Formulation de Beton Dreux

Cours de matriaux de construction , Pr. K. LAHLOU 1

cole Hassania des Travaux Publics

Cours : Matriaux de construction II (32 heures: 8 4h + 6 h TP : 3 2h ) quipe enseignante : Pr. K. LAHLOU

Aborder les principaux matriaux de construction et spcialement les btons

hydrauliques et les aciers, travers l'tude de leurs proprits physico-chimiques et

mcaniques tout en sensibilisant les futurs ingnieurs aux aspects technologique,

conomique et rglementaire.

A l'issue de ce cours, les lves-ingnieurs doivent tre capables de :

Dcrire le comportement mcanique des matriaux tudis.

Choisir dans des cas simples un matriau et une mise en oeuvre adapts un

ouvrage de gnie civil.

valuer les risques pathologiques et proposer des solutions dans des cas simples.

Considrer des applications innovatrices qui bnficient des retombs de la recherche

applique dans le domaine.

OBJECTIFS DU COURS :


PROGRAMME DU COURS :

Introduction gnrale : Rappels sur les notions vues en matriaux I (1re anne)

Partie 1 : BETONS HYDRAULIQUES

Constituants, formulation, bton frais, bton durci, durabilit, btons spciaux

Partie 2 : ACIERS

Fabrication, proprits mcaniques, corrosion, soudage

Partie 3 : MATERIAUX DIVERS

Les bois, les cramiques, les polymres, les mtaux non ferreux




SUPPORTS DU COURS :

MODALITES D EVALUATION :

Polycopis Projection de diaporama , didacticiels et films Travaux pratiques et dmonstrations au laboratoire LMS Visites techniques: cimenteries, Sonasid, usine de prfabrication, Chantiers de btonnage ou autres selon disponibilit.

Contrles surveills 40% Compte-rendus des TP 25% Travaux rendre 20% Participation au cours 15% Compte-rendus des visites 10%




PLANNING PREVISIONNEL DE REALISATION DU COURS

Sem Date CONTENU TRAVAUX

1 Introduction

Formulation du bton

4 Comportement instantan du bton durci

TP2 Gr1 Lundi 09 Octobre 06 :

remise DL formulation

5 Comportement diffr du bton durci

TP2 Gr2

6 Durabilit du bton

TP2 Gr1/2

7 Durabilit du bton 2

TP2 Gr2/2 Merc 08 Novembre 06 :

Contrle 1 (30 45 min)

8 Fabrication acier, mtallurgie et traitement thermique

Confection prouvettes CONCOURS ?

11 Bois, cramiques et polymres

FIN DU COURS

12 Essais, Proclamation gagnants du concours

et remise prix ? Jeudi 14 Dcembre 06 :

Contrle2 (30 45 min)


Bibliographie et Webographie

(voir liste)


FORMULATION

DU BETON


FORMULATION DU BETON

OBJECTIFS Trouver les proportions dun mlange

ayant des proprits prcises

moindre cot



BETON

SQUELETTE GRANULAIRE INERTE

(Sable + Gravier + air)

PATE LIANTE

(Ciment + Eau + Adjuvant + Ajout minral)



PRINCIPES DE FORMULATION

1 Principe : Compromis entre maniabilit et rsistance



PRINCIPES DE FORMULATION

2 Principe : Minimiser la porosit (Augmenter la compacit)

1 Principe : Compromis entre maniabilit et rsistance



CONTRAINTES

Maniabilit pte = E + C

Rsistance rapport E/C (ou E/Liant)

Compacit optimale Dmax , granulomtrie, % fines

Remplissage Vi = 1 m3

Durabilit E/Lmax , Cmin , A/(A+C)max , % amin , type C



QUESTIONS

1-Quelles sont les attentes du matre-duvre ? (Architecte, BET, Entreprise des travaux, client priv, Administration,...)

2-Quelles sont les documents normatifs contractuels ?

3-Quel est lenvironnement de louvrage (durabilit) ? Quelles sont les

conditions climatiques de la mise en uvre ? donnes climatiques

donnes hydrologiques

donnes sur lagressivit de lenvironnement

4-Quelles sont les valeurs des caractristiques imposes par la note de calcul ? fc28, fc3j, E, er, DTmax, r, .....

5-Quelles sont les mthodes constructives et les moyens prvus sur le chantier ? (type coffrage, mthode btonnage, moyens de production de transport et de manutention...)



PROPORTIONS TYPES EN VOLUME

Eau : 14 - 22%

Air : 1 - 6% Ciment : 7 - 14%

Granulats : 60 - 78%



IMPORTANT

Les mthodes analytiques ne permettent que de

DEGROSSIR la composition des btons ordinaires.

Une ou plusieurs gches exprimentales sont toujours

ncessaires pour ajuster la formulation.

Lexprience passe permet de minimiser les

ttonnements.



Donnes principales de ltude

paisseur mini des coffrages et disposition des armatures

Granulats: Nature (rouls, concasss, siliceux, calcaires,...)

qualit, propret

densits, absorptions

courbes granulomtriques

Rsistance moyenne vise : (tenir compte des dispersions)

fc fck + 5 MPa si fck 25 MPa

fc fck + 6 MPa si fck > 25 MPa

Classe vraie du ciment fmj

Maniabilit vise (affaissement) ou serrage disponible


FORMULATION D UN BETON CONVENTIONNEL

METHODE PRATIQUE

ETAPE 0 : Dimension maximale des granulats

Usage

Disponibilits sur le march

Limites observer Voir exemple polycopi


ETAPE 1 : Dosage en eau


L'eau efficace E = eau introduite dans la btonnire

+ eau totale apporte par les granulats, adjuvants,... - eau absorbe dans les pores des granulats

Adjuvant


Ex 1 : Pour 1 m3 de bton:

E= 180 l /m3 introduit dans la btonnire

S=720 Kg /m3 (w= 6% , Abs = 1.2% )

G= 1100 Kg /m3 (w= 3% , Abs = 0.8% )

Ad= 5 l /m3 ( extrait sec massique 40% , densit 1.22 )

Eau efficace E = ?

donc + 62 litres deau /m3 de bton

Attention : Rsistance

porosit

Eff = 180

+720 * 0.06 + 1100 * 0.03

+5 * 1.22 * 0.6

-720 * 0.012 1100 * 0.008

= 242 l /m3




Tableau 1 - Relations entre consistance cible, demande en eau et teneur en air

25

20

15

160

190

210

0 - 4

5 9

10 - 15

Ferme (F)

Plastique (P)

Trs plastique (TP)

Air (a)

(l/m3)

Eau (E)

(l/m3)

Affaissement

au cne (cm) Consistance

Cas dun bton non adjuvant avec granulats

rouls (D = 20 mm), suppos bien dos en fines et

possdant une courbe granulomtrique optimise,

une temprature ambiante proche de 20C.




1 correction

Tableau 2 - Coefficient multiplicateur de E et a lorsque D varie

4 8 16 20 25 40 80

1,35 1,18 1,05 1,00 0,95 0,87 0,78

D (mm)

Coefficient

multiplicateur

2 correction

Granulats concasss majorer E et a de 10 15%




3 correction

Tableau 3 - Coefficient multiplicateur de E lorsque la temprature du bton frais varie

5 10 15 20 25 30 35

0,94 0,96 0,98 1,00 1,04 1,08 1,12

Temprature

(C)

Coefficient

multiplicateur

4 correction si dlai > 30 min viser classe de maniabilit suprieure

5 correction si un Adjuvant est utilis:

Rducteur d'eau - Plastifiant : - 5% d'Eau ou plus

Superplastifiant : - 12% d'Eau ou plus


Ex 2 :

On veut livrer un bton trs plastique 15C qui sera

mis en place aprs 1 heure avec des granulats

concasss D=25mm et un plastifiant (- 6% deau )

E= 210 * 0.95 * 1.10 * 0.98 * 0.94 = 202 l

a= 20 * 0.95 * 1.10 = 20.9 l



ETAPE 2 : Dosage en Liant

Daprs BOLOMEY modifie:

fcj = fmj kb C + k A [ E + a ] - 0,5

fcj : rsistance cible du bton j jours

fmj : rsistance du ciment j jours

kb : coefficient granulaire (voir tableau 4 )

a : volume d'air exprim en masse du volume quivalent d'eau

C, E : dosage en Ciment et en Eau

A : dosage de l'Ajout minral

k : coefficient d'quivalence de l'Ajout

- pour les cendres volantes k = 0,4 0,6

- pour les fillers calcaires k = 0,25

- pour les fumes de silice k = 1 2




Tableau 4- Valeurs estimes de kb

Nature ptrographique

des granulats D (mm)

10 16 20 25 30 40

Siliceux, lgrement altrs 0,45 0,50 0,55

Siliceux, rouls 0,50 0,55 0,60

Calcaires, durs 0,55 0,60 0,65




La valeur E+a peut tre mise sous la forme E/Kv :

Tableau 5 - Valeurs estimes de Kv en fonction de la consistance du bton

Consistance Ferme Plastique Trs

Plastique

Kv 0,87 0,90 0,93


Ex 3 :

Estimer la rsistance en compression fC28 dun bton de

consistance plastique dos 300 kg/m3 de CPA 45 (fm28 = 55 MPa )

et 66 kg/m3 de cendres volantes (K= 0.5) avec des granulats

siliceux rouls ( D= 20mm)

C + k A = 300 + 0.5 x 66 = 333 kg/m3

E + a = 190 + 20 = 210 ( peu prs gal 190/0.90)

Kb = 0.55

fC28 = 55 x 0.55 (333/210 0.5 ) = 32.8 = 33 MPa


Ex 4 :

Mmes donnes que Ex3 mais on demande les dosages en C et CV ( 20%

du liant ) pour obtenir une rsistance caractristique du bton fCK = 40MPa

fC = fCK + 6 = 46 MPa

A = 0.2 L et C = 0.8 L

46 0.8L + 0.5 (0.2L)

Donc + 0.5 = = 0.81 L/E

55*0.55 E/0.90

E/L = 0.40

Avec E = 190 l /m3 , L = 475 kg/m3

C = 380 kg/m3 et CV = 95 kg/m3

Avec addition de plastifiant (-5% deau) E= 180 l /m3

C = 360 kg/m3 et CV = 90 kg/m3


Cot : -20 kg de C -14 DH

-5 kg de CV -1.75 DH

+2 l plastifiant +6 DH

- 9.75 DH /m3

Avec meilleure rhologie et compacit



ETAPE 3 : Granularit optimale du squelette granulaire

Courbe granulaire de rfrence

O

A

B



ETAPE 3 : Granularit optimale du squelette granulaire

Courbe granulaire de rfrence

Coordonnes du point de brisure A:

abscisse : X = D/2 pour D 25 sinon milieu gomtrique [5mm,D] ordonne : Y = 50 - D 1/2 + termes correctifs

Termes correctifs de YA:

majoration de 3% pour les granulats concasss

majoration de 5% pour les btons arms o le ferraillage 80 kg/ m3

majoration de 10% pour les btons pomps ou les btons arms

o le ferraillage > 80 kg/ m3



A

B

ETAPE 4 : Dosage des granulats

Construction gomtrique partir des courbes granulaires

% en volumes absolus de chacun des granulats: s% et g%

s%

g%



ETAPE 4 : Dosage des granulats

Construction gomtrique partir des courbes granulaires

% en volumes absolus de chacun des granulats: s% et g%

Volume absolu de l'ensemble des granulats:

V = VG + VS = 1000 - (C/3,10 + E + a)

D'o : S = V s% ms G = V g% mg

mg et ms tant les densits spcifiques du gravier et du sable respectivement



ETAPE 5 : Vrification du dosage optimal en fines (< 63mm)

porosit minimale

D'aprs Caquot et Faury:

Vfines optimal (en l/m3 de bton) = (D en mm)

220

D 0,2

Vfines = C/mC + F/mF + A/mA

C: dosage en ciment de densit mC

F: dosage en fines des granulats de densit mF

A: dosage en ajout minral de densit mA




porosit minimale

D (mm) 8 16 20 25 40 80

Volume optimal 145 125 120 115 105 90

Valeur plancher

pour viter les

risques de

sgrgation

125 110 105 100 90 75

Valeur plafond

pour un beau

parement 165 140 135 130 120 105

Tableau 6- Volume optimal de fines, en l/m3, pour diffrentes valeurs de D




Tableau 7- Masses volumiques des fines utiliser pour convertir les dosages

massiques (kg/m3) en dosages volumiques ( l/m3)

Fines CPA-CEM I

CPJ-CEM II

Calcaire * Cendres

volantes *

Laitier vitrifi * Fumes de

silice **

Masse

volumique

(kg/m3)

3150 3070 3000 3100 3060

* Valeur calcule pour une proposition de 17% de ce constituant mais conduisant un ordre de grandeur

correct de la masse volumique pour tous les CPJ-CEM II.

** Valeur calcule pour 10% de fumes de silice (maximum tolr par la norme)

Fines Cendres

volantes

siliceuses

Laitier vitrifi Fumes de

silice calcaires siliceuses

Masse volumique

(kg/m3)

2700 2650 2200 2850

(2700-3000)

2250

(2100-2400)


Ex 5 :

Un bton (D=20) dos 350 kg/m3 de CPJ45 renferme 700 kg/m3 de sable siliceux

contenant 3% de fines 63mm. Des cendres volantes sont ajoutes raison de 50 kg/m3

350 700 x 0.03 50

Vfines = + + = 145 l /m3

3.07 2.65 2.2

plasticit (demande en E , visqueux)

Cest trop Pbs retrait



ETAPE 6 : Respect des spcifications et des valeurs limites

Exemple: Durabilit des Btons Prts l'Emploi (BPE)





5 classes denvironnements avec des sous-classes

Spcifications particulires (voir poly)

Ex: pour un environnement 4a2 :

Eeff/(C+kA) < 0,5

CV/(CV+C) < 0,15

C > 350 kg / m3

Ciment PM





SEC 1

HUMIDE 2a

2b1

2b2

sans gel ou gel faible gel modr gel svre

GEL + SELS 3 gel + sels

MARIN 4b1

4b2

4b

immerg zone de marnage et d'embruns mer + gel

CHIMIQUE 5a

5b

5c

faible moyen fort


Ex 6 :

Bton dos 330 kg/m3 de ciment CPA55 de consistance plastique, labor partir

de deux granulats calcaires concasss (d = 2.7) : Sable 0/6 et Gravillon 6/14 . Un

parement soign est souhait.

Courbe de rfrence : x = D/2 = 7mm

y = 50 - 14 + 3 = 49%

Courbe s = 46%

g = 54%

V= 1000 - - (210 x 1.05 x 1.10) = 653 l

S= 653 x 0.46 x 2.7 = 811 kg/m3 = 810 kg/m3

G= 653 x 0.54 x 2.7 = 952 kg/m3 = 950 kg/m3

Vfines = 105 + 653 x 0.46 x 0.08 = 129 l/m3 OK

330 3.15



ETAPE 7 : Essais d'tude corrections :

AU LABORATOIRE !

Ajustement de l'ouvrabilit

Ajustement de la formule au m3

Ajustement de la rsistance

Ajustement de E

pour tenir compte de la teneur en eau des granulats


Devoir libre en formulation du bton

rendre imprativement avant

le Lundi 09 Octobre, dlais de rigueur

Procder la formulation dun bton suivant la mthode expose au cours

partir des donnes et des exigences consignes dans le tableau et les

courbes granulomtriques ci-joints.

Le rapport doit comprendre dans lordre :

1. rappel des donnes et des exigences de la formulation

2. note de calcul et vrifications avec justification du choix du ciment

(tapes rsumes)

3. composition granulaire (trace sur EXCEL sous format normalis)

4. formule finale complte (en kg/m3) yc cot estimatif du m3

Accorder un soin particulier la prsentation qui comptera pour 20%

(maximum 3 pages)

Documents

Formulation de Beton Dreux