", causé par l'évaporation d'une partie de l'eau
qu'il contient et non imputable au ciment, même "frais" ; il peut en résulter des fissures avant la fin
de la prise. Ce phénomène est analogue à celui qui se produit sur une flaque de
boue se desséchant au soleil dont la surface se craquèle en hexagones plus ou
moins réguliers. Le remède est évidement de s'opposer au départ de l'eau par
tous les moyens : bonne granularité, protection contre la dessiccation,
notamment par utilisation d'un produit de cure.
Après la prise, interviennent successivement le retrait
thermique et le retrait hydraulique.
Le retrait thermique provient de la diminution de
longueur, consécutive au retour à la température ambiante du béton dont le
durcissement s'est produit alors qu'il n'avait pas encore dissipé la chaleur
due à la prise du ciment.
Le retrait hydraulique résulte de ce que le volume des composants
du ciment est légèrement diminué par l'hydratation. Il est de l'ordre de 1/1000 (1 mm par mètre) pour une pâte
pure.
Ce
phénomène, d'abord rapide, se poursuit de plus en plus lentement et peut durer
des années. Du fait que la pâte de ciment est mélangée à des granulats (mortier
ou béton), son raccourcissement n'affecte que les joints qui les séparent.
Donc, moins il y a de joints, moins important sera le retrait du béton,
c'est-à-dire que celui-ci diminue lorsque la dimension des gros granulats
augmente. En moyenne, ce retrait atteint, après une durée variable, une valeur
de l'ordre 4/10 000 (4 dixièmes de
millimètre pour un mètre). Il augmente avec le dosage en ciment et en général
avec sa finesse de mouture laquelle d'augmenter sa résistance. C'est pourquoi le retrait s'accroît en
général avec la classe de résistance du ciment. Il diminue lorsque le
durcissement du béton s'effectue en atmosphère humide.
4- Fissuration :
C'est la manifestation
visible sur un élément de construction en béton de certains des comportements
examinés ci-dessus : évolution de la résistance à la traction et retraits de
diverses natures tendant à se produire alors que, du fait de son incorporation
dans une construction, cet élément ne peut évoluer librement.
C'est
le fluage qui impose l'étaiement des planchers en béton armé après décoffrage,
alors que la résistance atteinte à ce moment est suffisant pour qu'ils puissent
supporter leur propre poids. A défaut de cette précaution, le plancher
continuerait à fléchir et ne se stabiliserait qu'au bout temps très long.
Toutefois, le fluage, qui se
produit pendant très longtemps, permet aux constructions de s'adapter aux
efforts qu'elles subissent et constitue en quelque sorte un remède naturel
contre la production de fissures.
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