LA VIBRATIONDES BETONSVersion finale du 12 octobre 2007

Pourquoi vibrer le bton?

adjuvants

Pourquoi vibrer le bton?Pourquoi vibrer le bton ?Obtenir un matriau homogne et le plus compact (ou serr) possible : minimum dair, de vide, sans sgrgationRemplissage intgral des coffrages et des moulesSans vibration : les bulles dair restent piges au cur de la pte, le bton est foisonn.

Pourquoi vibrer le bton? vibration

Pourquoi vibrer le bton?Une vibration adapte apporte :

une densit du bton plus leve, (donc une porosit plus faible)gain de rsistance mcanique,meilleure durabilit du bton,

une mise en uvre plus aise,meilleur remplissage des coffrages,meilleure esthtique des parements,bonne adhrence bton/armatures,

Comparaison vibr non vibr :

Non vibrVibr

la diffrence de poids entre les deux prouvettes dun mme bton bton non vibr m=1.7696Kg

pour le bton vibr m=2.384Kg

Les 3 procds de vibrationLa vibration externe :Vibration transmise au bton par le coffrage ou par le mouleLa vibration interne :Vibration transmise directement dans la masse du bton par des aiguilles vibrantesLa vibration de surface :Vibration transmise directement au bton par sa surface au moyen dune rgle vibrante

Matriel de vibrationVibrateurs internes : aiguilles vibrantes pneumatiques ( 25 150mm),lectriques moteur incorpor ( 25 90mm),mcanique ( 25 70mm).

Matriel de vibrationVibrateurs externes

pneumatiques,lectriques. utiliser suivant des modes opratoires prcisVibrateurs de surface

rgles vibrantes de surface lisseusesne dispensent pas dune vibration dans la masse

Vibration avec les aiguilles vibrantesParamtres importants

Le diamtre de laiguille est :dtermin en fonction des dimensions de llment, limit en fonction de la densit et de lespacement des armatures (prvoir ventuellement des chemines!),

La masse de laiguille :laiguille doit pouvoir senfoncer sous son propre poids dans le bton frais,la masse doit donc tre adapte en fonction de la consistance du bton.

Paramtres importants (suite)La frquence de vibration de laiguille :la frquence idale varie suivant la taille des granulats,gravillons et graviers basses frquences (10000 tr/mn),sables, ciment et fines hautes frquences (20000 tr/mn),

La longueur de laiguille :elle ne doit pas dpasser lpaisseur de la couche de bton, gnralement de 30 50 cm

Mise en uvre avec les aiguilles vibrantes

Rgles usuelles gnrales 1/3Limiter la hauteur de chute du btonEpaisseur des couches de bton : 30 50cmVibrer le bton avant le dbut du durcissementMaintenir une vitesse de btonnage aussi constante que possibleNe pas vibrer plus longtemps que ncessaireIntroduire rapidement laiguille dans la masseImmerger laiguille verticalement ou sous un angle faibleRepiquer la couche infrieure sur 10 20 cmRessortir laiguille dautant plus lentement que le bton est fermeLe trou laiss par laiguille doit se refermer lors de la remonte

Vibration avec les aiguilles vibrantes

Vibration avec les aiguilles vibrantesRgles usuelles gnrales 2/3

Ne jamais mettre en contact direct laiguille avec les armatures ou le coffrage (risques dapparitions de fantmes darmatures, de sgrgation, de ressuage),viter de laisser le vibreur en marche sil nest pas dans le bton (dtrioration prmature),Eviter la mise en place et la vibration du bton sous forte pluie pouvant entraner un lavage des granulats un excs deau du bton de surface.

Vibration avec les aiguilles vibrantesRgles usuelles gnrales 3/3

Ne pas utiliser laiguille pour dplacer le bton (entrane de la sgrgation), Ne pas vibrer directement le bton denrobage (risque de mauvais serrage dans la masse),Respecter un maillage dintroduction du vibreur pas de poste fixe !

Risque li une vibration trop longue du bton

Vibration avec les aiguilles vibrantesla vibration : une succession de zones concentriques la zone priphrique dj serre et dsare ; une zone en cours de plastification qui absorbe la totalit de lnergie au fur et mesure que lon sloigne de la source vibratoire ; une zone qui nest plus accessible la vibration, car elle ne reoit pratiquement plus dnergie. Les deux premires zones constituent le rayon daction de laiguille vibrante.

Vibration avec les aiguilles vibranteslments verticaux

Choix du diamtre de laiguille :

D diamtre daction de laiguille = 10 x d espacement entre deux points dintroduction de laiguille :8 9 x diamtre de laiguilled diamtre de laiguille :d = e/7 (e=paisseur du voile)do D = 1,4 e et = 0,85 D

Vibration avec les aiguilles vibranteslments verticauxChoix du diamtre d de laiguille :Exemple : voile de 20 cm,

e=20 cm diamtre daction D souhait : 1,4 x 20 = 28 cm (environ) diamtre d idal de laiguille : 28 mm d=30mmbanchesbtonD =0,85 x D= 25 cm

D=35mm e=25cm =8,5xdD=50mm e=25cmD=25mm e=25cmmanque de vibration si respect cartement 8,5xdsurvibration si points dintroduction trop rapprochsmanque de vibration compens par survibration coffragegrande partie de lnergie dans le coffrage!, augmenter lespacement > 8,5 dAttention aux fantmes de coffrage

Mise en uvre avec les aiguilles vibranteslments verticauxChoix du diamtre de laiguille :Exemple : voile de 30 cm, d=40mm

Zone vibre p.: 50 cm maxi10 x dZone daction du vibreurDescendre le vibreur de 10 15 cm dans la couche prcdente assure une meilleure homognit de lensemble des couches

Mise en uvre avec les aiguilles vibranteslments verticauxChoix du diamtre de laiguille :

! ATTENTION !

si laiguille est trop petite, il faudra avoir un espacement plus serr, donc perte de temps.

si laiguille est trop grosse, une grande partie de lnergie passe dans le coffrage (pertes!) et la vibration du coffrage peut crer des dfauts de parement.

lments verticauxVibration par couches :

couches de 30 50 cm,

pntration dans la couche infrieure de 10 15 cm,La premire couche doit tre vibre plus longtemps,

Mise en uvre avec les aiguilles vibranteslments verticauxRemonte de laiguille :

lorsque le bton ne tasse plus,

quand les bulles dair ne remontent plus la surface

lorsque la surface commence briller (remonte deau, dbut de ressuage) quand le bruit mis par le vibrateur se stabilise. Attention : dans un bton survibr il y a risque de sgrgation.

lments verticauxVibration autour dune rservation de fentre :

couches de bton denviron 50 cm,

vibrer dun seul ct jusqu apparition du bton de lautre ct (remplissage correct en sous face),

risque de poche dair si remplissage de part et dautre de la rservation.

Mise en uvre avec les aiguilles vibranteslments verticaux

Vibration autour dune rservation de porte :

couches de bton denviron 50 cm,

remplir et vibrer simultanment des deux cts,

Mise en uvre avec les aiguilles vibranteslments verticaux

Points particuliers soigner :

rpartition homogne des agents dmoulants sur le coffrage, sur une paisseur minimale, descendre la manche bton le plus possible, de manire viter les projections, la dernire couche de bton doit tre vibre lgrement plus longtemps.

Mise en uvre avec les aiguilles vibranteslments horizontauxLa longueur du corps vibrant de laiguille peut tre lgrement suprieure lpaisseur de bton vibrer, condition dincliner laiguille (45 maxi)

Nota : il existe des vibrateurs corps vibrant court, de plus gros diamtre. Leur puissance est identique celle dun vibreur plus long.

Mise en uvre avec les aiguilles vibranteslments horizontauxLe principe de calcul despacement des introductions est le mme que pour les lments verticauxIl ne faut pas traner laiguille dans le bton au risque de provoquer ressuage et sgrgation

d x 1,7

lments horizontauxRgle vibrante efficace sur 12 15 cm

lments horizontauxRgle vibrante lisseuse : efficace sur 5 cm!

Loi de FeretKg : coeff. dpendant des granulatsRc classe vraie du cimentterme au carr : compacit de la pteVe = volume deauVc = volume de cimentVv = volume dairSi on nglige Vv : fc = Kg Rc / (1 + 3,15 e/c)2 avec e = masse deau/m3 et c = masse de ciment/m3

Durabilit

Document labor lattention des enseignants par le groupe de travail EFBLe bton = granulats+ciment+eau+adjuvants+ air

Nota : certains bton sont formuls pour tre autoplaants. Leur mise en uvre ne ncessite donc pas de vibration. Ils se mettent en place sous le seul effet de la gravitOptimisation de la compacitla vibration transmise aux diffrents grains constituant le bton, se traduit par un dplacement de ceux-ci, selon un mouvement alternatif rapide et de faible amplitude.Ces mouvements internes dveloppent des forces susceptibles de faciliter larrangement optimal des grains.Sous leffet de forces dues la pesanteur et la pression exerce par la masse du bton, les grains tendent alors adopter une disposition plus compacte,les grains les plus fins sinsrant entre les plus gros.Soumis la vibration, le bton se comporte comme un corps plastique caractris par une certaine viscosit et dont labaissement du seuil de cisaillement(valeur minimale de la force assurant le dplacement dune surface par rapport une autre dans un fluide plastique) facilite lcoulement.Lors de la vibration, lnergie absorbe par le bton est dautant plus grande que sa structure est plus are, les bulles dair jouant un rle damortisseur.Une fois serr, le bton absorbe moins dnergie et en transmet plus.Plus la frquence est leve et plus les grains mobiliss par la vibration sont des grains de petits diamtres.Expulsion de lairLabaissement des forces de frottement (effet de liqufaction du bton) rend prdominantes les forces de gravit.Lair, qui a une densit trs faible par rapport celle du milieu environnant, se trouve par contre soumis une force ascensionnelle importante, qui tend le faire remonter la surface.Ce phnomne est nettement visible lors de la vibration. Larrt du dgagement dair marque le moment o la vibration na plus deffet sur le serrage du btonet peut mme devenir nfaste en provoquant la sgrgation des granulats plus lourds par rapport la laitance de ciment plus lgre.Ce phnomne se trouve invers avec les granulats lgers quun excs de vibration peut faire remonter la surface.Amlioration de la maniabilitLa vibration a pour effet damliorer la viscosit du bton ; il y a donc tout intrt rduire leau de gchage, (par exemple en utilisant un adjuvant) dontune partie importante nest pas ncessaire lhydratation du ciment, mais sert uniquement rendre le bton plus plastique.Une vibration adapte permet donc la mise en place efficace de btons fermes contenant peu deau et, qui, une fois durcis, ont lavantage davoir une faible porosit.Sur le bton durciLes effets de la vibration sur le bton frais se traduisent par des caractristiques amliores : une porosit rduite par leffet cumul du serrage, du dpart de lair et de la rduction deau ncessaire pour assurer la maniabilit du bton ; une homognit amliore par une vibration transmise la totalit de sa masse ; un retrait diminu ; un enrobage efficace des armatures.

Les vibrateurs internesSimples et efficaces, couramment utiliss sur chantier, ils sont appels aiguilles vibrantes et sont constitus par un tube mtallique dans lequel la rotation rapide dune masselotte excentre produit la vibration. Diffrentes formes dnergie sont utilises qui conduisent des conceptions diffrentes : pneumatique, lectrique, thermique.La vibration doit tre ralise avec des aiguilles vibrantes de frquence et de dimension adaptesLe diamtre des aiguilles usuelles varie de 25 150 mm. Leur frquence est comprise entre 10 et 20 000 vib./mn. Une aiguille doit tre choisie en fonction de sa masse qui la rend plus ou moins manoeuvrable et dun diamtre compatible avec lespacement des armatures entre lesquelles elle doit pouvoir facilement se positionner. Les principaux critres de choix restent le volume du bton vibrer et sa granulomtrie.Les aiguilles de 40 70 mm sont plutt utilises pour des btons courants et des volumes nexcdant pas 10 m3 et dont le diamtre du plus groos granulat est infrieur 25 mm.Les aiguilles de plus de 70 mm sont utilises pour des volumes de 10 30 m3 de bton avec de fortes granulomtries.

Les vibrateurs externesLes vibreurs de coffrage sont installs l'extrieur du coffrage. Les vibrations sont transmises successivement au coffrage et au bton. La vibration externe ne se transmet au bton que sur une faible paisseur. Cette mthode n'est donc intressante que dans deux cas :

Quand la somme des sphres d'influence des parois mises en vibration est plus grande que l'paisseur de la couche de bton frais se trouvant entre ces parois. Vu les dimensions limites de ces sphres d'influence, ce procd est donc adapt au serrage d'lments de construction hauts et parois fines (parois, colonnes, poutres), qui sont difficiles vibrer autrement.

Quand la densit des armatures lintrieur des coffrages est trop importante.

De mme que les aiguilles, les vibrateurs de coffrages utilisent le principe de la vibration produite par la rotation dune masselotte excentre.Fixs sur les coffrages, les vibrateurs imposent que ceux-ci soient suffisamment lourds et rigides pour ne pas se dformer et transmettre la vibration de faonhomogne. La frquence de vibration des vibrateurs lectriques est le plus souvent de 3 000 ou 6 000 vib./mn. Les vibrateurs pneumatiques atteignent des frquencesplus leves : entre 10 000 et 15 000 vib./mn. La profondeur de bton intresse par la vibration ne dpassant pas gnralement 20 25 cm, ce type devibrateurs est rserv des pices dpaisseur moyenne : murs, voiles, poteaux, poutres.Lemplacement des vibrateurs et le temps de vibration sont plus dlicats dterminer, car les paramtres sont nombreux : la nature du moule ou du coffrage, la forme de la pice, le volume du bton et sa composition. Lexprience, des essais pralables, ainsi que lassistance des fabricants de vibrateurs sont le plus souvent ncessaires pour obtenir les meilleurs rsultats.Les vibrateurs de surfaceLes vibrateurs de surface permettent de transmettre la vibration partir dune rgle ou dune poutre dplace sur la surface du bton. Ces vibreurs sont intressants pour le serrage dlments horizontaux de faible paisseur (15 20 cm au maximum). tels les dalles de bton, les couches de roulement, etc. L'amplitude doit tre suffisante pour garantir une efficacit en profondeur. Le poids de la poutre (ou de la plaque) vibrante, le moteur vibrant et le nombre de vibrations apporter par unit de longueur au bton serrer sont autant d'autres paramtres dterminants. Le vibrateur est fix sur la rgle qui doit prsenter une rigidit et une inertie suffisantes.

Les 2 facteurs essentiels de la vibration sont la frquence et lnergie. nergieLnergie transmise au bton par le vibrateur est proportionnelle la masse du balourd en rotation, son excentricit et au carr de sa vitesse. Elle caractrise lefficacit dun appareil et doit tre la plus leve possible, tout en restant compatible avec la taille du vibrateur. FrquenceLa frquence optimale varie suivant la taille des granulats. Une frquence basse (environ 10 000 tr/mn) favorise la vibration des gros granulats, une frquence leve (environ 20 000 tr/mn) celle des lments plus fins. AmplitudeCest un paramtre qui dtermine en particulier le dplacement des constituants du bton durant une demi-vibration, mais sa mesure est dlicate.On peut cependant dire quune trop forte amplitude favorise la sgrgation, surtout avec un bton mou. On a donc intrt la limiter et privilgier laugmentation de la frquence.

Attention les cotes du schma sont en mLe temps de vibration li la nature du bton (granulomtrie, consistance), au volume vibrer, la densit de ferraillage, varie galement en fonction du type de vibrateurs et de leur puissance. Certains indices permettent dapprcier le moment requis pour arrter la vibration : le bton cesse de se tasser ; le dgagement de bulles dair sarrte ; la laitance apparat en surface.La dtermination du temps de vibration est importante, car sil est trop court, le bton est insuffisamment serr, sil est trop long, il peut entraner une sgrgation de ses constituants. Les effets de la vibration en fonction du temps se caractrisent par une action rapide qui diminue trs vite, une fois obtenus larrangement des grains et lexpulsion de lair.A titre indicatif, les temps ncessaires la vibration dun volume de bton (en pervibration : temps o laiguille est laisse au mme emplacement) sont de lordre de : 5 secondes pour les btons mous ; 20 secondes pour les btons plastiques ; 1 minute pour les btons fermes.

Vibration dun voile comportant une ouverture en rservation.Dans le cas de rservation telle quune ouverture de fentre par exemple, on vibrera par couche de 50 cm dun seul ct (1) jusqu lapparition du bton de lautre ct(2), sassurant ainsi que la partie infrieure (3) est bien remplie. Si le bton est coul des 2 cts, il y a risque en partie infrieure (3) de cration de poche dair.

rservation pour porteou ouverture pleineVibration dun voile comportant une porte en rservation. Dans le cas de rservation dune porte, le bton na pas remplir de cavit en partie basse ;on coulera et on vibrera comme indiqu prcdemment mais rgulirement de chaque ct. poteaux et pilesOn peut appliquer les critres prcdents entre autres pour les paisseurs de couche et la pntration sur une paisseur de 0,10 0,15 cm de la couche infrieure.

Attention : il peut y avoir une interaction entre lagent de dmoulage et la vibration puisque les bulles dair remontent le long du coffrage. Ce point doit tre vrifi et si besoin il faut changer dagent de dmoulage. Laiguille vibrante ne doit pas servir dplacer le bton latralement ou le repousser dans les angles du coffrage. Lpaisseur de llment vibrer peut tre infrieure ou sensiblement gale la longueur du corps vibrant du vibrateur interne. La solution consiste plonger celui-ci en position incline sans pour autant dpasser une inclinaison de lordre de 45 . Dans le cas dlments de faible paisseur, utiliser des vibrateurs corps vibrant court qui puissance identique prsentent un diamtre plus fort que celui des vibrateurs courants. Le ou les vibrateurs doivent passer aisment entre les mailles du ferraillage. Les intervalles entre points dimmersion du ou des vibrateurs se calculent comme dans le cas de la vibration des lments verticaux. Les zones daction du vibrateur doivent sentrecroiser. La pratique qui consiste traner laiguille lhorizontale est proscrire (elle est gnratrice de ressuage et de sgrgation).

Ce matriel sert essentiellement dresser la surface de louvrage ; les rgles vibrantes sont bien adaptes aux travaux de dallage ou de voirie.Elles ont une action de serrage du bton rduite quelques centimtres dpaisseur et, dans la plupart des cas, ncessitent une prvibration du bton laide de vibrateurs internes. Conseils dutilisation :- Placer les guides de niveau.- Tirer la rgle rgulirement et, si le bton samasse devant, le retirer ou lpendre.

La loi de Feret donne la relation existant entre la porosit de la pte de ciment et la rsistance du bton.Plus le bton est rsistant, moins il est poreux et plus il est difficile aux chlorures de pntrer.CV = cendres volantesEA = agent entraineur dairFS = fumee de silice